不同含量的鋼纖維加固混凝土測(cè)試強(qiáng)度★

劉 潔 　 張 存

(西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院水利土木工程學(xué)院，西藏 林芝　860000)

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不同含量的鋼纖維加固混凝土測(cè)試強(qiáng)度★

劉 潔 張 存

(西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院水利土木工程學(xué)院，西藏 林芝860000)

介紹了鋼纖維的主要性能，通過試驗(yàn)，對(duì)混凝土摻入不同體積率的鋼纖維試塊進(jìn)行了強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果表明，隨著體積率的增加，混凝土的抗拉、阻裂性能都有明顯的提高，但是混凝土的抗壓性能并沒有明顯的提高。

鋼纖維，混凝土，抗壓性能，坍落度

1　概述

近幾年隨著西藏經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施開始不斷更新和修建。西藏處于亞歐板塊和印度洋板塊之間，由于地殼比較活躍，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)地震現(xiàn)象。這就要求工程的質(zhì)量比較高，現(xiàn)在的建材市場(chǎng)出現(xiàn)大量的材料加固措施，相比較改變混凝土的尺寸和形狀這樣復(fù)雜而繁瑣的方法，不如在混凝土中加入一些能夠[1]提高混凝土強(qiáng)度的材料。

人們?cè)缭?0世紀(jì)就開始對(duì)鋼纖維混凝土進(jìn)行研究。1963年J.P.Romualdi和G.B.Batson發(fā)表關(guān)于鋼纖維混凝土能夠有效的約束裂縫，提高材料的抗裂能力從而提高材料的強(qiáng)度和韌性的論文[2]。鋼纖維混凝土開始應(yīng)用于工程當(dāng)中。我國對(duì)于鋼纖維的應(yīng)用開始于20世紀(jì)70年代。由于鋼纖維的各種優(yōu)良特性，被世界范圍內(nèi)的工程充分的應(yīng)用，應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)工程[3,4]、橋梁路面工程、機(jī)場(chǎng)路面、水利水電工程[5,6]等。

1.1鋼纖維混凝土的主要性能

鋼纖維混凝土同素混凝土相比，鋼纖維混凝土的抗拉、抗剪、抗彎等性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于素混凝土。鋼纖維混凝土的斷裂韌性和抗沖擊性能非常高，尤其是結(jié)構(gòu)的抗疲勞特性和耐久性能。當(dāng)鋼纖維的摻入量達(dá)到15%～20%、其抗沖擊強(qiáng)度增長10倍～20倍，抗沖擊疲勞強(qiáng)度增長15倍～20倍，耐磨損性能也有明顯的提高。

1.2主要研究的問題

通過對(duì)鋼纖維混凝土加載，觀察裂縫，評(píng)價(jià)鋼纖維對(duì)混凝土的抗裂性能的影響；鋼纖維隨著摻入量的變化對(duì)混凝土前期制備有什么影響；鋼纖維對(duì)混凝土抗拉性的改變；鋼纖維對(duì)混凝土抗壓性能的影響。

2　實(shí)驗(yàn)

2.1試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)使用的是廣州君明水泥制品廠生產(chǎn)的強(qiáng)度等級(jí)為32.5的水泥；細(xì)骨料使用的是細(xì)度模數(shù)為2.01的尼洋河細(xì)河砂；粗骨料使用的是直徑不大于20 mm的卵石，顆粒級(jí)配為10 mm～15 mm；鋼纖維采用的是鞍山市昌宏鋼纖廠生產(chǎn)的剪切波浪型鋼纖維，長度為30 mm～40 mm，矩形截面。

2.2試塊的設(shè)置和制作

1)試塊尺寸設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的尺寸是150 mm×150 mm×350 mm的棱柱體和150 mm×150 mm×150 mm立方體的混凝土試塊，依據(jù)《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》第四版中的相關(guān)規(guī)定以及實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備綜合考慮設(shè)計(jì)而來。

2)混凝土的配合比。

表1　混凝土的配合比設(shè)計(jì)

混凝土的配合比設(shè)計(jì)見表1。

2.3試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

試驗(yàn)的原理。抗拉試驗(yàn)將150 mm×150 mm×350 mm的試塊分為六組，每組三個(gè)進(jìn)行澆筑，添加的鋼纖維體積率為0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%。

抗壓試驗(yàn)使用的150 mm×150 mm×150 mm尺寸的試塊，其余的實(shí)驗(yàn)條件與上述抗壓試驗(yàn)相同。

實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行是根據(jù)GB/T 5008—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，試塊根據(jù)表1進(jìn)行配制，人工搗澆，24 h后拆模放入養(yǎng)護(hù)箱，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d(養(yǎng)護(hù)箱溫度調(diào)制95 ℃，濕度在95%)。

2.4鋼纖維混凝土試驗(yàn)分析

1)混凝土的坍落度。

坍落度反映的是混凝土的流動(dòng)性，顆粒之間的粘性。隨著混凝土中摻加鋼纖維量的增多，混凝土的坍落度逐漸減小，這就說明鋼纖維越多，對(duì)水泥，水，細(xì)骨料，粗骨料的吸附作用就越強(qiáng)，混凝土越密實(shí)，越不易攪拌。同體積用量水泥時(shí)，混凝土隨著鋼纖維的摻量增加而流動(dòng)性減小。

2)混凝土的抗拉試驗(yàn)。

鋼纖維混凝土試塊達(dá)到極限荷載，試塊并沒有立刻開裂。直到軸向荷載增加到1.2倍左右的時(shí)候，出現(xiàn)裂痕。混凝土開裂后，鋼纖維對(duì)混凝土起到一種阻裂的作用。裂縫隨著荷載的增加而擴(kuò)張，鋼纖維能跨過裂縫連接土體，很大程度上提高了混凝土的抗拉性能。鋼纖維混凝土最后會(huì)因?yàn)殇摾w維從混凝土中拔出，達(dá)到完全破壞。

表2　拉力荷載　kN

表2表明，鋼纖維的體積率增加，混凝土的抗拉能力增長，屈服荷載和極限荷載都在增加。體積率在達(dá)到2.5%的時(shí)候，屈服荷載達(dá)到普通混凝土的1.8倍。

根據(jù)拉力荷載曲線可以看出，荷載承受能力隨著體積率的增長趨于緩和，最后會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，材料出現(xiàn)強(qiáng)化現(xiàn)象。因此并不是鋼纖維的摻量越多越好。作為一種加固材料，只能夠?qū)⒒炷恋目估瓘?qiáng)度提高到一定的程度，由此可見，這種辦法不是提高材料抗拉強(qiáng)度的最優(yōu)方案。

3)鋼纖維混凝土的抗壓性能。

表3　壓力荷載　kN

鋼纖維混凝土在受壓的過程中，當(dāng)混凝土所受荷載達(dá)到極限狀態(tài)，外界面開始出現(xiàn)破壞，導(dǎo)致鋼纖維混凝土不能夠承受更大的壓力荷載，抗壓強(qiáng)度甚至產(chǎn)生了下降的現(xiàn)象。

根據(jù)表3可知，鋼纖維體積率0%～1.0%，隨著鋼纖維的增加，抗壓強(qiáng)度逐漸增加；鋼纖維體積率1.0%～2.5%，隨著鋼纖維的增加，抗壓強(qiáng)度逐漸降低。鋼纖維摻入量達(dá)到1.0%，抗壓強(qiáng)度達(dá)到頂峰，僅僅比素混凝土提高了1.5%，并沒有對(duì)抗壓強(qiáng)度有較大的提高。鋼纖維在達(dá)到2.5%的時(shí)候，過多的鋼纖維不能輕易攪拌至混凝土中，影響混凝土固結(jié)后的質(zhì)量，從而影響混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3　結(jié)語

在普通的混凝土中加入鋼纖維可以有效的減輕構(gòu)造物在地震中受到縱波的損害，提高混凝土的剛度。鋼纖維隨著體積率的增長，裂紋深度變淺，這就表明，鋼纖維有很好的延展性和粘結(jié)性。

在混凝土中添加鋼纖維的摻量，會(huì)顯著的提高鋼纖維的斷裂能，這說明鋼纖維有明顯的阻裂能力。混凝土在位移變化的過程中，位移在變化較小時(shí)，鋼纖維的參與并不能增加斷裂能的數(shù)值，位移很大的情況下才會(huì)有所反應(yīng)。這就是說明，鋼纖維對(duì)混凝土的起裂阻止作用不明顯。

鋼纖維僅僅是在混凝土剛出現(xiàn)裂縫的情況下起到限制作用。在加載的過程中，鋼纖維和混凝土一同起到抵抗外力的作用，外力不斷的增加，裂縫寬度增加到一定的程度后，混凝土對(duì)外力的抵抗能力逐漸消失，鋼纖維主要承擔(dān)抵抗外力的作用，鋼纖維能夠很大程度上限制混凝土裂縫的進(jìn)一步加深。

加入鋼纖維后，混凝土的脆性逐漸降低，隨著鋼纖維的含量不斷的加大，混凝土開始呈現(xiàn)出塑性材料的特征。混凝土中加入鋼纖維能夠提高材料的變形能力。

鋼纖維由于其有很好的抗裂、抗拉等物理特性，可以用于地下的支護(hù)工程；因其有較好的變形能力，在地震過程中，變化荷載產(chǎn)生后，鋼纖維能夠給構(gòu)件一個(gè)很好的支護(hù)作用。

[1]GB/T 50081—2002，普通混凝土力學(xué)性能測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]趙國潘，彭少民，黃承逵.鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[3]趙國潘，黃承逵.鋼纖維混凝土的性能與應(yīng)用[J].工程建筑，1989(10)：99-100.

[4]張忠剛，唐昆侖.鋼纖維混凝土在建筑工程中的應(yīng)用[A].全國第四屆纖維水泥與纖維混凝土學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].1992.

[5]徐鼎新.近年來鋼纖維混凝土在上海的應(yīng)用[A].全國第四屆纖維水泥與纖維混凝土學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].廣州：廣東技術(shù)出版社，1994.

[6]盧良浩.鋼纖維混凝土在黃州錢江一橋公路橋面大修工程中的應(yīng)用[A].全國第四屆纖維水泥與纖維混凝土學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].廣州：廣東技術(shù)出版社，1994.

On strength test of reinforced concrete with different volumes of steel fiber★

Liu JieZhang Cun

(SchoolofWaterConservancyandCivilEngineering,InstituteofHusbandry,TibetUniversity,Nyingchi860000,China)

The paper introduces the main performance of the steel fiber, undertakes the the strengh test for the concrete mixed with different volume rates of steel fiber, proves by the result that the concrete’s tensile and crack resistance are improved with the increasing volume of the steel fiber but its compression resistance is not promoted evidently.

steel fiber, concrete, compression resistance, collapsibility

1009-6825(2016)19-0093-02

2016-04-25★：全國大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)資助項(xiàng)目，國家級(jí)項(xiàng)目

劉潔(1994- )，女，在讀本科生；張存(1979- )，男，講師

TU528.572

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