硅粉摻量對鋼纖維混凝土抗凍性能影響試驗研究

何思瑤 張天明 龔愛民

(1.云南農業大學水利學院，云南 昆明 650201; 2.云南省水利廳，云南 昆明 650021)

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硅粉摻量對鋼纖維混凝土抗凍性能影響試驗研究

何思瑤1張天明2龔愛民1

(1.云南農業大學水利學院，云南 昆明 650201; 2.云南省水利廳，云南 昆明 650021)

制作了不同硅粉摻量的鋼纖維混凝土試塊，通過凍融試驗，分析了鋼纖維混凝土的抗壓強度和質量損失，指出10%的硅粉摻量是鋼纖維混凝土凍融后抗壓強度和抗剝落的最佳摻量。

鋼纖維混凝土，硅粉，抗壓強度，抗凍性

0 引言

我國寒冷地區多，隨著對寒冷地區的開發，混凝土作為現有的主要建筑材料其耐久性提升十分重要。普通混凝土材料的耐久性和力學性能有一定的局限性，已不能適應寒冷地區工程的要求。鋼纖維對混凝土的抗剝落能力有很大提升，很好的延緩和制止了混凝土裂縫的發展[1]，本次試驗的鋼纖維摻量定為0.8%。優良的抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強度和抗沖擊性能，良好的收縮性、抗疲勞性和耐久性能，使得鋼纖維混凝土在工程和基礎設施建設中應用廣泛[2]。而在抗壓強度的提升方面，鋼纖維的摻入作用有限，故摻入一定量的硅粉用以改善鋼纖維混凝土的抗壓強度[3]。硅粉粒徑小，強度大，能提高鋼纖維混凝土的強度，還是一種膠凝材料，能提高其和易性，更適應施工生產的要求。本次試驗的研究目的就是研究硅粉在鋼纖維摻和量為0.8%的混凝土中的最佳摻量。

1 試驗原材料

水泥采用的是PI52.5硅酸鹽水泥。各項指標符合GB 175—2007通用硅酸鹽水泥[4]要求。鋼纖維為銑銷型鋼纖維，規格為20 mm×2 mm，細骨料的表觀密度為2 679 kg/m3，松散堆積密度為1 430 kg/m3，符合GB/T 14684—2011建設用砂[5]要求。粗骨料為直徑不超過40 mm的碎石，符合GB/T 14685—2011建設用卵石、碎石[6]的要求。減水劑為黃褐色的粉末狀早強高效減水劑。水為自來水。本次試驗的硅粉SiO2超過了90%，密度為2.15 g/m3，符合GB 8076—2008混凝土外加劑的要求。試驗設備為混凝土快速凍融試驗機。混凝土配合比見表1。

2 試驗方法

采用的是手工攪拌混凝土，一次攪拌的量可制作9個混凝土試塊，共制作了135個150 mm×150 mm×150 mm鋼纖維混凝土試塊。制作后進行標記，分批進入溫度為20 ℃±3 ℃，濕度為90%的標準養護室進行28 d的養護。養護結束以后將混凝土試塊稱重，稱重后放到水箱內浸泡3 d使混凝土試塊達到飽和。將混凝土試塊裝入試件盒中，注水覆蓋混凝土試塊表面，然后放置在試驗機的凍融液內分別進行50次和75次的凍融循環。凍融結束后擦干試塊表面水分進行稱重和抗壓試驗。

表1 混凝土配合比

3 試塊凍融后的數據整理與統計

3.1 試塊抗壓強度

其中，P1為抗壓強度,MPa;PN為試塊破壞荷載,kN;S1為試塊承壓面積,mm2。

本試驗采用的為標準試塊，所得抗壓強度不需要進行尺寸換算。

3.2 試件凍融后重量損失率

其中，W1為試件重量損失率,%；G0為凍融循環前試件重量，kg；GN為N次凍融循環后試件重量，kg。

表2 抗壓試驗測定數據

4 試驗數據分析與討論

4.1 抗壓強度

從表2中可以發現：在不同的硅粉摻量下，鋼纖維混凝土凍融后的抗壓強度不會隨著硅粉摻量的增加而增加。硅粉摻量為0%～10%時，鋼纖維混凝土的抗凍性能呈遞增趨勢，在摻量為10%時達到峰值。當硅粉摻量為10%～20%時，其抗壓強度呈遞減趨勢。但是較未摻入硅粉的鋼纖維混凝土，15%硅粉摻量的鋼纖維混凝土的抗壓強度具有明顯提升，其提升程度接近于5%硅粉摻量的鋼纖維混凝土。在摻量達到20%時，硅粉對鋼纖維混凝土抗壓強度影響降低，甚至產生負面影響。硅粉的制造工藝繁雜，市場價格高，從經濟價值考慮不宜選擇15%及以上摻量。

4.2 質量損失

從表2中可知：試驗中抗剝落能力為C40>C35>C30?；炷恋念悇e與質量損失率成反比，與抗剝落能力成正比。三個試驗對照組表明當硅粉摻量為10%時，鋼纖維混凝土凍融后的質量損失率達到最小值。硅粉摻量從5%到10%其質量損失率在減少，超過10%以后，質量損失率出現上升。其中C40試驗組，硅粉摻量為10%的鋼纖維混凝土經過50次凍融循環后，質量損失率為負。這是因為鋼纖維對混凝土的抗裂性能的增加，混凝土試件水泥砂漿尚未產生剝落，而吸水率增加導致重量損失不大。試驗數據表明硅粉摻量的改變對鋼纖維混凝土的質量損失率改變較少，相對未摻入硅粉的鋼纖維混凝土的抗剝落能力提升甚微。

5 結語

1)硅粉摻量為10%的鋼纖維混凝土在經歷50次和75次的凍融后抗壓強度最大。2)鋼纖維混凝土的的硅粉摻量不應達到甚至超過20%，當硅粉摻量達到20%時其凍融后的抗壓強度沒有提升。硅粉價格高，還會造成工程預算的增加。3)就抗剝落能力而言，硅粉對鋼纖維混凝土影響不大，當硅粉摻量為10%時其抗剝落能力達到最大值。

[1] 陳升平,段小龍,滕 飛,等.鋼纖維混凝土凍融后的力學性能研究[J].湖北工業大學學報,2016,31(1):94-97.

[2] 張榮斌,王民俠.鋼纖維混凝土在水利水電工程中的應用[J].陜西水利,2008(5):37-38.

[3] 劉彩平,鞠 楊,周宏偉.鋼纖維高強混凝土力學性能的研究與應用[J].混凝土與水泥制品,2000(Z1):16-19.

[4] GB 175—2007，通用硅酸鹽水泥[S].

[5] 陳家瓏，周文娟，牛 威，等.《建設用砂》(GB/T14684—2011)修訂解析[J].建筑技術，2012，43(7)：591-594.

[6] 周文娟，陳家瓏，李 飛，等.《建設用卵石、碎石》(GB/T14685—2011)修訂解析[J].建筑技術，2012，43(7):59.

[7] 王文奎，徐朝輝，沈文忠.對標準《混凝土外加劑》GB 8076—2008有關條款的探討[J].21世紀建筑材料，2010(4)：26-29.

Experimental research on the impact of ganister sand mixing amount upon steel fiber concrete frost-resisting performance

He Siyao1Zhang Tianming2Gong Aimin1

(1.YunnanAgricultureUniversityHydrologyCollege,Kunming650201,China; 2.YunnanDepartmentofWaterResources,Kunming650021,China)

The thesis steel fiber concrete testing pieces with different ganister sand mixing amount,analyzes compressive strength and quality loss of steel fiber concrete through freezing-thawing tests,and finally points out that: 10% of ganister sand mixing amount is the optimal compressive strength and anti-stripping mixing amount of freezing-thawing steel fiber concrete.

steel fiber concrete,ganister sand,compressive strength,frost-resistance

1009-6825(2016)29-0098-02

2016-08-07

何思瑤(1993- )，男，在讀碩士； 張天明(1964- )，男，碩士，教授級高級工程師； 龔愛民(1962- )，男，博士，教授

TU528.572

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