鋼纖維混凝土耐磨性影響因素試驗研究

肖 卓 琳

(東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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鋼纖維混凝土耐磨性影響因素試驗研究

肖 卓 琳

(東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

為研究鋼纖維摻加方案對鋼纖維混凝土耐磨性的影響，對不同體積摻入率和不同長徑比的鋼纖維混凝土進行耐磨試驗，結(jié)果表明：鋼纖維混凝土的耐磨性隨體積摻入率和長徑比的增大均呈現(xiàn)出先增強后減弱的趨勢，最佳長徑比60，最佳體積摻入率在1%～1.5%之間。

水泥混凝土路面，鋼纖維混凝土，耐磨性，長徑比，體積摻入率

0 引言

在我國經(jīng)濟建設(shè)過程中，重載車輛日益增多，許多水泥混凝土路面在高強荷載的頻繁作用下磨損嚴重，出現(xiàn)了脫板、表層混凝土脫落、孔洞等病害[1]。路面的宏觀防滑構(gòu)造被磨損后，路面的抗滑性能降低，對行車安全會造成不利影響[2]。許多專家對如何提高混凝土的耐磨性進行了研究：謝勇成論述了混凝土路面的耐磨機理和影響因素，認為混凝土真空脫水+重復震動+機械抹面的技術(shù)可以提高混凝土的耐磨性[2]；陳健、趙志宏等研究了混凝土耐磨劑、細集料和混凝土成型方法對其耐磨性的影響，并研制出一種耐磨性超高的摻耐磨劑混凝土[3]；陳瑜和周士瓊通過自行設(shè)計的耐磨性試驗，得出了粉煤灰摻量、硅粉、水膠比、砂率等因素對道路粉煤灰高性能混凝土的耐磨性的影響規(guī)律[4]。

鋼纖維混凝土是指在普通混凝土的拌合過程中均勻摻入鋼纖維經(jīng)養(yǎng)護而成的混凝土[5]。由于鋼纖維混凝土有著良好的抗折強度和抗彎曲韌性，因而被廣泛應(yīng)用在道路工程中。由文獻[1][6]可知，在混凝土中摻入一定量的鋼纖維可以提高混凝土的耐磨性，尋找最佳的鋼纖維摻入組合來提高混凝土的耐磨性具有工程指導意義。因此，本文對不同體積摻入率和長徑比的鋼纖維混凝土進行耐磨試驗。

1 試驗設(shè)計

1.1 試驗材料

1)鋼纖維：采用波紋型扁平剪切纖維，其技術(shù)指標見表1。為符合長徑比要求，將鋼纖維剪斷使用。

表1 鋼纖維技術(shù)指標

2)水泥：采用亞泰集團天鵝牌42.5級普通硅酸鹽水泥，其技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 水泥技術(shù)指標

3)骨料：細集料采用細度模數(shù)為2.78的河砂，粗骨料采用級配為5 mm～29.5 mm的碎石。

4)外加劑：采用XH-1型松香樹脂類引氣劑和FDN-1型木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑。

5)水：哈爾濱市潔凈自來水。

1.2 試驗配合比

按照參考文獻[7][8]所述的鋼纖維混凝土的配合比有砂率增大、單位水泥用量較大的特點設(shè)計了試驗配合比。本試驗主要是針對不同摻入率和長徑比的鋼纖維混凝土進行，共7組試驗，每組3塊試件，具體配合比見表3。

1.3 試驗方法

為準確模擬實際混凝土路面磨損過程中的疲勞磨損和磨粒磨損情況[9]，本試驗參照參考文獻[4]中提到的水泥混凝土耐磨試驗，混凝土試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，養(yǎng)生28 d測試。在混凝土試件的上表面壓重物以模擬混凝土路面受汽車荷載時的磨損狀態(tài)，將試件下表面作為磨削面貼放在磨石機的磨盤上。固定好試件，開動機器，金剛砂在水流的作用下均勻地沖入高速旋轉(zhuǎn)的磨盤，加速后對試件的下表面造成沖擊使之破損，每塊試件試驗10 min。用試件原來質(zhì)量減去清理后的磨損試件的質(zhì)量可計算出磨損量，取3塊試件磨損量的平均值為該組磨損量[10]。

表3 鋼纖維混凝土配合比設(shè)計

2 試驗結(jié)果分析

將混凝土耐磨試驗測得的不同鋼纖維摻入率和不同長徑比的鋼纖維混凝土試件磨損量匯總，見圖1，圖2。

由圖1可以看出，隨鋼纖維體積摻入率的增大，鋼纖維混凝土的磨損量呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢，磨損量最小值出現(xiàn)在1%～1.5%之間。由圖2可以看出，鋼纖維混凝土的磨損量隨長徑比的增大亦呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，曲線最低點出現(xiàn)在長徑比為60的時候。可見在合適的鋼纖維摻入組合下，可以有效提高鋼纖維混凝土的耐磨性。

水泥混凝土的磨損是多種磨損形式的組合，最主要的是疲勞磨損和顆粒磨損[2]：疲勞磨損是指混凝土路面在汽車輪胎推壓力的反復作用下，混凝土表面承受著拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的交替循環(huán)，混凝土路面在硬化過程中由于溫度應(yīng)力、混凝土收縮等因素產(chǎn)生的微裂縫就會在疲勞應(yīng)力的作用下發(fā)展，最終導致表層的局部破損，一些嵌埋較淺的骨料也會隨之脫落；顆粒磨損指的是車輛在快速移動中帶著堅硬的顆粒相對移動，將其壓入混凝土表面，使混凝土在外力作用下破損。

將鋼纖維摻入混凝土中，當鋼纖維的摻入組合良好時，其在混凝土中亂向均勻分布，增強了混凝土的整體性，提高了混凝土的強度和抗變形能力，從而減弱了混凝土的顆粒磨損，此外，鋼纖維連接混凝土各部分，并將受到的力傳遞給與之接觸的混凝土，起到分散外力的作用，并有效阻礙了混凝土內(nèi)部裂縫形成與發(fā)展[11]，弱化了混凝土的疲勞磨損作用，因此會造成鋼纖維混凝土耐磨性的提高。若鋼纖維摻入組合不良，鋼纖維摻入率和長徑比過大，鋼纖維在混凝土內(nèi)部不能均勻分布，傳遞外力和阻礙裂縫的效果較差，甚至于相互重疊影響了砂漿與骨料的粘結(jié)，反而會降低混凝土的整體性、強度和抗變形能力，因而會造成鋼纖維混凝土耐磨性的減弱。

3 結(jié)語

通過對不同纖維摻入率和不同長徑比的鋼纖維混凝土進行耐磨試驗，可以得到以下結(jié)論：鋼纖維混凝土的耐磨性隨體積摻入率和長徑比的增大均呈現(xiàn)出先增強后減弱的趨勢，最佳長徑比60，最佳體積摻入率在1%～1.5%之間，說明在適當?shù)匿摾w維摻入組合可以提高鋼纖維混凝土的耐磨性。在實際工程中，鋼纖維摻入時應(yīng)合理配比以提高混凝土路面的耐磨性，延長其使用性能。

[1] 石振武，解 飛.基于響應(yīng)面分析法的鋼纖維混凝土耐磨性試驗研究[J].公路交通科技，2015(7):23-27.

[2] 謝勇成.提高水泥混凝土路面的耐磨技術(shù)[J].國外公路,1998(1):33-38.

[3] 陳 健,趙志宏,張?zhí)K東.耐磨混凝土及其應(yīng)用研究[J].混凝土與水泥制品,2001(4):16-18.

[4] 陳 瑜,周士瓊.道路粉煤灰高性能混凝土耐磨性試驗研究[J].公路,2000(11):49-52.

[5] 王 輝，廖晨彥.鋼纖維混凝土的性能研究與應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?010(20):47,94.

[6] 楊 林,李 明.鋼纖維增韌聚合物混凝土耐磨性試驗研究[J].安徽建筑,2016(2):247-249.

[7] 趙順波,杜 暉,錢曉軍,等.鋼纖維高強混凝土配合比直接設(shè)計方法研究[J].土木工程學報,2008,41(7):1-6.

[8] AGGELIS.D.G,SOULIOTI.D.V,BARKOULA.N.M,et al.Influence of Fiber Chemical Coating on the Acoustic Emission Behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete[J].Cement and Concrete Composites,2012,34(1):62-67.

[9] VANCURA.M,KHAZANOVICH.L,TOMPKINS.D.Reappraisal of Recycled Concrete Aggregate as Coarse Aggregate in Concretes for Rigid Pavements[J].Transportation Research Record，2009(2113):149-155.

[10] JTG E30—2005，公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程[S].

[11] 秦鴻根，孫 偉.鋼纖維混凝土耐磨特性及機理分析[J].混凝土與水泥制品，1993(4):10-13.

Experimental study on influence factors of abrasion resistance of steel fiber reinforced concrete

Xiao Zhuolin

(SchoolofCivilEngi.,NortheastForestryUniv.,Harbin150040,China)

In order to study the influence of the steel fiber adding scheme on the wear resistance of steel fiber reinforced concrete, wear resistance test of steel fiber reinforced concrete with different volume mixing ratio and different length to diameter ratio were carried out, the experimental results show that the wear resistance of the steel fiber reinforced concrete shows the trend of first increase and then decrease with the increase of the volume ratio and the ratio of the length to diameter, the best ratio of length to diameter is 60, and the optimum volume mixing ratio is between 1%～1.5%.

cement concrete pavement, steel fiber reinforced concrete, abrasion resistance, ratio of length to diameter, volume mixing ratio

1009-6825(2016)31-0119-02

2016-08-21

肖卓琳(1996- )，女，在讀本科生

TU528.572

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