混雜纖維高強輕骨料混凝土配合比試驗研究

成 松 松

(解放軍理工大學爆炸沖擊防災減災國家重點實驗室，江蘇 南京 210007)

混雜纖維高強輕骨料混凝土配合比試驗研究

成 松 松

(解放軍理工大學爆炸沖擊防災減災國家重點實驗室，江蘇 南京 210007)

運用絕對體積法，對混雜纖維輕骨料混凝土的多次試配研究，得到和易性良好，抗壓強度超過40 MPa，干表觀密度低于1 950 kg/m3的混雜纖維高強輕骨料混凝土，具有良好的工程應用前景。

高強輕骨料混凝土，混雜纖維，配合比設計，絕對體積法

1 配合比設計

1.1原材料

試驗中，水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥；粗骨料選用粒徑為5 mm～15 mm的900級高強頁巖陶粒；細骨料為天然河沙；纖維采用塑鋼纖維和聚丙烯纖維；外摻料選用98硅灰；減水劑是聚羧酸高性能減水劑。

1.2設計方法

合理的配合比需要保證適當的強度和良好的施工性，是長期試驗和工程實踐經驗總結出來的。對于高強輕骨料混凝土的設計方法不僅需要滿足普通混凝土的設計方法，還需要滿足輕質高強的原則。根據JGJ 51—2002輕骨料混凝土技術規程，以輕粗骨料配制出的干表觀密度不大于1 950 kg/m3的混凝土稱為輕骨料混凝土，而抗壓強度高于30 MPa稱為高強輕骨料混凝土。本文選用絕對體積法[1]進行混凝土配合比的設計。

2 參數設計

本文改進王丹等[2]的研究成果，在每立方米混凝土的水泥、粗骨料、沙、硅灰用量不變的情況下，通過調整水膠比和減水劑的用量，經過多次試配，確定最終的配合比。

表1 混凝土試配工況

從表1中工況A，B，C可以看出，水膠比越大，減水劑用量越多，混凝土拌和物的和易性越好；對比工況C,D發現，相同配比的情況下，含纖維的混凝土拌和物和易性明顯優于不含纖維混凝土拌和物的和易性，原因可能是聚丙烯纖維和塑鋼纖維表面均經過表面疏水處理，早期與水泥漿之間基本沒有粘結強度，在粗骨料與水泥漿之間起到了“滾軸”的作用，提高了混凝土拌和物的和易性。本文所得到坍落度相比一般混凝土拌和物明顯偏小，原因有兩點：一是所采用的頁巖陶粒多孔隙，與水泥漿之間有較強的吸附作用；二是頁巖陶粒表面多棱角，與水泥漿有加大的摩擦阻力，導致混凝土拌和物的流動性相對較差。

根據GB 5014—92混凝土質量控制標準，試配的混凝土坍落度均小于50 mm，屬于低塑性混凝土。為得到高強輕骨料混凝土，在滿足和易性良好的情況下，應選擇較小的水膠比，所以本文將水膠比定為0.35，減水劑用量定為2%，見表2。

表2 輕骨料混凝土試驗配比

3 試塊密度測量

表3 混凝土試塊測量

如表3所示，本次試驗結果得到的混凝土干表觀密度均小于1 950 kg/m3，符合《輕骨料混凝土技術規程》的有關規定，故本試驗所配置的混凝土均屬于輕骨料混凝土。兩者密度差距在2%以內，說明纖維的有無對混凝土干密度基本沒有影響。

4 混凝土試塊抗壓強度試驗

4.1試驗簡介

按照GB/T 50081—2002普通混凝土力學性能試驗方法標準進行試驗，采用的是100×100×100的28 d養護齡期的立方體試塊，含纖維試塊(A31,A33,A35)和不含纖維試塊(A21,A22,A23)各挑選3塊進行密度測量。

4.2試驗現象與分析

如表4所示，含纖維的輕骨料混凝土試塊抗壓強度明顯高于不含纖維的輕骨料混凝土，強度高出37.8%，通過復合材料理論和纖維間距理論可以對強度的提高進行解釋。

表4 混凝土立方體試塊抗壓強度試驗結果 MPa

根據復合材料理論，輕骨料混凝土強度可以看作是由輕骨料和水泥砂漿兩種組分共同提供，即:

f=fT+fS+f(T,S)

(1)

其中，f為輕骨料混凝土的抗壓強度；fT為粗骨料分擔的抗壓強度；fS為水泥砂漿集體分擔的抗壓強度；f(T,S)為粗骨料與水泥砂漿之間粘結產生的弱化強度，f(T,S)<0。

聚丙烯纖維在混凝土硬化的早期能減少微小孔隙，塑鋼纖維在后期受力過程中能有效阻止裂縫的延伸和發展?；炷林械睦w維在內部形成網格結構，有效的阻止了輕骨料的上浮，改善了陶粒在混凝土中的均勻性，粗骨料承擔的應力fT得到提高，即ΔfT>0；由表1發現相同配比情況下，含纖維的輕骨料混凝土比不含纖維的坍落度要大，說明纖維的存在改善了混凝土的和易性，水泥砂漿中孔隙率降低，提高了混凝土的密實性，另外塑鋼纖維具有一定的抗拉強度，有效的限制了裂紋的產生和發展，水泥砂漿承擔的應力fS得到進一步提高，即ΔfS>0。由于采用的纖維與水泥基體間具有良好的粘結性能，適量的纖維能夠改善粗骨料與水泥砂漿之間的界面缺陷，即Δf(T,S)>0，最終導致含適量纖維的輕骨料混凝土強度高于不含纖維的輕骨料混凝土強度。

如圖1所示，含纖維和不含纖維的輕骨料混凝土試塊的破壞模式差別較大。不含纖維的試塊(見圖1a))，破壞表面和棱角處混凝土層剝落，而整體基本保持完好，破壞面貫穿輕骨料，是一種脆性破壞，說明不含纖維的輕骨料混凝土均勻性較差，由于陶粒密度低于水泥砂漿，導致試塊破壞時出現分層現象，同時陶粒強度低于水泥砂漿基體的強度，才會出現陶粒被壓碎，破壞面貫穿陶粒。含有纖維的混凝土試塊破壞外觀上，只有3條沿受力方向的縱向貫穿裂縫，沒有出現混凝土剝落和其他明顯的破壞現象，屬于具有一定預兆的延性破壞，對比說明纖維的存在改善了輕骨料混凝土的分層和不均勻現象，纖維良好的抗拉性能，能有效控制混凝土裂縫的產生和發展。

5 結語

混雜纖維的高強輕骨料混凝土，輕質高強，而且具有良好的韌性，不僅能滿足工程結構中的強度要求，同時也解決了混凝土的脆性問題，具有良好的力學性能和重大的工程實踐意義。采用本文設計的混雜纖維高強輕骨料混凝土配合比，不僅強度能達到40 MPa以上，而且干表觀密度低于1 950 kg/m3，滿足高強輕骨料混凝土強度高，密度低的設計要求。

[1] 李道西,韓 俊.基于簡化的絕對體積法自密實混凝土配合比設計研究[J].中國農村水利水電,2014(5):105-106.

[2] 王 丹,郭志昆,陳萬祥.混雜纖維輕骨料混凝土性能試驗研究[J].建筑結構,2014(14):21-23.

Experimentalstudyonmixproportionofhybridfiberhighstrengthlightweightaggregateconcrete

ChengSongsong

(StateKeyLaboratoryofDisasterPrevention&MitigationofExplosion&Impact,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

Hybrid fiber high strength lightweight aggregate concrete with good workability, over 40 MPa compressive strength and less 1 950 kg/m3oven-dry density was made by many times research, and has a good prospect of engineering application.

high strength lightweight aggregate concrete, hybrid fiber, mix design, absolute volume method

1009-6825(2017)30-0107-03

2017-08-12

成松松(1992- )，男，在讀碩士

TU528

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