高強輕質混凝土力學特性試驗研究

王永娥 李英帥 鄭軍濤

（1長安大學公路學院，陜西 西安 710064；2深圳中鐵二局工程有限公司，廣東 深圳 518000）

關鍵字：高強輕質混凝土；鋼纖維 抗壓強度試驗；抗折強度試驗

0 引言

混凝土作為土木工程必不可少的材料，始終朝著高強、輕質、綠色和高性能的方向發展0。高強輕質混凝土不但保證了混凝土結構有強度，而且為減輕混凝土結構的自重提供了有效的途徑0，具有高強輕質、保溫隔熱性好、節能效果顯著、工程綜合造價低等優點0，是一種良好發展前景的綠色建筑材料0，已經在高層、大跨、橋梁、海洋等建筑中得到了廣泛的應用0。但隨著輕集料混凝土強度的提高，其脆性也顯著增加，如何改善高強輕集料混凝土的脆性需要深入研究。目前已有的關于高強輕質混凝土材料的研究表明，鋼纖維對普通混凝土具有良好的增強、增韌和阻裂效果。本文通過力學性能試驗，對比分析了未摻入鋼纖維的普通輕質混凝土和摻入鋼纖維的高強輕質混凝土力學特性，研究鋼纖維對輕質混凝土抗壓及抗折強度的影響。

1 高強輕質混凝土材料與試驗方法

1.1 原材料

水泥：水泥在高韌性輕集料混凝土中主要作為膠結材料，使用時和水拌合形成水泥砂漿，把輕集料、砂、鋼纖維以及其他組分粘結成為整體的同時，還可填充高韌性輕集料混凝土中的空隙，增加其密實性。試驗采用華潤生產的 P.042.5R水泥。

粉煤灰：粉煤灰可改善了混凝土拌和物的和易性，提高混凝土抗滲能力，同時可節約水泥和砂并減少了用水量。試驗采用沙角電廠生產的Ⅰ級粉煤灰，需水量為93%。

鋼纖維：試驗采用深圳恒馳遠生產的長30mm，長徑比為65的熔抽端多錨點型鋼纖維，具有較高的強度、韌性和較低的干縮值，抗拉強度＞600MPa。

輕集料：輕集料主要是作為混凝土中的骨架。高韌性輕集料混凝土采用的輕集料粒徑一般為鋼纖維長度的2/3，最大粒徑低于20mm。輕集料選用湖北匯騰生產的5～16mm、800級破碎頁巖陶粒，其堆積密度780kg/m3。

細集料：細集料主要是用于填充輕集料之間的空隙，和輕集料一起共同組成高韌性輕集料混凝土的骨架。本實驗使用的細集料為中砂，細度模數為2.8，含泥量小于0.8%。

外加劑：減水劑是指在混凝土和易性及水泥用量不變條件下，能減少拌合用水量、提高混凝土強度。本試驗采用深圳天地生產的高性能緩凝型，聚羧酸系高效減水劑，減水率為25%。

1.2 試驗方法

1.2.1 試件

高強輕質混凝土力學性能按照《輕集料混凝土技術規程》JGJ51-90進行，試驗分別采用15cm立方體，15cm×15cm×55cm的模具成型抗壓及抗折的混凝土試件。

1.2.2 試驗

1）壓強度試驗

采用尺寸為15cm立方體試件，如圖1。每種類型的試件制作2個，共4個，利用萬能試驗機進行抗壓強度試驗。

圖1 抗壓強度試驗立方體試件

2）抗折強度試驗

采用尺寸為150×150×550mm的混凝土試件，如圖2。每種類型的試件制作2個，共4個，利用抗折試驗機進行抗折強度試驗。

1.3 試驗配合比

本次試驗中混凝土的設計抗壓強度50MPa，抗折強度7MPa。具體配合比如表1。

表1 各類型混凝土配合比（單位：kg/m3）

圖2 抗折強度試驗棱柱體試件

2 力學特性試驗結果

2.1 抗壓強度試驗

表2為28天齡期抗壓強度試驗結果：

表2 高強輕質混凝土材料抗壓強度試驗結果（單位：kg/m3）

由表2可知：1）每種配合比的試件試驗得出的抗壓強度，均與其平均值接近，偏差小于 1%，試驗結果可靠；2）未摻入鋼纖維的常規輕質混凝土材料，抗折強度未滿足要求，摻入鋼纖維后，其抗壓強度得到明顯提高，即鋼纖維可提高輕質混凝土抗壓強度。

2.2 抗折強度試驗

表3抗折強度試驗結果：

表3 高強輕質混凝土材料抗壓強度試驗結果（單位：kg/m3）

由表2可知：1）每種配合比的試件試驗得出的抗折強度，均與其平均值接近，偏差小于 1%，這表明試驗結果可靠；2）與常規未添加鋼纖維的混凝土材料，添加鋼纖維可明顯提高材料的抗折性能。因為鋼纖維的摻入極大改善了輕集料混凝土的脆性，增加其韌性。

3 結果總結

本文通過力學性能試驗，對比分析了未摻入鋼纖維的普通輕質混凝土和摻入鋼纖維的高強輕質混凝土力學特性，得出以下結論：

1）每種配合比的試件試驗得出的抗壓及抗折強度，均與其平均值接近，偏差均小于1%，試驗數據可靠；

2）向混凝土材料中添加鋼纖維，可明顯提高材料的抗壓強度及抗折強度。