基于正交試驗的鋼纖維自密實混凝土配合比設計分析

顧廣娟

（建筑結構安徽省普通高校重點實驗室（安徽新華學院），安徽 合肥 230088）

1 鋼纖維自密實混凝土配合比設計分析

1.1 自密實鋼纖維混凝土特點

混凝土是常用于建筑領域，因其能耗低、易助材、強度高、耐久度高、施工方便、成本較低等一系列優點而成為建筑業的主要材料。但混凝土也有其缺點，就是其重量比較大，且相較于其他材料脆性也更大。本課題主要研究在保留混凝土的原有優點之上對于混凝土缺點的改造實驗。在漫長的試驗過程中發現，輕骨料混凝土可以對傳統混凝土取其精華去其糟粕，近年來相關專家還發現，在輕骨料混凝土中加入鋼纖維，可以讓輕骨料混凝土原來的可泵性能差和脆性進行填充。一般來說，自密實混凝土在進行現場作業時，常常會出現上浮現象，但是加入鋼纖維之后的混凝土往往流動性變得更好，并且其密實度也有大幅度提高，可以揚長避短，避免輕骨料混凝土原有弊端，更大限度實現自密實。

1.2 國外自密實鋼纖維全輕混凝土研究現狀

人們對于建筑物的要求越來越高，相關專家也都對混凝土加大研究力度，原本的纖維混凝土在我國的研究已經較為完整，但是關于自密實輕骨料混凝土還遠遠落后于國外的步伐，國內對于自密實輕骨料混凝土的研究還十分罕見。混凝土添加入纖維后可以順利將傳統混凝土的抗擊拉扯能力以及彎曲能力和耐久性改變，這對于自密實混凝土來講，是一個質的飛躍。到現在為止，包括在國外，對于混凝土的添加物質也只有鋼纖維。

1.3 國內自密實鋼纖維混凝土研究現狀

自密實輕骨料混凝土和纖維輕骨料混凝土的基本資料和實驗基本上都來源于國外，國內對于此類研究尚淺，更不用提鋼纖維自密實混凝土的研究了。但自密實輕骨料混凝土更適用于我國的工業建設，并且其優點也很多。截止到現在，我國在進行混凝土的實驗研究時，一般都是通過輕骨料混凝土以及自密實混凝土兩種方法交替進行。并且通過已有的實驗資料可以了解到，專家們更加注重于自密實輕骨料混凝土的配合比及耐久度研究。

2 鋼纖維自密實混凝土配合比設計實驗分析

2.1 鋼纖維自密實混凝土的配合比的實驗研究

本課題的關鍵所在就是對于鋼纖維自密實混凝土的配合比的實驗分析。項目組在已有經驗和文獻調研的基礎上，進行鋼纖維自密實混凝土的配合比范圍的確認和分析研究，并在此范圍內進行制備試驗。實驗過程中主要采用坍落擴展度、T500流動時間、J環試驗評價鋼纖維自密實混凝土的水平自由流動性和填充性；利用L型儀、坍落擴展度和J環試驗差值評價混凝土拌合物的間隙通過性和抗離析性；采用離析率篩析法測試抗離析性。項目組還在實驗過程中憑借不同配合比的鋼纖維自密實混凝土的流動性、抗離析性、間隙通過性、填充性和強度，分析骨料尺寸和百分比、水泥百分比、黃沙百分比、硅灰百分比、粉煤灰百分比及鋼纖維體積比對工作性和力學性能的影響和敏感程度。并對工作度、力學性能和配合比的關系進行函數擬合，采用回歸分析方法對配合比進行參數優化。最后配制出造價低、工作度滿足工程要求、強度和韌性大幅增強的鋼纖維自密實混凝土。

2.2 鋼纖維自密實混凝土含損傷的動靜態本構關系分析

在MTS試驗機上對鋼纖維自密實混凝土進行準靜態壓縮、三軸圍壓實驗，獲得鋼纖維自密實混凝土準靜態下的應力應變曲線；在霍普金森桿上對鋼纖維自密實混凝土進行不同應變率下的動態壓縮實驗，獲得其不同應變率下的動態拉壓應力應變關系曲線。研究不同強度不同鋼纖維體積比的鋼纖維自密實混凝土的動靜態抗壓，確定不同體積比鋼纖維含量對自密實混凝土力學性能的增強效果。研究動靜態的應力應變曲線，采用連續介質損傷力學理論推導含損傷、含應變率、含鋼纖維體積比的鋼纖維自密實混凝土本構，為鋼纖維自密實混凝土在動靜態載荷作用下的工程應用提供理論指導。

2.3 纖維自密實混凝土的摻加性能分析

在進行自密實混凝土的摻加性能分析時發現，可以利用折算系數和試塊尺寸的區別，從而通過鋼纖維數量摻加的多少來進行自密實混凝土的力學性能實驗分析。

透過分析可以了解到，隨著鋼纖維的摻量的不斷增加，自密實混凝土的抗壓強度、抗折強度、劈拉強度和彈性模量都在逐漸地增大，相較于未摻加鋼纖維的基準配合比自密實混凝土，鋼纖維的摻加能夠有效地提高自密實混凝土的力學性能，尤其是對提高抗壓、劈拉強度和抗折強度最為有效，進而對提高混凝土的強度和抗裂性能具有顯著的作用。

綜上所述，在進行自密實混凝土的抗彎抗折抗壓能力實驗時，當測試進入混凝土的最大限度時，會出現破碎或者直接整塊損壞的狀態。但是加入了鋼纖維的自密實混凝土在進行實驗時，其在到達極限狀態時還可以維持原有狀態，不會出現碎塊掉落，其外在表現只是表面上會有條狀裂隙的出現。

2.4 自密實混凝土工作性能實驗過程

本課題主要采用的自密實混凝土的研究方法有：首先，測試自密實混凝土的流動性以及測試鋼纖維自密實混凝土流動性采用的方法是坍落度筒法，坍落度筒法的擴展度越大，則說明混凝土的流動性越好，并且填充能力也比較強，在建筑過程中比較容易施工。其次，對于自密實混凝土骨料通過性檢測以及對于鋼纖維自密實混凝土中混凝土在鋼筋間隙的通過能力測試時采用的方法是J-環法，J環法的擴展度越大，說明混凝土的流動性越好，并且不容易出現離析、泌水等問題。最后，在進行自密實混凝土的骨料通過性以及抗離析性實驗和在對鋼纖維自密實混凝土進行填充能力和抗離析性實驗時，采用的是U型儀法和GTM穩定法，通過兩種試驗方法可以了解到，自密實混凝土的流動性較好并且混凝土離析率在5%以上時不離析，在5%以下時離析。

2.5 應用前景和發展趨勢

從目前針對我國的鋼纖維自密實混凝土的實驗研究以及國外的研究記錄來看，國內外的自密實纖維輕骨料的研究已經日趨完善，并且在國際上也十分活躍。但是從目前已經得出結論的研究結果來看，國內外對于自密實鋼纖維輕骨料混凝土的具體工作性能以及鋼纖維分布規律的研究仍然比較少。正因如此，相關學者對于鋼纖維輕骨料混凝土工作性能和鋼纖維分布規律的研究還應再接再厲，希望未來可以進一步發展相關應用從而為我國建筑業提供幫助。

3 結語

本文通過對正交試驗的鋼纖維自密實混凝土配合比設計分析，得出鋼纖維的加入可以直接影響自密實混凝土的性能以及受到沖擊時的狀態，從而通過相關實驗順利得到了具有高性能的鋼纖維自密實混凝土，更新了原有傳統的自密實混凝土，這對我國的混凝土領域是一個新的突破。并且相關人員也致力于鋼纖維自密實混凝土配合比的后續研究。這項研究，無論是對于國內還是國外，都是一個質的飛躍。