新型速凝延性混凝土的實驗研究

盧財林 李港寧 李杰 陳明明 牟慧琳 林友軍

（陜西理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，陜西 漢中 723000）

混凝土是建筑行業(yè)最重要的工程材料之一，由于混凝土本身的材料組成使其抗壓能力遠(yuǎn)大于抗壓能力，并且在混凝土維修加固領(lǐng)域，需要混凝土快速凝結(jié)硬化形成具有一定強度，具有速凝性質(zhì)延性混凝土的需求已經(jīng)越來越受到重視，所以研究新型速凝延性混凝土尤為重要。速凝延性混凝土應(yīng)用于結(jié)構(gòu)維修加固是采用現(xiàn)場澆注修補的方法，將原有存在質(zhì)量問題的混凝土替換，可以很好的保證結(jié)構(gòu)的整體性，同時速凝延性混凝土也可以用于橋梁隧道建設(shè)，因此，研究速凝延性混凝土具有很好的發(fā)展空間。

纖維是一種由連續(xù)或不連續(xù)的細(xì)絲組成的物質(zhì)，能夠起到連系各組分的重要作用，在一定程度上能夠提升混凝土的延性性能，所以選用纖維作為集料，添加速凝劑，配制速凝延性混凝土［1］。

1 試驗方案設(shè)計

1.1 實驗材料

1）水泥：采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥。2）細(xì)骨料：天然河沙，產(chǎn)于陜西漢中，堆積密度1500kg/m3。3）粗骨料：人工礫石，產(chǎn)于陜西漢中，表觀密度2650kg/m3，采用一級配粒徑5 mm～20mm。4）玻璃纖維：產(chǎn)地：湖南長沙。5）聚丙烯纖維；產(chǎn)地：湖南長沙。6）鋼纖維：產(chǎn)地：河北衡水。7）速凝劑：產(chǎn)地：山東濟南，基本性能如下：J85型水泥速凝劑，在適宜摻量下，噴射混凝土可在2～5min內(nèi)初凝，4～10min內(nèi)終凝。粘稠性好、回彈低、混凝土強度保持率高、對鋼筋沒有銹蝕作用、抗?jié)B性好。

1.2 實驗方案

1.2.1 試件制作

根據(jù)實驗方法要求，本實驗為兩階段試驗，第一階段為測定三種纖維在1.0%摻量下的3d、7d抗壓抗折強度和添加速凝劑后初步達到設(shè)計強度的時間；第二階段分別對1.0%、2..0%、3.0%摻量的鋼纖維進行試驗確定最優(yōu)摻量。每組試驗選用3個100mm*100mm*100mm 試模和3個100mm*100*mm*300mm試模。

1.2.2 纖維材料的確定

普通混凝土的抗折強度較低，本實驗中通過添加纖維來改善其性能，經(jīng)分析確定采用鋼纖維，摻鋼纖維后3d、7d抗折強度均有提升。

1.2.3 配合比的確定

本實驗采用纖維等體積替代細(xì)集料法，1.0%、2.0%、3.0%三種摻量鋼纖維增強混凝土各材料配比參見下表

單位：Kg/m3

1.2.4 初終凝時間的測定

本實驗混凝土的凝結(jié)時間測試采用維卡儀和水泥凝結(jié)時間的測試方法。雖然混凝土雖經(jīng)標(biāo)椎篩篩出砂漿，但是仍然含有部分小粒徑的細(xì)集料。故本實驗做以下修正，測針端部與砂漿表面接觸，在10±2s內(nèi)均勻地使探針貫入砂漿25±2mm深度，每5min測定一次，記錄貫入壓力，并適時更換測針。由公式

式中Fpr——貫入阻力（MPa）

P0——貫入壓力（N）

A——探針面積（mm2）

得出貫入阻力，通過繪圖擬合的方法確定初凝和終凝時間。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 3d、7d抗壓強度

圖1 抗壓強度

從圖1可以分析得出：

1）7d齡期鋼纖維摻量為3.0%時混凝土抗壓強度最高，3d齡期鋼纖維摻量為1.0%時混凝土的抗壓強度最低，其它的抗壓強度從高到低依次為：A7-2.0＞A7-1.0＞A3-3.0＞A3-2.0。隨著混凝土齡期的增長水泥熟料礦物不斷水化［］，隨著時間的不斷推移水泥水化不斷深入，更多的水泥凝膠體填充于毛細(xì)孔中，相應(yīng)的增大了膠空比值，于是強度也就隨之不斷增高。

2）隨著鋼纖維摻量的增加混凝土強度也有所提升，更多的鋼纖維起到骨架的作用，進入混凝土中使得混凝土中各組分更加緊密的連接在一起，從而提升混凝土強度。

3）鋼纖維1.0%、2.0%、3.0%摻量下7d齡期較3d齡期混凝土抗壓強度提升分別為2.79%、3.04%、2.58%。綜合強度提升為2.80%，由此可見混凝土7d齡期強度還有所提升。

2.2 3d、7d抗折強度

分析得出：

1）7d齡期鋼纖維摻量為3.0%時混凝土抗折強度最高，3d齡期鋼纖維摻量為1.0%時混凝土的抗折強度最低，其它的抗折強度從高到低依次為：B7-2.0＞B7-1.0＞B3-3.0＞B3-2.0。

2）試驗表明，加入鋼纖維后混凝土的抗折強度有明顯提升。在混凝土中摻入纖維之后，水泥作為膠凝材料，包裹住了砂、石子之類的粗細(xì)集料的同時握裹著鋼纖維，加上鋼纖維在混凝土中亂向分布形成一種新型多相復(fù)合材料。其中亂向分布的鋼纖維能夠在很大程度上阻止混凝土的開裂，鋼纖維在混凝土中相互搭接形成網(wǎng)狀的骨架，阻礙了離析和泌水的發(fā)生，提高了混凝土的和易性，從而顯著提高了混凝土的抗折強度和韌性。

3）試驗發(fā)現(xiàn)，在抗折實驗中試件的破壞并不是鋼纖維的拉斷，而是纖維從混凝土中拔出，從而使得試件失效，足以見得鋼纖維的能力還沒有完全體現(xiàn)出來，出現(xiàn)試件損壞原因是在于混凝土中各組分與鋼纖維的粘結(jié)力存在不足，后續(xù)研究若基于此結(jié)論展開，混凝土的抗折強度還會有所提升［2］。

2.3 凝結(jié)硬化時間

混凝土凝結(jié)時間的測試結(jié)果如圖2所示，以貫入阻力為縱坐標(biāo)，經(jīng)過時間為橫坐標(biāo)繪制出貫入阻力-時間曲線圖，以3.5MPa和28.0MPa劃兩條平行于時間軸的直線，分別交曲線于A、B兩點，A、B兩點橫坐標(biāo)即為混凝土拌合物的初凝和終凝時間。

圖2 凝結(jié)時間的測試結(jié)果圖

取三個實驗的平均值進行修正作為此次試驗的的凝結(jié)時間。由圖分析得知本實驗混凝土拌合物的初凝時間為128min，終凝時間為243min。與標(biāo)椎對照組相比初凝時間縮短了27min，終凝時間縮短了132min。

3 結(jié)語

通過對混凝土的抗壓強度、抗折強度和凝結(jié)時間的試驗研究，我們得到以下結(jié)論：

1）在混凝土中添加纖維，能夠在一定程度上提高混凝土的抗折強度，但對混凝土抗壓強度的提升并不明顯，只有略微的提升。2）鋼纖維對混凝土抗折強度的提升并不是線性關(guān)系，本實驗中3.0%的摻量對混凝土抗折能力的提升最為明顯，但較1.0%到2.0%的提升幅度已經(jīng)有所下降。3）在混凝土中添加速凝劑能夠大大加快混凝土的凝結(jié)時間，使其在較短時間內(nèi)達到使用要求。