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

（陜西理工大學土木工程與建筑學院，陜西 漢中 723000）

混凝土是建筑行業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大于抗壓能力，并且在混凝土維修加固領域，需要混凝土快速凝結硬化形成具有一定強度，具有速凝性質延性混凝土的需求已經越來越受到重視，所以研究新型速凝延性混凝土尤為重要。速凝延性混凝土應用于結構維修加固是采用現場澆注修補的方法，將原有存在質量問題的混凝土替換，可以很好的保證結構的整體性，同時速凝延性混凝土也可以用于橋梁隧道建設，因此，研究速凝延性混凝土具有很好的發展空間。

纖維是一種由連續或不連續的細絲組成的物質，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 試驗方案設計

1.1 實驗材料

1）水泥：采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥。2）細骨料：天然河沙，產于陜西漢中，堆積密度1500kg/m3。3）粗骨料：人工礫石，產于陜西漢中，表觀密度2650kg/m3，采用一級配粒徑5 mm～20mm。4）玻璃纖維：產地：湖南長沙。5）聚丙烯纖維；產地：湖南長沙。6）鋼纖維：產地：河北衡水。7）速凝劑：產地：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內初凝，4～10min內終凝。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、抗滲性好。

1.2 實驗方案

1.2.1 試件制作

根據實驗方法要求，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時間測試采用維卡儀和水泥凝結時間的測試方法。雖然混凝土雖經標椎篩篩出砂漿，但是仍然含有部分小粒徑的細集料。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孔中，相應的增大了膠空比值，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狀的骨架，阻礙了離析和泌水的發生，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）試驗發現，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出來，出現試件損壞原因是在于混凝土中各組分與鋼纖維的粘結力存在不足，后續研究若基于此結論展開，混凝土的抗折強度還會有所提升［2］。

2.3 凝結硬化時間

混凝土凝結時間的測試結果如圖2所示，以貫入阻力為縱坐標，經過時間為橫坐標繪制出貫入阻力-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兩點橫坐標即為混凝土拌合物的初凝和終凝時間。

圖2 凝結時間的測試結果圖

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。與標椎對照組相比初凝時間縮短了27min，終凝時間縮短了132min。

3 結語

通過對混凝土的抗壓強度、抗折強度和凝結時間的試驗研究，我們得到以下結論：

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時間，使其在較短時間內達到使用要求。