鋼纖維自密實混凝土動力學性能研究及趨勢探討

劉遨男

（安徽理工大學 安全科學與工程學院，安徽 淮南 232001）

0 引言

自密實混凝土與普通混凝土一樣，是一種脆性材料，具有抗裂性差、抗壓不抗拉等特點，其抗沖擊能力不足[1]。在特殊情況下，混凝土結構可能因處于頻繁或偶然的沖擊載荷條件下，導致其被破壞，失去相應的作用[2]。大量研究表明，在混凝土中加入鋼纖維可有效改善混凝土的工程性能，使其在各種荷載作用下不容易發生脆性斷裂[3]。目前，業界對鋼纖維自密實混凝土（SFRSCC）的動態抗沖擊性能研究較少，對其動態響應的認識也很有限[3]。為了進一步了解SFRSCC在動態載荷作用下的性能，評估不同鋼纖維摻量對自密實混凝土的動態抗拉強度的影響，需要開展更多研究。

1 試驗概況

1.1 試驗材料

本次試驗采用C40和C60兩種強度等級的自密實混凝土，以及直徑為0.2 mm、長度為12.0 mm的鋼纖維，制作了鋼纖維體積率分別為0.5%、1.0%、1.5%和2.0%共8種鋼纖維自密實混凝土試件。針對每一種不同體積率的SFRSCC，均制作了6個直徑為65 mm、長度為450 mm的試件開展動態拉伸試驗。

1.2 試件拌合方法及養護

制作鋼纖維自密實混凝土試樣，一般采用普通混凝土的制作方法，但又有一定區別，因為自密實混凝土中加入了鋼纖維，完全按照普通混凝土的制作方法會導致鋼纖維結團，影響自密實混凝土的性能。本實驗攪拌方法為：首先將水泥、河砂和粉煤灰投入攪拌機，攪拌1 min；然后加入粗骨料和水，攪拌至少1 min；接著緩緩加入減水劑，攪拌至少1 min；最后向攪拌機里均勻撒入鋼纖維，攪拌3 min后停止。將攪拌好的漿料裝入涂抹了機油的模具中。由于自密實混凝土具有高流動性、高填充性等特點，因此無需在振動臺上振搗。灌漿完畢后，將其放置于恒溫室，24 h后即可脫模，再將其放置于恒溫養護室養護28 d。

1.3 試驗方法

（1） 調平壓桿。采用專業調平儀器，調整入射桿、反射桿和透射桿，使桿的軸線在同一水平線上，可在壓桿上涂抹適量黃油，以減少滑動摩擦力。

（2）貼應變片。對于需要粘貼應變片的位置，首先用砂紙和酒精擦去壓桿表面的氧化層，然后用膠水迅速粘貼應變片，最后貼上黑膠帶。

（3）線路連接。采用半橋法連接數據采集系統。

（4）空打。為判斷試驗裝置的準確性，在試驗前先完成一次空打。

（5）放入試件。將試件放在入射桿與反射桿之間，將其夾緊，并在放入試件前，在壓桿和試件的接觸面涂抹1層凡士林，以減小摩擦。

（6）加載氮氣。釋放氮氣達到預定的氣壓值，等待開閥。

（7）開閥沖擊。沖擊結束后，保存實驗數據。

2 試驗結果

在氣壓0.3 MPa下完成沖擊，得出不同類型SFRSCC的動態抗拉強度，見表1。

表1 SFRSCC動態抗拉強度（Tab.1SFRSCC dynamic tensile strength）

由表可得以下結論。

（1）鋼纖維摻量相同情況。鋼纖維摻量相同時，4種類型的C60級鋼纖維自密實混凝土的動態抗拉強度均高于C40級鋼纖維自密實混凝土。

（2）鋼纖維摻量不同情況。隨著鋼纖維摻量的增加，鋼纖維自密實混凝土的動態抗拉強度也在增加；且對于同一強度等級的鋼纖維自密實混凝土，其動態抗拉強度與鋼纖維體積率基本呈線性關系。

3 結語

為研制具有更高強度的混凝土，滿足工程應用中的需要，未來還需進行更廣泛、更全面的試驗研究，如開展高應變率、高體積率、高溫高壓、鋼纖維鍍銅等方面的研究。為更深入地研究鋼纖維自密實混凝土的抗拉機理，后續可從細觀和微觀力學角度進行理論分析。