基于施工穩定性的現澆高大模板混凝土改性制備與性能研究

王中荔，唐優秀

摘要：基于施工穩定性對現澆高大模板混凝土要求的提高，采用在混凝土中添加不同含量纖維的方法制備了現澆纖維混凝土，對比分析了其與不含纖維的混凝土的力學性能。結果表明，相較不含纖維的混凝土的試樣，其抗壓強度、劈裂抗拉強度和抗折強度都有不同程度的提高，纖維質量分數為0.4%的纖維混凝土（FRC-4）試塊具有較高的抗壓強度、劈裂抗拉強度和抗折強度結合。在混凝土中添加不同含量的纖維后，纖維混凝土試塊的最大荷載和撓度都有不同程度提高，且FRC-4試塊具有最大的荷載。表明纖維混凝土試件在沖擊過程中需要更大的能量才會發生斷裂，FRC-4試塊具有最大的沖擊應力。

關鍵詞：現澆高大模板；纖維混凝土；穩定性；制備；力學性能

中圖分類號：TU528.042.4

文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）12-0154-04

Research on the modified preparation and performance of cast-in-Place high-rise formwork concrete based on construction stability

WANG Zhongli，TANG Youxiu

（Guangxi College of Industry and Technology，Nanning 530001，China）

Abstract：Based on the improvement of construction stability requirements for cast-in-place high formwork concrete，cast-in-place fiber reinforced concrete was prepared by adding different content of fibers to the concrete，and its mechanical properties were compared and analyzed with the concrete without fibers.The results showed that compared with the concrete without fiber，the compressive strength，splitting tensile strength，and flexural strength of the specimen were all improved to varying degrees.The fiber reinforced concrete （FRC-4）? test block with a fiber mass fraction of 0.4% had a high combination of compressive strength，splitting tensile strength，and flexural strength.After adding different amounts of fibers to the concrete，the maximum load and disturbance of the fiber reinforced concrete test block have been increased to varying degrees，and the FRC-4 test block had the maximum load.It showed that the fiber-reinforced concrete specimen required more energy to fracture during the impact process，and the FRC-4 specimen had the maximum impact stress.

Key words：cast-in-place high-rise formwork;fiber-reinforced concrete;stability;preparation;mechanical property

現澆大模板建筑是采用大型工具式模板，采用工業化方法在現場澆注混凝土制作成建筑構件的建筑形式，由于現澆大模板建筑施工周期短、結構整體性能好，且相較預制裝配房屋可以節省建預制構件廠投資和大型運輸設備等特點，在現代住宅、工業廠房建設中應用較為廣泛。某學院教育園區新校區一期項目第一標段一期工程，位于區教育園區東片區內，項目選址為高中定羅湖校區東面地塊，總建筑面積112 181.46 m2，基礎類型為柱下獨立基礎，抗震設防烈度為6度，結構安全等級為二級，為保障工程進度和工程質量，擬采用基于施工穩定性的現澆高大模板纖維混凝土進行設計與施工，為保障現澆高大模板纖維混凝土在工程中順利應用，研究通過在混凝土中添加不同含量纖維的方法制備了現澆纖維混凝土，對比分析了不含纖維和不同含量纖維的混凝土的靜載荷力學性能、彎曲性能和沖擊性能，結果可為現澆高大模板纖維混凝土結構設計提供參考，并推動纖維混凝土在現澆高大模板建筑中的應用。

1材料與方法

1.1原材料

試驗原材料包括河北滄州公司生產的聚乙烯醇纖維（密度1.28 g/cm3、拉伸模量1 590 MPa、彈性模量21 GPa、斷后伸長率7.8%、單絲直徑25 μm，短切長度為6 mm），市售P·O42.5級普通硅酸鹽水泥，12 mm碎石作為粗骨料（密度2 780 kg/m3），石英砂作為細骨料（密度2 568 kg/m3），減水劑為聚羧酸高效減水劑（減水率33%），自來水。

1.2試件制備

在單臥軸式混凝土攪拌機中進行纖維混凝土制備，混凝土的配合比為水泥∶砂∶石∶水=1∶1.9∶3.5∶0.5。在制備纖維混凝土前，先將粗骨料和細骨料清洗干凈并轉入攪拌機中，然后加入水泥進行攪拌5 min后，加入不同含量的纖維繼續攪拌6 min，再加入減水劑等攪拌2 min，攪拌完成后現澆入高大模板，同時采用振動臺對纖維混凝土進行震動磨平，室溫保持24 h后拆模并進行28 d的標準養護處理。其中，FRC-0、FRC-1、FRC-2、FRC-3、FRC-4和FRC-5纖維添加量（質量分數）分別為0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%的試件。

1.3測試方法

根據GB/T 50081—2019、CECS 13：2009標準對纖維混凝土試塊進行了靜載荷和動載荷力學性能測試，抗壓、劈裂抗拉、彎曲和沖擊性能測試試樣的尺寸與加載方式如圖1所示。抗壓強度測試過程中，加載速度為0.6 MPa/s，結果取3塊試樣的平均值；劈裂抗拉強度測試過程中，加載速度為0.06 MPa/s，結果取3塊試樣的平均值；彎曲性能測試采用三點彎曲加載法，支座間距為300 mm，結果取3塊試樣的平均值；采用分離式霍普金森壓桿（SHPB）進行沖擊性能測試，并繪制應力-應變曲線。纖維混凝土宏觀形貌采用華為P40手機進行拍攝。

2結果與分析

2.1靜載荷力學性能

表1為基于施工穩定性的現澆高大模板纖維混凝土試塊的靜載荷力學性能，分別列出了6種纖維混凝土試塊的抗壓強度、劈裂抗拉強度和抗折強度測試結果。

由表1可知，對于未添加纖維的混凝土試塊FRC-0，其抗壓強度、劈裂抗拉強度和抗折強度分別為48.98、1.80和4.68 MPa；在混凝土中添加一定含量的纖維后，纖維混凝土的抗壓強度、劈裂抗拉強度和抗折強度都有不同程度的提高，且FRC-4試塊具有較高的抗壓強度、劈裂抗拉強度和抗折強度結合。

2.2彎曲性能

圖2為基于施工穩定性的現澆高大模板纖維混凝土試塊三點彎曲破壞形態。

由圖2可知，在進行三點彎曲性能測試后，多數纖維混凝土試件的中間區域都出現了彎折狀裂紋，裂紋長度和寬度存在一定差異。如未添加纖維的FRC-0試塊的裂紋較長、較寬；添加纖維后的纖維混凝土試塊的裂紋長度和寬度都有不同程度減小，且FRC-4試塊表面基本看不到裂紋損傷存在，表明此時纖維混凝土試塊的三點彎曲性能較好。

圖3為基于施工穩定性的現澆高大模板纖維混凝土試塊的荷載-撓度曲線。

由圖3可知，對于未添加纖維的混凝土試塊，在彎曲試驗過程中表現出明顯脆性，試樣在較小的擾度下就已經發生脆斷，其最大載荷在10 kN以下，撓度在0.3 mm以下。在混凝土中添加不同含量的纖維后，纖維混凝土試塊的最大荷載和撓度都有不同程度提高，且FRC-4試塊具有最大的荷載。纖維混凝土試塊的荷載-撓度曲線差異主要與纖維在纖維混凝土中的存在形式有關，如果纖維在纖維混凝土內部均勻分散且不發生聚集，則有利于提高纖維混凝土的彎曲性能，相反如果纖維含量過高并發生團聚，彎曲性能反而會降低。

2.3動載沖擊性能

圖4為基于施工穩定性的現澆高大模板纖維混凝土試塊的應力-應變曲線。

由圖4可知，相較于未添加纖維的混凝土試件，添加不同含量的纖維混凝土試件的最大應力都有不同程度提高，表明纖維混凝土試件在沖擊過程中需要更大的能量才能發生斷裂。由此可見，在混凝土中添加纖維有助于提升纖維混凝土的沖擊強度，這主要是因為纖維在纖維混凝土中可以起到連接作用，一定含量的在混凝土中均勻分布的纖維可以提升試件的沖擊強度。

圖5為基于施工穩定性的現澆高大模板纖維混凝土試塊的沖擊破壞形態。

由圖5可知，相較于添加纖維的纖維混凝土試件，FRC-0試件的破壞較為嚴重，混凝土試件都斷裂成尺寸較小的碎塊狀，且相互未見明顯粘連形態；在混凝土中加入不同含量的纖維后，纖維混凝土試件在斷裂后的碎塊都相對較大，且局部存在明顯的纖維橋接。從破壞形態上看，纖維在纖維混凝土沖擊過程中可以起到橋接作用而增強沖擊性能，且纖維含量并不是越高越好，在纖維含量較小時，纖維橋接作用較弱，沖擊性能提升幅度較小，而纖維含量過量時，局部會出現纖維不能均勻分散而發生團聚等現象，沖擊性能反而會減小。沖擊破壞形態的觀察結果與圖3的應力-應變曲線測試結果相吻合。

3結語

（1）對于未添加纖維的混凝土試塊FRC-0，其抗壓強度、劈裂抗拉強度和抗折強度分別為48.98、1.80和4.68 MPa；在混凝土中添加一定含量的纖維后，纖維混凝土的抗壓強度、劈裂抗拉強度和抗折強度都有不同程度的提高；

（2）對于未添加纖維的混凝土試塊，在彎曲試驗過程中表現出明顯脆性，試樣在較小的擾度下就已經發生脆斷，其最大載荷在10 kN以下，撓度在0.3 mm以下。在混凝土中添加不同含量的纖維后，纖維混凝土試塊的最大荷載和撓度都有不同程度提高，且FRC-4試塊具有最大的荷載；

（3）相較于未添加纖維的混凝土試件，添加不同含量的纖維混凝土試件的最大應力都有不同程度提高，表明纖維混凝土試件在沖擊過程中需要更大的能量才能發生斷裂。

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