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23 6 四川 I 建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 9卷第 6期 2 0 1 3年 1 2月 混凝土钢纤维的掺量对声速和强度的影响 张庆 芳 ( 湖北工程学院城市建设学院， 湖北 孝感4 3 2 0 0 0 ) 摘要： 通过对钢纤维混凝土各种配合比的试验， 采用无损测量声速 、 常规测量测出混凝土的抗压强度， 判别出混 凝土超声速仪声速及强度的关系， 结果基本相似， 其趋势是一致的。从而对探测 C 4 0混凝土的建筑物在建造过程 中或运行过程中出现的各种内部隐患 、 裂缝及其他破坏情况， 提供了较有价值的参考数据。同时， 并确定出钢纤维 体积掺量的合理值， 即： C A 0混凝土钢纤维的掺量应控制在 1 ． 0 ％ ～1 ． 4 ％。 关键词： 体积掺量； 钢纤维； 无损检测 ； 合理掺量 中图分类号 ： T U 5 9 9 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 8—1 9 3 3 ( 2 0 1 3 ) 0 6— 2 3 6— 0 3 Co n c r e t e s t e e l f i b e r c o n t e n t 0 n t h e s p e e d o f s o u nd a n d i nt e n s i t y Z H A N G Q i n g f a n g ( H u b e i I n s t i t u t e o f U r b a n C o n s t r u c t i o n I n s t i t u t e ， X i a o g a n 4 3 2 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h r o u g h a v a r i e t y o f s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e wi t h t h e r a t i o t e s t ， u s i n g n o n — d e s t r u c t i v e me a s u r e me n t o f t h e s p e e d o f s o u n d ， me a s u r e d b y c o n v e n t i o n a l me a s u r i n g t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e， d e t e r mi n e t h e v e l o c i t y o f Ul t r a s o n i c s p e e d d e t e c t o r an d t h e i n t e n s i t y o f t h e r e l a t i o n s h i p， t h e r e s u h s a r e s i mi l a r ， t h e t r e n d i s c o n s i s t e n t ． T h u s ， d e t e c t i o n o f C 4 0 c o n c r e t e b u i l d i n g s d u r i n g c o n s t r u c t i o n o r o p e r a t i o n a r i s i n g i n t h e c o u r s e o f t h e v a r i o u s i n t e r n a l p r o b l e ms ， c r a c k s a n d o t h e r d a ma g e ， t o ma k e a mo r e v a l u a b l e r e f e r e n c e ． At t h e s a me t i me ， a n d d e t e rm i n e t h e v o l u me o f s t e e l fi b e r c o n t e n t o f t h e r e a s o n a b l e v alu e， n a me l y： C 4 0 c o n c r e t e s t e e l fi b e r c o n t e n t s h o u l d b e c o n t r o l l e d a t 1 ． 0 ％t o 1 ． 4％ ． Ke y wo r d s ： v o l u me f r a c t i o n； s t e e l fi b e r ； ND T； r e a s o n a b l e d o s a g e 1 概述 我 国的无损检测技术工作开始于 2 0世纪 5 0年 代中期， 开始引进瑞士、 英国等国的回弹仪和超声 仪 ， 并结合工程应用开展 了许多研究工作 。2 0世纪 6 0年代初即开始批量生产回弹仪 ， 并研制成功了多 种型号的超声波检测仪 ； 在检测方面也取得了进展 。 2 0世纪 7 0年代 以后 ， 我国曾多次组织力量攻关 ， 大 大推进 了结构混凝土无损检测技术的研究和应用。 新加坡政府在新世纪大酒店( N e w Wo r l d Ho t e 1 ) 塌陷之后 明文规定 ： 二层以上 的建筑物必须每五年 进行质量检测 ， 马来西亚政府在 Hi g h t l a n d T o w e r 灾 难 以后 ， 对相关法律进行补充 ， 规定高于五层的高层 建筑物每隔十年必须进行安全检查， 检查通过后再 颁发建筑物的可使用证 明。可 以看出 ， 如何探 测建 筑物在建造过程中或运行过程中出现的各种内部隐 患 、 裂缝及其他破坏情况 ， 一直是人们关心的重大问 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 6 ~6 作者简介： 张庆芳( 1 9 6 6一) ， 女， 湖北广水人， 硕士， 副教授 ， 主要从 事房屋建筑学教学及混凝土、 施工等方面的研究工作。 基金项目： 湖北省教育厅基金项 目( B 2 0 1 0 2 7 0 4 ) E —ma i l ： x g z h a n g q @ 1 6 3 ． c o n 题。因此 ， 加强混凝土的质量监测和控制是 预防建 设工程质量事故的不断发生、 确保建筑安全的重要 措施 ， 在建筑工程中有非常重要的现实意义 。 2 试 验用原 材料 本试验用水泥为武汉亚东有限公司生产的洋房 牌强度等级为 4 2 ． 5的普通硅酸盐水泥 ， 其力学性能 良好 ； 粗骨料粒径为 5～ 2 0 mm级配 良好的碎石 ； 细 骨料为细度模数为 2 ． 7 4、 级配 良好 的中砂 ， 其表观 密度为 P =2 ． 6 5 g ／ c m ； 钢纤维是武汉汉森钢纤维 有限责任公司生产 的汉森牌剪切 型钢纤维 ， 其密度 为 7 8 0 0 k g ／ m ， 长径比 l ／ d：3 3 ； 减水剂为武汉武钢 实业浩源化工有限公司生产的 N F J 。 1型萘系高效减 水剂。矿渣为武汉钢铁厂生产的粒化高炉矿渣， 经 磨细比表面积为 4 3 2 0 c m ／ g 。在混凝土中加入减水 剂， 能使在不增加用水量和水泥用量的情况下， 获得 较好的和易性 ， 增大流动性和改善粘聚性 ， 减少泌水 性， 从而提高混凝土基体的强度。 3 试验过程 本试验采用上述材料， 配制 C F 4 0混凝土， 其水 灰比为 0 ． 4 1 ， 采用不 同的钢纤维掺量 ， 配制出 2 8 d 张庆芳： 混凝土钢纤维的掺量对声速和强度的影响 2 3 7 龄期 的钢纤维混凝土 ， 试验过程 中混凝土拌 和物的 坍落度控制在 1 0 0— 3 0 0 m m之间。由于本试验采 用的粗骨料直径为 5～2 0 mm， 根据规定 ， 配制的混 凝土试块应采用 1 0 0 mm1 0 0 mm1 0 0 mm的立方 体试件。混凝土制作采用机械搅拌 ， 机械振捣成型 ， 成型后的试件采用标准养护。 3 ． 1 钢纤维掺量对声波在混凝 土中传播速度的影 响 声波在混凝土中的传播速度能反映混凝土的密 实度 ， 而混凝土的密实度又与混凝土的强度有关 ， 混 凝土越密实， 声波在混凝土中的传播时间越短， 声速 越大 ， 混凝土强度就越高 ； 反之 ， 混凝土越疏松 ， 声波 在混凝土中的传播时间越长 ， 声速越小 ， 混凝土强度 也就越低 。 从表 1中可以看出 ， 在混凝土中掺人钢纤维后 ， 声波在混凝土中的传播速度普遍提高， 编号为 1的 不掺钢纤维 的普通混凝土， 其 2 8 d的声速值为 6 ． 6 5 k m／ s ， 编号为 2～1 1的混凝土试件 ， 钢纤维 掺量分 别 为 0 ． 2 ％ 、 0 ． 4 ％、 0 ． 6 ％、 0 ． 8 ％ 、 1 ． O ％ 、 1 ． 2 ％、 1 ． 4 ％ 、 1 ． 6 ％ 、 1 ． 8 ％、 和 2 ． 0 ％ ， 其 2 8 d声速值分别 为 6 ． 7 5 k m／ s 、 6 ． 8 7 k m／ s 、 6 ． 9 6 k m ／ s 、 7 ． O 1 k m ／ s 、 7 ． 0 8 k m／ s、 7． 1 3 k m／s 、 7 ．1 8 k m／ s、 7． 0 8 k m／s 、 6． 9 6 k m ／ s 和 6 ． 8 4 k m／ s 。当钢纤维掺量从 0 ． 2 ％增大到 1 ． 4 ％时 ， 随着钢纤 维掺量 的增加 ， 由于钢纤维与混 凝土基体的良好粘结作用， 使混凝土孔隙率减少， 提 高了混凝土的密实度， 使声波在混凝土中的传播速 度提高。但当钢纤维掺量从 1 ． 4 ％增大到 2 ． O ％时， 由于钢纤维掺量的增加， 使混凝土和易性变差， 硬化 后的混凝土密实度降低 ， 声波在混凝土 中的传播速 度也依次降低， 如图 1所示。从图中可以得出 C 4 0 钢纤维混凝土的掺量应控制在 1 ． 0 ％ ～1 ． 4 ％。 表 1 钢纤维掺量 与声速及抗压强度 的关 系 T a b l e 1 S t e e l fi b e r c o nt e n t a n d t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f t h e r e l a t i o n s h i p wi t h t h e s p e e d o f s o u n d 编号 比 超声波声速 抗压强度 ／ ( k m ／ s) ／ M P a ( 常规检测结果 ) 7 d 1 4 d 2 8 d 6 0 d 7 d 1 4 d 2 8 d 6． 2 O 6 ． 3 2 6 ． 6 5 6． 8 O 41 ． 0 4 3． 1 4 5． 6 6． 3 5 6 ． 5 4 6 ． 7 5 6． 8 7 4 3． 5 4 5． 6 4 9． 6 6． 4 5 6 ． 6 3 6 ． 8 7 6． 9 5 4 5． 6 4 7． 4 5 2． 7 6． 5 2 6 ． 7 3 6 ． 9 6 7． 0 3 4 8． 2 5 0． 6 5 4． 7 6． 6 0 6 ． 8 6 7 ． O1 7． 1 2 4 9． 5 51 ． 4 5 6． 2 6． 6 5 6． 9 2 7 ． O8 7． 1 5 5 O． 0 5 2． 6 5 7． 2 6． 7 0 6． 9 8 7 ． 1 3 7． 2 4 5 0． 8 5 2． 9 5 7． 8 6． 7 8 7． 0 5 7． 1 8 7． 3 0 51 ． 4 5 3． 8 5 8． 2 6． 6 9 6． 9 5 7． 0 8 7． 1 2 4 9． 6 51 ． 8 5 6 ． 8 6． 5 5 6． 8 6 6． 9 6 7． 1 5 4 8． 5 5 0． 2 5 4 ． 9 6． 41 6． 7 2 6． 8 4 6． 9 5 4 5． 7 4 7． 9 5 2 ． 6 6 O d 4 8． 6 5 2． 6 5 5． 8 5 7． 7 5 9． 8 6 O． 5 61 ． 4 61 ． 9 5 9． 9 5 8 ． 2 5 5 ． 6 0． 41 0． 41 0． 41 0． 41 0． 41 0． 41 0． 41 0． 41 0． 41 0． 41 0． 41 宙 7 量 蔼 扭 辅 6 图 1 钢纤维掺量与速度 的关 系 F i g ． 1 S t e e l fi b e r c o n t e n t a n d t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n s p e e d 3 ． 2 钢纤维掺量与混凝土抗压强度的关系 对于上述钢纤 维掺量为 0 ． 2 ％ 一2 ． O ％ 的混凝 土， 用常规试验方法测得的混凝土2 8 d 抗压强度见 表 1 ， 当钢纤维掺量从 0 ． 2 ％增大到 1 ． 4 ％时， 抗压 强度也随之提高 ， 但 当钢纤维掺量 从 1 ． 4 ％增 大到 2 ． 0 ％时， 抗压强 度从 5 8 ． 2 M P a降低 到 5 2 ． 6 MP a ， 如图 2所示。钢纤维掺量与混凝土抗压强度 的关系 和与声波在混凝土中的传播速度的关系有相同的趋 势， 声波在混凝土中的传播速度越大， 混凝土抗压强 度就越高 。 图 2 钢纤维掺量与混凝土抗压 强度 的关 系 Fi g ． 2 S t e e l fi b e r c o n t e n t an d t h e r e l a t i o ns h i p b e t we e n c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e 3 ． 3结果分析 从上面图表可以看出： 钢纤维的掺量对声速与 混凝土强度 的影响 ， 无论是采用常规 的测量方法还 是采用无损检测 ， 结果基本相似 ， 其趋势是一致的， 当钢纤维 的掺量从 0 ． 2 ％ ～1 ． 4 ％ 时， 显上升趋势 ， 超过 1 ． 4 ％则显下降趋势， 因此钢纤维的最大掺量 为 1 ． 4 ％， 也是最佳掺量值。不同的混凝土强度对 2 4 6 8 O 2 4 6 8 O O 0 O O 1 1 l l l 2 l 2 3 4 5 6 7 8 9加 ∞ 如 ∞ 如 如m O 日 d I苣 嘿 辖叫 2 3 8 四川建筑科学研究 第 3 9卷 应有不同的声速 ， 对无损检测提供一个可 以参考的 依据 ， 而结构混凝土无损检测技术有着非常广阔的 应用前景， 目前已成为土木工程领域 中一个重要的 研究方向， 是衡量一个国家土木工程测试水平的重 要指标之一 ， 它有助于人们科学 、 合理地评定建筑物 的可靠性， 充分利用旧建筑， 并提高设计水平， 推动 土木工程 的发展。可 以预测 ， 随着科学技术的发展 和工程建设规模的扩大 ， 无损检测技术 的发展和应 用前景将越来越广 J 。 4 应 用 1 ) 施工管理 中出现质最 问题或需要 了解混凝 土在施工期间的强度增长情况。 2 ) 对已建成 的建筑物需要进 行维修 、 加层 、 拆 除等。 3 ) 对永久性建筑进行跟踪管理 。 4 ) 评定混凝土质量 ， 作为工程验收的依据。 参 考 文 献： [ 2 ] [ 3 ] 新编混凝土无 损检测技 术编写组 ． 新编混 凝土无 损检 测技术 [ M] ． 北京 ： 中国环境 出版社 ， 2 0 0 2 ． 高丹盈， 赵军， 朱海堂． 钢纤维混凝土设计与应用[ M] ． 北 京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 2 ． 赵翔． 超声 波 法检 测混 凝土 结 构 内部 缺 陷的 定量 化 研究 [ D ] ． 镇江： 江苏大学， 2 0 0 2 ． ( 上接 第 2 2 3页) 新疆地 区无论从气候还是建筑材料上看 ， 都具 有 自身的特殊性。故试验的开展十分有必要。此外 本地区高强钢筋的研究较为罕见， 科研机构和高校 也 尚未开展此类实验 ， 故应加大新疆地 区宣传力度 ， 呼吁科研机构和高校积极开展试验研究 ， 为新疆地 区高强钢筋的推广奠定一定的理论基础。 4 结 语 综上所述 ， 随着新疆基础建设 的兴起 ， 钢筋的用 量不断增加 ， 高强钢筋的推广应用具有深远 的意义。 它不但有着良好的性能， 还可以节约钢材， 降低生产 成本 ， 环保效果显著 ， 能够大幅度减少对能源及资源 的消耗 ， 有利于资源和能源的合理利用 ， 同时还能缓 解钢铁生产时对电的需求的压力， 进一步促进社会 的和谐发展。 2 1世纪知识不再是力量 ， 创造性思维能力才是 力量 。在“ 十二五” 规划的新起点下 ， 随着城镇化 与 城市的快速发展 ， 高强钢筋 的应用推广 势在必行。 相信在政府的正确引导下， 不久的将来， 新疆高强钢 筋的推广将会孕育 出累 累硕果 ， 必将迎来高强钢筋 的全盛时期。 参 考 文 献 ： [ 1 ] 裴智， 张维汇， 康会亭 ， 等． 科学推广应用高强钢筋[ C ] ／ ／ 2 0 0 9全国建筑钢筋生产 、 设计 与应用技 术交流研 讨会会 议文 集 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 金伟 良， 陆春华 ， 王海龙 ， 等． 5 0 0级 高强钢筋混 凝土梁 裂缝宽 度试验及计算方法探讨[ J ] ． 土木工程学报， 2 0 1 1 ， 4 4( 3 ) ： 1 6 — 2 2 ． [ 3 ] 周建 民， 王眺 ， 陈飞 ， 等． 高强钢筋混凝 土梁裂缝 宽度的试 验研究和分析 [ J ] ． 同济大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 1 ， 3 9 ( 1 0 ) ： 1 42 1 ． 1 4 2 5 ． [ 4 ] 李琼． HR B 5 0 0级钢筋} 昆 凝 土足尺梁裂缝宽度 的试验 与理论 研究[ D ] ． 长沙： 湖南大学， 2 0 0 9 ． [ 5 ] 韦锋 ， 刘刚 ， 王晓锋 ， 等． 配置 HR B 5 0 0钢筋 的框架结构非 弹性地震反应分析 [ J ] ． 土木建筑与环境工程， 2 0 1 l ， 3 3 ( 2 ) ： 1 2． 1 7． [ 6 ] 戎贤 ， 李强 ， 李艳艳． 配置 HR B 5 0 0级钢筋 的聚丙烯 纤受 弯性能试验研究戎贤[ J ] ． 江苏大学学报： 自然科学版， 2 0 1 1 ， 3 2 ( 3 ) ： 1 9 - 2 2 ． [ 7 ] 汪红蕾． 中国将进入高强钢筋时代 [ J ] ． 建筑， 2 0 1 l ( 1 9 ) ： 6 — 7 ． [ 8 ] 李空军 ， 杨勇新 ， 王 希伟． 高强 钢筋在 混凝 土结构 工程 中的应 用 [ J ] ． 广东土木与建筑 ， 2 0 0 8 ( 5) ： 1 5 ． 1 6 ． [ 9 ] 王莉 荔 ． 5 0 0 MP a级 热 轧带 肋 钢 筋机 械 锚 固性 能 试 验研 究 [ D] ． 郑州 ： 郑州大学 ， 2 0 1 0 ． [ 1 0 ]李志华， 苏小卒， 赵勇． 配置高强钢筋的混凝土梁裂缝试验 研究 [ J ] ． 土木建筑与环境 工程 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 5 3 - 5 4 ． [ 1 1 ]初少凤． 高强钢筋 锈蚀 机理及 锈后力 学性 能研究 [ D] ． 泉州 ： 华侨大学 ， 2 0 0 8 ． [ 1 2 ]李艳艳， 李强， 戎贤． 高强钢筋聚丙烯纤维混凝土梁正可 靠度分析[ J ] ． 混凝土， 2 0 1 l ( 7 ) ： 4 4 4 5 ．