纳米SiO2钢纤维补偿收缩混凝土力学性能的试验分析.pdf

2 0 1 3年第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 3 No 4 Apr i l 纳米 S i O2 钢纤维补偿收缩混凝土 力学性能的试验分析 曾 伟 ， 马芹永 ( 安徽理工大学土木建筑学 院， 淮南 2 3 2 0 0 1 ) 摘要 ： 对不同百分 比掺量 的纳米 S i O 和钢 纤维做 了正交试验 ， 进行 了 7 d ， 2 8 d抗压 强度 和劈裂抗拉强度试验 研 究。结果表 明， 掺 入纳米 S i O ： 能显著提 高混凝土早期抗压强度 ， 掺 量为 1 2 时抗压 强度提 高 2 4 5 。掺入钢 纤维 能显著提 高混凝 土劈 裂抗拉 强度 ，钢 纤维体 积率掺 量达到 1 6 时劈裂抗拉强度提高 7 8 6 。纳米 S i O： 和钢 纤维的 复合掺入 ， 可显著优化补偿收缩混凝 土的力学性 能。 关键词 ： 纳米 S i O ； 钢 纤维； 补偿收缩混凝土 ； 力学性能 Ab s t r a c t ：T a k i n g d i f f e r e n t p e r c e n t a g e o f d o s a g e o f n a n o- S i O 2 a n d s t e e l fi b e r s f o r o r t h o g o n a l t e s t s ，t h e r e s u l t s o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d r e s i s t a n c e t o s p l i t t i n g s t r e n g t h for 7 d 2 8 d h a v e b e e n a n a l y z e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t a d d i n g n a n o me t e r S i 0 2 c a n r e ma r k a b l y i mp r o v e t h e e a r l y c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f c o n c r e t e wh e n mi x i n g c o n t e n t i s 1 2 t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h c a n i n c r e a s e 2 4 5 Ad d i n g s t e e l fi b e r c a n r e ma a b l y i mp r o v e t h e c o n c r e t e r e s i s t a n c e t o s p l i t t i n g s t r e n gth ， wh e n mi x i n g c o n t e n t i s 1 6 t h e r e s i s t a n c e t o s p l i t t i n g s t r e n g t h c a n i n c r e a s e 7 8 6 T h e s h r i n k a g e c o mp e n s a t i n g c o n c r e t e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s c a n s i g n i fi c a n t l y o p t i mi z e d t h r o u g h t h e mi x i n g o f n a n o - S i 0 2 a n d s t e e l fi b e r Ke y wo r d s ：Na n o S i 02 ； S t e e l fi b e r ； S h r i n k a g e c o mp e n s a t i n g c o n c r e t e ； Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s 中图分 类号 ： T U5 2 8 5 7 2 文献标识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 4 3 7 0 3 0前言 纳米 S i O z 因具有尺寸效应 、 量子效应 、 表面效 应和界面效应而具有传统材料所不具有 的特殊性 质 】 】 。纳米 S i O 颗粒 的尺寸范围在 2 0 一 l O O n m之间 ， 比表面积高达 1 0 0 - 3 0 0 m g ， 比普通硅酸盐水泥颗粒 细 3个数量级 ， 能够在水泥水化时提供所需要的晶 核 ， 加速水 泥的水化l 2 l 。当掺人纳米 S i O ： 颗粒小 于 2 0 n m时 ，混凝 土孔结构趋 于细化 ，这是 因为纳米 材料填充 了水泥颗粒之间的空隙 ， 表 明纳米材料可 以起到 良好 的微填充作用。由于纳米 S i O ： 的微尺寸 可 以有效填 充硬化水 泥浆 体与骨料界面之 间的细 微空隙，降低界面 的孔 隙率 ， 从而达到提高密实度 和强 度 的 目的 。 同 时 ，具 有 极 大 比表 面 积 的 纳 米 S i O ： 可以吸附大量 自由水 ，减少 自由水在集料界面 上 的聚集 ， 使界面过度区结构更 加密实3 。另外 ， 钢 纤维在混凝土 中的三维乱向均匀分布 ， 可起到胶凝 材料与骨料之间的“ 桥架 ” 作用 ， 很好地 阻碍混凝土 结构内部微裂缝 的产生和发展 ， 进而阻滞宏观裂缝 的扩展 ， 因而可极大提高混凝 土的抗拉 、 抗 弯等性 能 。 基金项 目： 2 0 0 9年 高等学校 博 士学科 点专项 科研 项 目资助 ( 2 0 0 9 3 41 51 1 0 0 0 1 ) 。 季韬 对 掺有 0 5 纳米 S i O 的粉煤灰混凝 土 的基本力学性能进行 了初步研究 ，试 验结果表明 ， 掺 0 5 纳米 S i O ： 可提高粉煤灰混凝土的 7 d和 2 8 d 抗压强度与抗折强度 ， 且很少量的纳米 S i O ： 对混凝 土的力学性能就有影 响。同济大学姚武嘲 通过试验 探 讨了钢纤维对高强混凝土的抗压强度和劈拉强 度 的影响规律 ， 研究 结果 表明 ， 钢纤维 的掺入对高 强混凝土的抗压强度影响不大， 但对混凝土抗拉强 度 和抗弯强度 的提高效果明显 ， 且拉压 比随钢纤维 体积率的增加而明显增大。 本文通过力学性能测试和分析 ， 研究 了不同掺 量纳米 S i O z 和钢纤维对补偿 收缩 混凝 土强度影 响 规律 ， 可为此类混凝土强度 的评价提供参考。 1 试 件 的制作 1 1 原 材料 与 配合 比 水泥 ： 安徽淮南某公司产 P O 4 2 5级普通硅酸 盐水 泥 。 细集料 ： 标准砂。 粗集料 ： 粒径 5 1 0 m m的碎石。 水 ： 饮用 自来水。 钢纤维 ： 上海产剪切端钩型钢纤维。 外加剂 ： 天津某公司产 HC S A高性能硫铝酸钙 一 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 曾 伟 ， 马芹永 纳米 S i O ： 钢纤维补偿收缩混凝土力学性能的试验分析 00 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 纳米 S i O 掺量， 图 2 纳米 S i O 2 掺量 与 7 d抗压 强度的关系 善 骥 辖 赫 凸- 蓦 骥 翅 舔 0 O O 2 0 。 4 06 08 1 O 1 2 1 4 1 6 钢纤维掺量 图 3 钢纤维掺量与7 d 劈裂 抗拉 强度 的关 系 o o o 2 U 4 U6 U 1 o 1 2 1 4 l - 6 钢纤维掺量 图 5 钢纤维掺量与 2 8 d劈裂抗拉强度 的关系 纤 维体积率较大时 ， 其表 面积增 大 ， 使得浆体不足 以握裹钢纤维 ， 导致混凝 土密实 度降低 ， 造成混凝 土劈裂强度在钢纤维掺量达到 1 2 后趋 于平缓 ， 过 多的钢纤维甚至会导致试件劈裂强度的下降。 ( 3 ) 2 8 d龄期 ， 单掺纳米 S i O 时 ， 抗压强度 随纳 米 S i O 掺量 的增加而显著增 大 ， 掺量为 1 2 时 ， 抗 压强度值达到最大 ，但 当纳米 S i O z 掺量超过 1 2 后 ， 抗压强度有所下降 ( 见图 4 ) 。由图 4可以看 出， 纳米 S i O 2 掺量超过 1 2 之后 ， 钢纤维掺量为 0 8 、 1 2 、 1 6 的三条 曲线下降幅度 比钢纤维掺量为 0 的更 明显 。分析原因 ， 掺入 的纳米 S i O 会使混凝 土 和易性变差 ， 而钢纤维的加入使得 和易性进一步变 差 ， 所 以， 曲线下降更为明显。 ( 4 ) 2 8 d龄期 ， 单掺钢纤维或双掺钢纤维和纳米 S i O z 时，劈裂抗拉强度随钢纤维掺量的增加而显著 增大 。 钢纤维体积率掺量为 0 8 - 1 2 时 ， 劈裂抗拉 强度 的增长最为显著 ， 当钢纤维体积掺量达到 1 2 后 ， 劈裂抗拉强度趋于平缓 ， 纳米 S i O ： 掺量的变化 对劈裂抗拉强度影响不大 ( 见图 5 ) 。由图 5可 以看 出 ， 7 d和 2 8 d的劈裂抗拉强度发展趋势基本一致 ， 增长幅度大致相同， 说明钢纤维和纳米 S i O 的掺入 对劈裂抗拉强度的提升与养护龄期的关系不大。 4结论 ( 1 ) 抗压强度随着纳米 S i O z 掺量 的增加而显著 罨 嘿 出 O O O 2 04 0 6 0 8 1 O 1 2 1 4 1 6 1 8 纳米 S i O 2 掺量 图 4 纳米 S i O 2 掺量与 2 8 d抗压 强度的关 系 增大 ， 早期效果尤为明显 。 7 d龄期 ， 纳米 S i O ： 掺量为 0 6 - 1 2 时 ，抗压强度值达到最大 ，最大值提高 2 4 5 ， 力学性能最优掺量为 0 6 1 2 。 2 8 d龄期 ， 纳米 S i O z 掺量为 1 2 时， 抗压强度值达 到最大 ， 最 大值提高 9 4 ， 力学性能最优掺量为 1 2 。 ( 2 ) 钢纤维的掺入显著提高了试件的劈裂抗拉 强度。 7 d龄期 ， 钢纤维体积率掺量 0 8 1 2 时， 劈 裂抗拉强度增长最为显著 ， 最大值提高 7 8 6 ， 力学 性能最优掺量为 0 8 - 1 2 。 2 8 d龄期 ， 钢纤维体积 率掺量 0 8 - 1 2 时， 劈裂抗拉强度增长最为显著 ， 最大值 提高 7 8 4 ，力学 性能最优 掺量 为 0 8 - 1 2 。 ( 3 ) 在补偿收缩混凝土 中掺入三维乱 向分布 的 钢纤维 ， 能够很好与纳米 S i O ： 共同工作 ， 显著提高 补偿收缩混凝土的抗压强度 和劈裂抗拉强度 ， 起到 良好的增韧作用。 参考文献 ： 1 刘吉 平， 张爱 飞 建 筑材料与 纳米 技术 M 】 北京： 化学 工业 出 版 社 ， 2 0 0 7 ： 1 5 1 6 2 】 王 冲， 蒲 心诚 纳米颗 粒材料 在水泥基 材料 中应用 的可行 性研究 J 新型建筑材料， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 2 2 2 3 3 】 扶名福， 熊进 刚， 宋 固全 纳米 材料在混凝 土中的研究 和应 用【 R 】 第十三届全 国结构工程学术会议特邀报告 ， 4 8 - 5 1 【 4 】 季韬， 黄与舟， 郑作樵 纳米混 凝土物理 力学性能研究 初探 J 混凝土， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 1 3 1 4 5 】 姚 武 钢纤维 高强混凝 土 的力 学性 能研究 J 新 型建 筑材 料， 1 9 9 9 ( 1 0 ) ： 1 8 - 1 9 6 崔朋 勃 ， 马芹永 膨胀剂对补 偿收缩钢 纤维混凝 土力学性 能的影响 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 4 9 5 1 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 2 - 2 6 作 者简 介 ： 曾伟 ( 1 9 8 7 一 ) ， 男 ， 硕士研究生。 通 讯地 址 ： 安徽省淮南市舜耕 中路 联 系 电 话 ： 1 5 8 5 5 4 4 9 5 3 9 E - ma i l ： a u s t z e n g we i 1 6 3 c o m 一 3 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m