大掺量钢纤维混凝土砂率的研究.pdf

四川建筑科学研究 Si c h ua n Bu i l d i n g S c i e nc e 第 3 7卷第 1 期 2 0 1 1 年 2月 大掺量钢纤维混凝土砂率的研究 张庆芳 ( 孝感学院城市建设学院， 湖北 孝感4 3 2 0 0 0 ) 摘要： 试验用 4 2 5普通硅酸盐水泥、 钢纤维等材料， 采用常规工艺配制 C F 4 0混凝土。通过对比法对试验数据进行了分析， 确定了C F 4 0混凝土在钢纤维掺量为 1 O 2 0 时的合理砂率( 4 5 4 g ) ，分析了钢纤维掺量、 砂率对钢纤维混凝土技 术性能 的影响。 关键词 ： 钢纤维混凝土 ； 强度 ； 砂率 中图分类号 ： T U 5 2 8 5 7 2 文献标识码 ： A 文章编 号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 1 ) 0 1 2 0 4 0 3 Ho w t o r e s e a r c h t h e q u a n t i t y t h e a d d i t i o n o f mu c h s t e e l fib e r i n c o n c r e t e Z H A N G Q i n g f a n g ( I n s t i t u t e o f U r b a n C o n s t ruc t i o n ， X i a o g an U mv e m i ty， 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 i s e x p e r i me n t wi t h 4 2 5 o r d i n a r y ma t e ri a l a n d S O o n p o r t l a n d c e me n t ， s t e e l t e x t i t e fi b e r ， u s e s t h e c o n v e n t i o n al c r a f t t o c o mpo u n d t h e C F 4 0 c o n c r e t e C a r r i e s o n t h e a n aly s i s t h r o u g h t h e c o r r e l a t i o n me t h o d t O t h e t e n t a t i v e d a t a ， h a d d e t e r mi n e d t h e C F 4 0 c o n c r e t e m i x e s t h e q u a n t i t y w h e n t h e s t e e l t e x t i l e fi b e r i s 1 O 2 0 r e a s o n a b l e g r a n u l a t e d s u b s t a n c e r a t e( 4 5 4 8 ) ， anal y z e d t h e s t e e l t e x t i l e fi b e r t o mi x t h e qu a n t i t y， t h e g r a n u l a t e d s u b s t a n c e r a t e t o t h e s t e e l t e x t i l e fi b e r c o n c r e t e t e c h n i c al p e rf o r man c e i n f 1 u e n c e Ke y wor d s： s t e e l fib e r c o nc r e t e； i n t e n s i t y gran ula t e d； s u bs t a n c e r a t e 0 引 言 土木建筑工程中应用 的纤维增强复合材料大部 分是钢纤维和玻璃纤维增强混凝土 ， 钢纤维混凝土 ( S F R C ) 的应用则 日益广泛。通用 的钢纤维有圆形 或矩形的长直纤维和多种异形钢纤维。纤维的长径 比一般为 5 01 0 0， 纤维 的体积掺量一般 为 1 一 2 ， 制备钢纤维混凝土的方法， 通常是将钢纤维 和 混凝土混合后 ， 再经振捣、 离心或喷射等法成型 J 。 用制备普通混凝土的方法制成的钢纤维混凝土与素 混凝 土相 比， 具 有 一 系列 优越 的物 理 和力 学 性 质 。 1 试验用原材料 1 1 水泥 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 。 收稿 日期 ： 2 0 0 9 - 0 3 - 0 2 作者简介 ： 张庆芳( 1 9 6 6一) ， 女 ， 湖北广水人 ， 硕士 ， 主要从 事房屋建 筑学教学工作及混凝土等建筑材料方 面的研究。 基金项 目： 湖北省教育厅科研基金项 目( 2 0 1 0 2 7 0 4 ) E ma i l ： x g z h a n g q 1 6 3 t o m 1 2粗骨料 粗骨料 的粒径过大或过小 ， 都将会影响钢纤维 在混凝土中均匀分布及其增强的效果 。本试验用粗 骨料粒径为 52 0 m m级配良好的碎石。 1 3 细骨料 本试验用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 e ra 。 1 4钢纤维 本试验采用的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 。 1 5减水 剂 本试验用减水剂为武汉武钢实业浩源化工有限 公司生产的 N F J I型萘系高效减水剂。 1 6粉煤灰 本试验用粉煤灰为襄樊天健实业有限责任公司 生产的佳宏牌 I 级粉煤灰。 1 7矿渣 本试验用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 e m g 。 2 试 验数据 不同钢纤维掺量对应的最优砂率值 ， 可以通过 张庆芳 ： 大掺 量钢 纤维混凝土砂率的研究 2 O 5 试验确 定 。本 试验 采 用 的钢 纤 维 掺量 为 1 0 ， 1 2 ， 1 4 ， 1 6 ， 1 8 和 2 0 ， 对每一个钢纤 维掺量采用不 同的砂率进行试验 ， 通过对不同砂率 不同龄期混凝土抗压强度 的分析 比较 ， 可以得出每 一 个 钢 纤 维掺 量 对应 的最 优砂 率 。试验 数 据 见 表 1 。 表 1 C 4 0钢纤维 混凝 土抗压 强度 Ta bl e 1 Compr es s i v e s t r e ng t h o f C4 0 s t e e l fibe r r e i nf o rc e d c on c r e t e 从表 1数据可知： 当混凝 土中不掺外加剂 和钢 纤维掺入量 为 1 0 时， 分别 用 4 1 ， 4 3 ， 4 5 ， 4 7 的砂率来进行试验 ， 抗压强度按 4个龄期 ( 7 d ， 1 4 d ， 2 8 d ， 6 0 d ) 测试 ， 4种砂率对应的 2 8 d抗压强 度为 4 8 5 MP a ， 5 3 6 MP a ， 5 7 2 MP a和 5 4 8 MP a ； 当钢纤维掺量为 1 O 和砂率为 4 1 时 ， 钢纤维混 凝土 2 8 d抗压强度为 4 8 5 MP a ； 当砂率从 4 1 增 加到 4 5 时， 强度随之增加， 最大值为 5 7 2 M P a ； 当 砂率再增加时， 强度有下降的趋势 。因此 ， 钢纤维掺 量为 1 O 时， 其合理砂率确定为 4 5 。 当钢 纤 维 掺 入 量 为 1 2 时， 分 别 用 4 2 ， 4 4 ， 4 6 ， 4 8 的砂 率来进行试验 ， 抗压强度按 4 个龄期 ( 7 d ， 1 4 d ， 2 8 d ， 6 0 d ) 测试， 结果见表 1 。4 种砂率 对 应 的 2 8 d抗 压 强 度 为 5 4 2 MP a ， 5 5 6 MP a ， 5 7 8 MP a和5 4 7 MP a ； 当钢纤维掺量为 1 2 和砂率为 4 2 时， 钢纤维混凝 土 2 8 d抗压强度 为 5 4 2 M P a； 当砂率从 4 2 增加到 4 6 时 ， 强度随之 增加 ， 最大值为 5 7 8 M P a ； 当砂率再增加时 ， 强度有 下降的趋势。因此 ， 钢纤维掺量为 1 2 时 ， 其合理 砂率 确定 为 4 6 。当钢纤维 掺 量分别 为 1 4 ， 1 6 ， 1 8 ， 2 0 时， 其抗压强度最高值所对应 的 砂率为 4 8 。根据表 1的数据分析， 对 于没有掺外 加剂时， 所得其不 同钢纤维掺量对应 的最优砂率和 最大抗压强度值见表 2 。 表 2 不 同钢纤维掺量对应 的最优砂 率及其试验结果 Tab l e 2 The mo s t s upe r i o r gr anu l a t e d s ub s t a nc e r a t e a nd t he t e s t r e s u l t f o r di ffe r e nt s t e e l t e x t i l e fibe r s mi x t he q ua nt i t y c o r r e s pon de nc e 四川建筑科 学研究 第 3 7卷 3 试验结果及分析 根据 上 述 试 验 的 数 据 可 知： 钢 纤 维 掺 量 为 1 4 ， 1 6 ， 1 8 ， 2 0 时， 混凝土合理砂率都为 4 8 。 根据表 2及加外加剂 的混凝土强度分析 ， C F 4 0 混凝土中钢纤维掺人量从 1 0 2 0 变化时 ， 其 合理砂率为 4 5 一 4 8 ， 具体数据见表 3 。 表 3 钢纤维体 积率及其对应的合理砂率 Tab l e 3 Re as on ab l e g r a nu l a t e d s ubs t a nc e r at e o f s t e e l t e xt i l e fibe r v o l u m e r at e a nd c or r e s pon di ng 塑堑笙望 ： ： ： ! ： ： ! ： 合理砂率 4 5 4 6 4 8 4 8 4 8 4 8 砂率的变动会使骨料的空隙率和骨料的总表面 积有显著改变， 性能 良好 的混凝土拌合物， 砂浆必须 能够包裹粗骨料的表面， 并能充满粗骨料之间的空 隙。 当砂率过大时， 在相 同水泥用量的条件下 ， 骨料 表面的水泥浆相对变少了， 使骨料之 间的胶结力下 降， 骨料的总表面积及空隙率都会增大， 在水泥浆不 变的情况下 ， 相对的减少 了水泥 ， 减弱润滑作用 ， 此 时的混凝土拌合物和易性也较差 ， 使硬化后的混凝 土密实性降低 ， 也会造成混凝土强度降低。当砂率 较小时 ， 不能保证在粗骨料之间有足够的砂浆层 ， 砂 浆不能完全包裹粗骨料 的表面和填充骨料间的空 隙， 导致混凝土的和易性较差， 使硬化后的混凝土密 实性降低 ， 从而降低混凝 土的强度。在相同水泥用 量的条件下， 钢纤维增加 ， 骨料的总表面积增加 ， 要 使混凝土拌合物和易性较好 ， 必须提高砂率 ， 并能提 高混凝土较密实， 从而使强度也提高。因此， 每一钢 纤维掺量应有所对应的合理砂率。 的作用。现在 ， 钢纤维混凝土以其较高的抗拉强度、 良好的耐磨性能以及 良好 的延性 ， 使得它在支护工 程、 储水 、 防渗 、 处于腐蚀环境 中的构件、 水利水电工 程、 复杂应力部位、 高速水流冲刷磨损部位、 输水管 道工程道路、 桥梁等工程中， 已有着越来越广泛的应 用。如浙江省淳安县河村水库泄洪洞支护、 浙江省 文成县百丈际水电站引水隧洞 、 葛洲坝二江泄水闸、 三门峡泄水排砂底孔、 贵州乌江渡水电站、 江西大港 水电站的工程修补、 湖南省永川市向阻坝渡槽局部 槽身加强、 浙江省玉环县四海闸闸槽二期、 三峡临时 船闸闸槽二期 、 杭州市德胜坝闸门门体等， 钢纤维混 凝土在以上工程应用均取得 良好效果。 但是 ， 现有的理论对于钢纤维混凝土的力学性 能研究得还不是很充分 ， 本文虽然从钢纤维混凝土 的合理砂率、 钢纤维的最优掺人量和掺合料对钢纤 维混凝土的技术性能影响这 3个方面做了一些研 究 ， 但无论在广度上还 是在深度上 ， 这都还远远不 够。比如： 从深度上说 ， 如何定量地描述钢纤维掺人 对除抗压、 抗拉强度之外的各种强度、 抗裂性、 韧性 等性能的影响 ， 如何定量地表述各种强度在钢纤维 掺入后具有怎样的相关关系， 这些都有待于进一步 去研究。又如 ： 虽然从试验结果可知， 掺入量对钢纤 维混凝土的强度增长有一定的影响， 但是 ， 如何通过 数学公式更加科学地定量地描述这条规律 ， 还需要 通过改变试验参数做各种更多的试验以及进行更深 入的理论分析。 随着新 的工程结构形式不断地 出现， 钢纤维混 凝土的应用也越来越受到人们 的重视 ， 这必将使人 们更加注重对它的各种性能的理论研究， 而理论研 究的不断深入， 也必将使钢纤维混凝 土有着更为广 阔的工程应用前景。 田 参 考 文 献： 4 用 1 孙伟 钢纤维高强混凝土增强、 增韧和阻裂效应的研究 J 已有 的理论成果表明， 钢纤维混凝土各种力学 东南大学学报， 1 9 9 1 ， 2 1 ( 1 ) ： 3 0 - 3 4 性能都比普通水泥混凝土有很大的提高， 这对于提 2 徐银芳 新型建筑材料 M 武汉： 华中理工大学出版社， 高工程质量、 扩大混凝土结构 的应用范围， 有着积极 1 9 9 9 ： 1 5 3 - 1 6 7