不同种类钢纤维在C30泵送混凝土中的应用试验研究.pdf

2 0 1 2 年 第 7 期 (总 第 2 7 3 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M I ) ( ED CONCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 7 0 3 1 不同种类钢纤维在 C 3 0泵送混凝土中的应用试验研究 王中华。周华新，崔巩，吕进 ( 江苏省建筑科学研究院有限公司 高性能土木工程材料国家重点实验室，江苏 南京 2 1 0 0 0 8 ) 摘要： 为探讨不同种类钢纤维及掺量对 C 3 0 泵送混凝土工作性能及力学性能的影响， 主要研究了钢纤维混凝土工作性能、 抗压强度 及弯曲韧性。 研究表明： 钢纤维的掺入会影响混凝土泵送施工性能， 经配合比优化后剪切压痕型和哑铃型钢纤维混凝土泵送性能优良； 同 掺量钢纤维混凝土， 峰值前韧度差异相对较小， 不同类型钢纤维的增韧效果主要体现在峰值后韧度的提高上， 其中端钩型效果最好， 其次 为高强微细平直型， 哑铃型和剪切压痕型峰值后韧度相当； 对于低强度等级 C 3 0 泵送混凝土， 钢纤维增韧效果的发挥不仅与钢纤维 自 身 强度有关 ， 同时与钢纤维异性化程度和掺量 有关 。 关键词： 高性能钢纤维混凝土；可泵性；弯曲韧性；抗压强度；纤维种类 中图分类号： T U5 2 8 5 7 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 9 5 0 4 E xpe r i me nt s s t udy of di f f er e n t s t e el f i be r on t he l ow s t r e ngt h gr a de o f C3O pump c onc r e t e WA NGZ h o n g - h u a ， Z I I OUHu a - x i n ， CU 1 Go n g ， L) J i n ( S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f P e r for ma n c e C i v i l E n g i n e e r i n g Ma t e ri a l s ， J i a n g s u Re s e a r c hI n s t i t u t e o f B u i l d i n gS c i e n c eC o ， L t d ， Na n j i n g2 1 0 0 0 8 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Th e wo r k i n g p e r f o r m a n c e ， c o mpr e s s i v e s t r e n g t h a n d f l e x u r a l t o u g h n e s s we r e t e s t e d a n d t h e i n d e x o f fl e x u r a l t o u g hn e s s Wa S fig u r e d 叩 i n o r d e r c o r e s e arc h t h e e ffe c t o f d i f f e r e n t t y p e s o f s t e e l fib e r o n l o w s t r e n g t h p u mpi n g c o n c l C t c p e r f o rm a n c e Th e e x pe rime nta l re s ul t s s h o w t h a t wi t h t h e a d d i t i o n o fs t e e l fib e r t h e p e r f o rm an c e o f c o n c r e t e p u mpi n g c o ns t r u c t i o n wi l l b e d e t e rio r a t e d， t h e s h e a r i n d e n t a t i o n s t e e l fib e r a n d d u mb b e l l s t e e l fi b e r go o d p u mp a b i l i t y wi t h t h e p r o p e r m i x t u r e r a t i o o f c o n c r e t e Un d e r T he s a me v o l u m e o f s t e e l fi be r ， t h e r e i s a s ma l l d i ffe r e n c e a b o u t b e f o r ep e a k o f t o ug h n e s s ， d i ffe r e n tt y pe s o f s t e e l fi b e r t o u g he n i n g e ffe c ti sma i nl y r e fl e c t e di nthep e ak a fte rt o u g h n e s s e n h an c e me n t ， e m dh o o k e f - f e e t b e s t ， f o l l o we d b y h i g h s t r e n g t h fin e s t r a i g h t t y p e， d um b b e l l t yp e an d s h e ar i n de n t a t i o n t y p e e q u i v a l e n t Co ns i d e rin g the p r o p e r t i e s o f s t e e l fi be r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a n d c o s t ， No t o n l y t h e h i g h e r s tr e n gth o f s t e e l fi b e r s e l f t o u ghe n i n g e ff e c t i s b e a e r ， b u t t h e s t e e l fi b e r s a n i s o t r o p i c d e g r e e and v o l u me f r a c t i o n ， f o r t h e l o w s tr e n gth g r a d e o f C 3 0 p u mp c o n c r e t e K e ywo r d s ： h ligh p e rfo r manc e 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 ； p u mp a b i l i t y ； fl e x u r a l t o u ghn e s s ； c o mp r e s s i v e s tr e n gth ； fi b e r t y p e 0 引言 钢纤维混凝土是在脆性易裂的t 昆 凝土基体中掺人乱向分 布的短钢纤维所形成的一种新型、 多相、 多组分的水泥基复合 材料 1 - 2 。 它不仅能保持混凝土的自身优点 ， 更重要的是因钢纤 维的掺人， 对混凝土基体产生了增强、 增韧和阻裂效应， 从而极 其显著地提高了混凝土的抗拉、 抗弯强度 ， 阻裂 、 限缩能力， 抗 冲击、 耐疲劳性能， 大幅度提高了混凝土的韧性， 改变了混凝土 脆性易裂的破坏形态， 在荷载、 冻融等疲劳因素作用下， 因其阻 裂能力的提高， 明显延长了其使用寿命 。 与普通混凝土相比， 钢纤维混凝土除抗压、 抗拉强度和弹性模量外， 其他各项物理、 力学与耐久性指标均有显著提高。 C 3 0钢纤维泵送混凝土是在普通强度等级 C 3 0混凝土的 基础上加入钢纤维混合而成， 属于一种新型复合材料 ， 在隧道 衬砌、 地下室底板 、 水电大坝及民用建筑工程中得到了广泛引 用 1 。 与普通低强度等级混凝土相比， 低强度等级钢纤维混凝 土能够改善混凝土的力学新能 ， 显著提高低强度等级混凝土 的韧性， 但前提是混凝土中必须含有足够量的钢纤维。 一般来 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 1 - 0 7 基金项 目：江苏省 自然科学基金项 目( B K 2 0 1 1 8 3 5 ) 说， 钢纤维掺量越高对混凝土韧性改善愈显著。 然而过量的掺 入量会使泵送施工困难甚至堵泵 ， 加入量少又不能满足设计 对混凝土韧性的要求 ， 因此研究低强度等级钢纤维混凝土工 作性能及力学性能对钢纤维待在低强度等级混凝土中的应用 非常重要 。 1 原材料及试验方法 1 1 原材料 采用“ 金宁羊” 牌 P 4 2 5级水泥 ， 江南水泥有限公司生产 ， ，： 8 = 4 5 2 4 MP a ； 粉煤灰( F A) ： 为电厂 I 级灰 ； 减水剂( P e A I ) ： 聚羧酸高效减水剂 ， 减水率在 2 5 以上； 砂为河砂( s ) ， 细度模 数 2 7 2 ， 表观密度 2 6 1 0 k g ms ； 石子( G) 为玄武岩碎石， 颗粒级 配为 5 2 0 I 1 3 1 T 1 ， 表观密度为 2 8 4 0k g m3 。 试验用钢纤维的类型有钢板剪切的压痕型， 钢丝切断的端 勾型和哑铃型， 微细强钢丝切断的平直型， 如图 1 所示 ， 各种钢 纤维的性能参数见表 1 所示 ， 其中微细平直型价格最高 ， 其次 为端勾型和哑铃型， 剪切压痕型价格最低， 仅为微细平直型的 一 半 。 95 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 最为显著 ， 其次是端勾型微细钢纤维 ， 哑铃型钢纤维工作性能 相对较好。 高强微细钢纤维只有将掺量降为 0 3 8 时， 才能达到 较好 的泵送施 工性 能。 2 2 钢纤维混凝土力学性能 掺入不同种类及掺量钢纤维的低强度等级 C 3 0泵送混凝 土应力一 应变曲线如图 2 5 所示， 表 4为根据应力一 应变曲线计 算所得的弯曲性能参数。 跨 中挠度 ram 图 2 哑铃型钢纤维应力一 应变 曲线 图 3 高强微 细平直型应力一 应 变曲线 由以上试验结果可得 ： 混凝土掺人钢纤维后 ， 抗压强度 均有不同幅度的提高 ， 掺量越高效果越好； 在弯曲强度方面， 跨 中挠度 ram 图 4 剪切压痕型钢纤维应 力一 应变 曲线 跨 中挠度 ram 图 5 端勾型钢纤维应力一 应变 曲线 掺入钢纤维后 ， 弯曲强度也有很大幅度的提高， 提高幅度为 3 6 4 一 1 0 0 6 ， 同等掺量为 1 O 时， 提高幅度从大到小依次为 端钩型 微细平直型 哑铃型 剪切压痕型。 在初裂强度方 面 ， 也表现出同样的趋势， 但微细平直钢纤维的提高幅度相对 增大， 同等掺量为 1 O 时， 提高幅度从大到小依次为微细平直 型 哑铃型 剪切压痕 端钩型 ； 在比例极限厂 方面 ， 哑铃型 和剪切压痕型钢纤维的提高幅度相对提高，同等掺量为 1 O 时， 提高幅度从大到小依次为微细平直型 哑铃型 端钩型 剪切压痕型。 表 4 钢纤维掺量对C 3 0泵送混凝土弯曲性能参数的影响试验结果 ： ： 莲 ： 6 0 1 2 3 4 5 6 跨中挠度 ram 图 6 钢纤维类型对 C3 0混凝土弯曲性能影响 应力应变曲线所包围的面积， 物理上表示材料单位体积的 变形能， 面积越大， 表明材料破坏时所吸收的能量越多 12 - 1 3 。 工 跨中挠度 ra m 图 7 不同掺量 高强微细型与剪切压痕 型对 比 程中常以该面积的大小来定义材料的韧度 ， 从图 6可以看到， 不同种类钢纤维应力一 应变曲线的上升段基本一致 ， 只是因为 9 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钢纤维自身强度和形状不同而在最大峰值上有所差异。 若假定 应力一 应变曲线中峰值点之前的部分为微裂纹稳定扩展阶段 ， 之后的部分为微裂纹开始发生不稳定扩展阶段， 则可以将材料 应力一 应变曲线的峰值点作为分界线， 将韧度分为峰值前韧度 和峰值后韧度。 由图 6可知， 不同钢纤维混凝土的峰值前韧度 变化并不明显， 钢纤维的增韧效果主要体现在峰值后韧度的提 高上， 受载后素混凝土基本呈脆性， 试件一裂即碎， 因而其峰值 后韧度很小。 钢纤维混凝土试件出现微裂纹后 ， 释放的变形能 首先用于纤维脱黏， 而不是支持裂纹的继续扩展， 因此延缓了 断裂过程， 起到了增韧的效果。 其 中端钩型增韧效果最好 ， 同等 掺量 1 0 情况下 ， 钢纤维增韧效果顺序依次为端钩型 微细 平直型 哑铃型 剪切压痕型。 当综合考虑洼价比时， 由图 7可得， 高强微细钢纤维 0 3 8 掺量与剪切压痕型钢纤维 1 O 掺量在混凝土成本及工作性能 均等， 但峰值后韧度方面前者相对于后者降低幅度较为明显 ， 约为 6 5 。 后期下降阶段， 随着跨中位移的增加 ， 微细平直钢纤 维应力的下降趋势为先快后慢， 但其下降段包括面积远小于剪 切型钢纤维所包裹的面积， 也就是说， 在低强度等级混凝土中， 高强微细钢纤维 0 3 8 掺量与剪切钢纤维 1 0 掺量相比， 剪切 型钢纤维优势更为明显。 因此对于低强度等级混凝土 ， 钢纤维 增韧效果的发挥不仅与钢纤维自身强度有关， 同时与钢纤维异 性化程度和掺量有关 。 3结论 本试验开展了不同种类钢纤维对低强度等级泵送混凝土 工作性能、 抗压强度及弯曲韧性影响的研究， 通过试验得出如 下结论 ： ( 1 ) 低强度等级混凝土， 钢纤维的掺人会增加所需浆体量， 导致富余浆体量降低 ， 同时钢纤维问的架立和摩擦阻力作用越 明显， 不同种类钢纤维对泵送混凝土工作性影响顺序依次为： 端钩型微细平直型 哑铃型 剪切压痕型。 ( 2 ) 同掺量钢纤维混凝土， 峰值前韧度差异相对较小， 不同 类型钢纤维的增韧效果主要体现在峰值后韧度的提高上， 其中 端钩型效果最好， 其次为高强微细平直型 ， 哑铃型和剪切压痕 型相当。 p 暖翻圃 ( 3 ) 对于低强度等级混凝土， 钢纤维增韧效果的发挥不仅 与钢纤维自身强度有关， 同时与钢纤维异性化程度和掺量有关。 参考文献： 【 1 】 赵国潘， 彭少明， 黄承逵 钢纤维混凝土结构 M 北京： 中国建筑工业 出版社， 1 9 9 9 2 高丹盈， 赵军， 朱海堂钢纤维混凝土设计与应用【 M 】 - E 京 ： 中国建筑 工业出版社 ， 2 0 0 2 3 】L E E M K， B AR R B I G A n o v e r v i e w o f t h e f a t i g u e b e h a v i o u r o f p l a i n a n d fi b r e r e i n f o r c e d c o n c r e t e J C e m e n t C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 4 ) ： 2 9 9 3 0 5 4 】H e y k a l B a l b a i d A p p l i c a t i o n o f Hi g h e r S t r e n g t h C o n c r e t e i n T u b u l a r S t r u c t u r e s D D e l f t U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y( T U D e l f t ) ， 2 0 1 1 【 5 5 管品武， 唐国斌， 孟会英 钢纤维混凝土在桥梁工程中的应用与试验 研究 J 公路工程， 2 o o 7 ( 4 ) ： 7 9 8 5 6 】 蒋金洋， 孙伟， 张云升 ， 等 超高索塔锚固区泵送钢纤维混凝土的制 备【 J l_ 哈尔滨工业大学学报， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 3 0 7 3 1 2 【 7 孙成访， 谷倩， 彭少民钢纤维混凝土二桩厚承台的试验研究【 J 建筑 结构学报， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 1 1 7 1 2 4 8 】邢润岐 钢纤维混凝土和易性试验分析 公路交通科技， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 1 5 1 7 【 9 王龙飞， 高长成 ， 应文宗， 等剪切型超短超细钢纤维增强砂浆强度 的试验研究叨西南大学学报： 自然科学版， 2 0 1 1 ( 7 ) ： 1 6 0 1 6 5 I O G B T 5 0 0 8 1 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准【 s 】 E 京 ： 中国建筑 工业 出版社 ， 2 0 0 3 【 l 1 C E C S 1 3 ： 0 9 ， 纤维混凝土试验方法标准【 s 京： 人民出版社出版， 2 0 09 【 1 2 】 丁一宁， 董香军 ， 王岳华 钢纤维混凝土弯曲韧性测试方法与评价标 准 J 建筑材料学报， 2 o 0 5 ( 6 ) ： 6 6 0 6 6 4 1 3 戴民， 盖永丰， 张敬会， 等 钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究【 J 沈阳 建筑大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 4 ( 4 ) ： 3 0 8 3 1 1 作者简 介： 联系地址： 联系电话 ： 王中华( 1 9 7 6 ) ， 男， 工程师， 主要从事高性能混凝土与混凝 土外加剂科研及应用工作。 江苏南京北京西路 l 2 号 江苏省建筑科学研究院( 2 1 o o o 8 ) 0 2 5 5 2 7 0 5 91 2 商务部办公厅关于开展禁止现场搅拌砂浆检查工作的通知 根据商务部、 住房城乡建设部等 6 部门联合下发的 关于在部分城市限期禁止现场搅拌砂浆工作的通知 ( 商改发 2 0 O 7 1 2 0 5 号) 和 商务部、 住房和城乡建设部关于进一步做好城市禁止现场搅拌砂浆工作的通知 ( 商商贸发 2 0 0 9 1 3 6 1 号) 要求 ， 为进一步落实“ 禁 现” 工作。 商务部拟会同住房城乡建设部对各地“ 禁现” 工作进行检查。现将有关事项通知如下： 一 、检查范围： 列入限期禁止现场搅拌砂浆的 1 2 7 个城市。 二、 检查内容： ( 一) 结合各地制定的各项相关配套政策规章情况， 检查“ 禁现” 工作部署情况， 总结推广各地推进“ 禁现” 工作的 经验和做法， 查找工作差距并提出改进措施。 ( 二) “ 禁现” 工作总体进展及本地预拌砂浆生产、 物流及保障供应等情况。( 三) 落实“ 禁 现” 工作监督管理措施和建筑工程预拌砂浆应用情况。( 四) 随机抽查建筑工程禁止现场搅拌砂浆执行情况。 ( 五) 抽检预拌砂浆产品 质量 。 三、 组织实施： 2 0 1 2年 9月底前， 各地散装水泥主管部门会同有关部门按上述检查内容进行 自查； 2 0 1 2年 1 0 1 2月， 由商务部会 同住房城乡建设部组织相关单位成立区域性专项检查小组， 分别对“ 禁现” 城市进行抽查， 重点是第一批“ 禁现” 城市和省会城市。 四、 检查要求： ( 一) 由“ 禁现” 城市散装水泥主管部门向检查组汇报本地贯彻落实国家“ 禁现” 有关政策和进展情况， 并提供相关 书面材料。 ( 二) “ 禁现” 城市有关部门提供已通过建筑施工图审查及符合施工进度要求的在建项目清单 ， 供检查组抽查。 被抽查的工 程项 目须现场抽样检测预拌砂浆。( 三) 各省级散装水泥办公室要认真组织填写 使用预拌砂浆情况表 ， 并于 2 0 1 2年 9月 2 8日前 汇总报商务部( 流通发展司) 。 五、 检查结果处理： ( 一) 检查组向省级散装水泥主管部门反馈检查情况 ； 对检查中发现的问题， 提出整改要求。( 二 ) 根据监督检 查结果 ， 将对全国“ 禁现” 专项检查情况予以通报。 商务部办公厅 2 0 1 2年 7月 1 1日 98 - 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m