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第 4 7卷第 5期 2 0 1 6年 5月 Vo 1 4 7 N o 5 M a y 2 0 1 6 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 4 49 不同钢纤维掺量活性粉末对 混凝土抗拉强度的影响 唐小翠 ( 丽水学院工程与设计学院，3 2 3 0 0 0 ，浙江丽水 ) 摘要：研究不同钢纤维掺量活性粉末条件下的混凝土劈裂强度、抗折强度、轴， 亡 抗拉强度，分析拉压 比、 折压比随钢纤维掺量的变化规律 ， 结果表明掺入一定量的钢纤维可有效提高钢筋混凝土的劈裂抗拉强度、 抗折强度、轴心抗拉强度；这三个强度之间存在最佳的钢纤维掺量为 2 0 ；拉压比与钢纤维掺量呈正比例 相关关系，其中轴 【二 抗 拉强度与抗压强度的拉压比最小。 关键词：钢纤维；抗拉强度；钢筋混凝土 中图分类号 ：T U 5 0 2 6 文献标志码 ：A 文章编号 ：1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 6 ) 0 5 0 4 4 9 - 0 4 TO EXPLORE DI FFERENT DoSAGE oF S TEEL FI BER REACTI VE POW DER C0NCRETE TENS I LE S TRENGTH TANG Xi ao c u i ( L i s h u i u n i v e r s i t y , E n g i n e e r i n g a n d D e s i g n Co l l e g e ， 3 2 3 0 0 0 ， L i s h u i ， Z h a n g ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Thi s a r t i c l e c a i e d o u t u n d e r t h e c o n d i t i o n of d i f f e r e nt d o s a g e o f s t e e l f i be r r e a c t i ve p o wd e r c o n c r e t e s p l i t t i n g s tre n g t h ， fl e x u r a l s t r e n g t h a n d a x i a l t e n s i l e s tre n g t h t e s t a n d r e s e a r c h ， a n a l y z e s t h e t e ns i o n a n d c o mp r e s s i o n r a t i o ， f ol di ng r a t i o c h a n gi ng wi t h t h e s t e e l fib e r c o n t e n t Ex p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t a d d i n g a c e r t a i n a mo u n t 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 c a n b e e ffe c t i v e l y i mp r o ve d t he t e ns i l e s p l i t t i n g s tre n g t h，fle x u r a l s tre n g t h a n d a x i a l t e n s i l e s tre n g t h ； Th e t h r e e s t r e ng t h b e t we e n t h e b e s t s t e e l fibe r c o n t e n t i s 2 0 ：Te ns i o n a n d c o mp r e s s i o n r a t i o a n d s t e e l f i b e r c o n t e n t wa s po s i t i v e l y p r o po rti o na l r e l a t i o n，whi c h a x i s t e ns i l e s t r e n g t h a nd c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f t e ns i o n a n d c o mp r e s s i o n r a t i o Ke y wo r d s ：s t e e l fi b r e ；t e n s i l e s t r e n gth ；r e i n f o r c e d c o n c r e t e 作为建筑工程中最重要的复合材料，钢筋混凝 1 原材料与试验方案 土在使用过程中，其内部会因受到混凝土收缩变形和 钢筋约束双重作用的影响而产生贯通裂缝，导致外界 腐蚀物质侵入，进而导致钢筋膨胀断裂。针对这种 病害机理 ，一种由细砂、水泥、石英粉、高效减水剂 组成的具备高性能、高强度特点的水泥复合材料被研 究出来，这种材料被称为活性粉末混凝土，简称为 PRC。 与传统混凝土相比，通过掺加 P R C制备得到的 钢纤维混凝土具有抗疲劳强度高、抗剪性能优良、抗 冲击洼能卓越等优点，这些优点都取决于钢纤维混凝 土的拉伸性能是否优异，但是，当前对其的主要研究 方向是材料、配合比、养护等，而对 P R C材料抗拉 强度的研究较少，因此， 探究不同钢纤维掺量涪f生 粉 末对混凝土抗拉强度的影响，就具有十分重要的现实 意 义。 收稿 日期 ：2 0 1 6 - 0 3 - 1 3 作者简介：唐小 翠 ( 1 9 7 7 一 )，女，湖南永帅 1 人，硕士，e m a i I y a y a 9 6 0 4 s i n a t o m 1 1 原材料 原材料是影响 P R C材料性能的主要因素之一， 其中潘生 粉末混凝土原材料主要包括水泥、硅灰、石 英粉、石英砂、减水剂和钢纤维。本试验所用原材料 的相关指标如表 1 - 6 所示。 1 2 配合比设计 为 探 究 不 同 钢 纤 维 掺 量 活性 粉 末 对 混 凝 土抗 拉强 度 的影响，拟 采取 6 种不 同掺量 的配 合 比方式进 行研 究，试 件尺 寸为：抗 折试 件为 l O O m m X 1 0 0 m m X 4 0 0 m m棱形柱体，劈裂抗拉试件 为 1 0 0 m m1 0 0 m ml O O m m立方体、轴心抗拉试件 为 8 字形试块， 具体配合比如表 7 所示。 2 RP C材料的劈裂抗拉强度研究 2 1 试验结果 按 6 种配合比、每种 3 组制备试件 ，得到不同 钢纤维掺量条件下的劈裂抗拉强度和抗压强度试验数 据，结果如表 8 ， 9 所示。 建筑技术 第 4 7卷第 5期 表 1 水泥指标 水泥强度 细度 初凝时间 l l 终凝时间 h 标准稠度 烧失量 等级 ( c mZ g ) 用水量 4 2 5 硅 酸盐 3 4 0 0 2 6 3 6 2 7 0 5 表 2 硅灰粒径分布 粒径 分布 平均粒径 比表面积 2 4 0 4 8 0 8 O l 6 O l 6 O 2 8 0 n l n n r n ( c m 倌) 含量 2 5 9 3 2 - 3 2 9 8 1 1 9 8 8 1 8 51 0 表 3 石英粉指标 标号 平均粒径 m 密度 ( g c m ) 3 2 5目级石英粉 5 0 1 2 6 2 6 表 4 石英砂指标 粒径 mm 表观密度 ( g c m ) 堆积密度 ( g c m ) 0 1 6 1 5 0 1 6 , - 0 3l 5 2 6 3 4 1 4 4 O - 3 1 5 0 6 3 2 6 2 7 1 4 2 8 0 6 3 1 2 5 2 5 8 6 1 3 0 6 表 5 减水剂指标 堆积密度 硫酸根 氯N- T - 品名 含水率 p H值 比表面 积 ( g c m ) 含量 含量 聚磷酸 3 5 O 0 6 O 0 6 8 2 6 0 0 1 1 8 51 0 减水 剂 表 6 钢纤维指标 形状 直径 m m 长度 m m 抗拉强度 MP a 圆直形 0 2 2 1 2 1 5 2 8 0 0 2 2 钢纤维掺量对劈裂抗拉强度与抗压强度的关系 从不同钢纤维掺量下劈裂抗拉强度和抗压强度关 系图可看出： 随抗压强度增大， 劈裂抗拉强度也增大； 当钢纤维掺量超过 2 5 时 ，曲线有所变缓，劈裂抗 拉强度和抗压强度有所降低，二者表现出良好的线性 关系。 为进一步研究钢纤维掺量对劈裂抗拉强度和抗压 表 7 配合 比设计 配合 水泥 硅粉 石英砂 钢纤 维 减水剂 水 钢纤 维 体积率 比号 ( k g c m ) ( k g c m3 ) ( k g c m ) ( k g c m ) ( k g c m ) ( k g c m ) 1 7 0 6 1 6 0 1 2 4 9 O 7 4 1 2 2 0 2 7 0 6 1 6 O 1 4 0 9 4 0 7 4 1 2 2 05 3 7 0 6 1 6 0 1 3 2 9 8 0 7 4 l 2 2 l 4 7 0 6 1 6 0 1 2 4 9 1 2 O 7 4 1 2 2 1 5 5 7 0 6 1 6 O 1 2 4 9 l 6 O 7 4 1 2 2 2 6 7 0 6 1 6 O l 2 4 9 1 9 5 7 4 l 2 2 2 5 表 8 劈裂抗拉强度试验结果 劈裂抗拉强度值 MP a 平均值 配合比号 1 2 3 4 5 6 M Pa 1 8 3 7 9 4 7 1 0 2 4 7 7 5 90l 89 3 8 9 6 2 1 4 71 1 57 4 1 4 1 3 1 6 1 l 1 6 01 1 4 2 7 l 5 1 7 3 1 83 7 1 74 8 1 5 8 9 1 9 3 7 1 6 7 3 1 7 01 1 6 9 8 4 2 05 5 2 00 2 2 0 1 7 1 9 6 0 1 8 9 3 2 0 7 3 2 0 0 0 5 2 3 1 5 2 2- 3 8 2 5 5 5 2 2 6 5 2 4 O 3 2 2O 3 2 3_ 3 0 6 21 7 2 l 9 6 3 2 2 1 2 2 0 6 8 2 1 6 4 2 04 9 21 0 5 表 9 抗压 强度试验结果 抗压强度值 MP a 配合比号 平均值 M P a 1 2 3 l 8 5 0 9 8 5 1 O 9 4 9 6 7 2 1 23 3 I 1 9 9 1 l 9 9 l l 8 4 3 1 2 9 2 l 1 9 6 l 2 5 6 1 2 4- 8 4 1 3 5 9 1 4 3 9 1 3 6 5 l 3 88 5 1 5 4 5 1 5 4 1 1 6 9 5 l 5 94 6 1 4 2 3 1 4 9 2 1 4 3 3 1 4 47 强度的影响，进行了抗压比的变化关系研究，该指标 可准确地反映钢筋混凝土的抗拉性能见表 l 0 。 表 1 O 不 同钢纤维掺量配比下的拉压 比 编号 1 2 3 4 5 6 掺量 O 0 5 l 1 5 2 2 5 劈裂抗拉 强度 MP a 8 9 6 1 5 1 7 1 6 9 8 2 0 0 0 2 3 - 3 O 2 1 0 5 抗压强度 9 7 6 1 1 83 8 1 2 4 8 2 1 38 8 1 5 9 4 1 4 4 7 M Pa 拉压比 1 1 0 9 1 7 8 1 7 3 1 6 9 4 1 6 8 4 1 6 8 8 2 0 1 6 年 5月 唐小翠，等：不同钢纤维掺量活性粉末对混凝土抗拉强度 的影响 观察拉压比数据的变化发现 ， 随钢纤维掺量增多， 拉压比表现出现增长后变缓的趋势，掺量达 2 5 时 拉压比趋于平衡。与普通混凝土的拉压比 ( 1 1 0 1 2 0 ) 相比 ， 掺入钢纤维活性粉末的钢筋混凝土表现出更好 抗拉性能 。 2 3 钢纤维掺量对拉压强度的影响机理分析 2 3 1 钢纤维掺量对抗拉 强度的影响机理分析 在普通混凝土内掺人一定量的钢纤维，随掺量 增加 ，混凝土的劈裂抗拉强度提高。但这种增长关系 只表现在一定范围内；当掺量超过 2 5 后，混凝土 的劈裂抗拉强度不升反降，这是因为试件中掺入的钢 纤维数量偏多，钢纤维在试件内部产生结团现象，受 到外力拉伸时，内部会产生应力集中区域 ，导致试件 断裂。在检查试件断裂面也可看到，劈裂面呈现出撕 裂状，该现象是由应力集中区域在受拉作用下导致的 ( 图 1 )。 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 抗 压强度 MP a 图 1 不同钢纤维掺量下 系 2 3 2 钢纤维掺量对抗拉 强度及抗压强度的影响机理 与抗拉强度的变化规律类似， 随钢纤维掺量增加， 钢筋混凝土的抗压强度表现出先增大后减小的趋势， 临界变化点的掺量为 2 5 。出现该变化规律的原因 在于， 过多掺量的钢纤维使钢筋混凝土内部产生了大 量的界面薄弱区，当受到外力挤压时 ，这些界面薄弱 区先行抵消了钢纤维的增强作用，导致抗压强度不升 反降，因此实际施工中，可采取加强薄弱界面区域与 钢筋粘结的做法。 3 R P C材料的轴心抗拉强度研究 3 1 试验结果 按 6 种配合比、每种 3 组制备试件，得到不同钢 纤维掺量下的轴心抗拉强度和抗压强度试验数据，结 果如表 1 l ， 1 2 所示 。 3 2 钢纤维掺量对轴心抗拉 强度与抗压强度的关 系 3 2 1 轴 心抗 拉 强度 与抗 压 强度 的关 系 从图 2 轴心抗拉强度与抗压强度的关系中可看 表 n轴心抗拉强度试验结果 轴心抗拉强度值 MP a 平均值 配合比号 1 2 3 4 5 6 M P a l 5 7 2 6 1 7 4 5 2 4 9 3 6 0 5 5 8 3 5 9 2 8 9 3 8 1 5 l 1 1 9 0 1 9 5 3 8 9 4 8 4 4 3 l 0 6 l 9 7 6 l 0 0 4 1 0 1 5 9 9 4 9 8 5 1 O25 4 l 2 0 6 l 3- 3 2 1 2 1 1 l 1 9 5 l 3 O 1 1 2 1 6 1 249 5 1 4 3l 1 5 1 5 1 4 2 6 1 4 3 7 1 3 9 5 l 5 1 9 1 4 5 7 6 1 5 9 4 1 5 8 4 1 6 _ 3 2 1 6 1 8 l 5 9 1 1 6 1 3 1 6 O 9 表 1 2 抗压强度试 验结果 抗压强度值 MP a 配合比号 平均值 M P a 1 2 3 l 98 8 8 9 27 1 0 7 9 9 9 8 3 2 l 1 O8 3 l 1 62 2 3 8 8 l 1 3 6 4 3 l 2 46 4 1 2 5 2 8 l 2 6I2 2 l 2 5-3 7 4 l 3 4 1 1 3 8 44 1 4 3 6 4 l 3 8 7 3 5 l 5 5 6 l 5 7 - 3 1 6 3 8 1 5 8 9 6 1 6 9 3 2 1 6 0 9 3 l 6 32l 1 6 469 出， 随钢纤维掺量增大，轴心抗拉强度与抗压强度也 同时增加，二者表现出良好的线性关系。表 1 3 给出 了不同钢纤维掺量下的拉压比，从数据中可看出， 轴 心抗拉强度的拉压比与钢纤维掺量成正比关系，但此 劈裂试验和抗折试验中计算得到的拉压比小。 图 2 不同钢纤维掺量下的轴 航 拉强度与抗压强度变化的关系 表 1 3 不 同钢纤维掺量下的拉压比 编号 钢纤维掺量 抗压强度 MP a 轴， 已 抗 拉强度 MP a 拉压比 l 1 O 9 9 8 3 5 9 1 1 6 9 2 0 5 l l 36 4 8 4 4 1 1 3 4 7 3 1 1 2 5-3 7 1 0 2 5 1 1 22 4 1 5 1 3 87 3 1 2 4 9 1 1 1 1 5 2 1 58 9 1 4 5 7 1 1 0 9 加 H 皇 、 暖鞭 敞 4 5 2 建筑技术 第 4 7 卷第 5期 3 2 2 钢纤维掺量对轴心抗拉 强度比的影响 表 l 4 给出了轴心抗拉强度比随钢纤维掺量增加 的变化情况，可看出随钢纤维掺量增大，轴心抗拉强 度比也增大 ，强度比范围在 1 2 4 7 之间，说明掺加 一 定数量的钢纤维对提高 P R C材料的轴心抗拉强度 作用明显。 表 1 4 不 同钢纤维掺量下的轴心抗拉强度 比 编号 掺量 轴， 已 抗 拉强度比 l 0 1 2 0 5 1 4 3 3 1 1 7 4 4 1 5 2 1 1 5 2 24 7 3 - 3 钢纤维掺量对轴心抗拉强度影响的机理分析 钢纤维对提高钢筋混凝土的轴心抗拉强度效果 十分显著。掺量每提高 1 ，轴心抗拉强度约提高 1 4 0 。这是由于掺入的钢纤维可有效减缓应力集中 现象，使最终形成的裂缝数量较少、尺度也较小。具 体表现为仅掺入较少的钢纤维，其轴心抗拉强度就会 发生显著提高，这种影响在其压力一应变关系中表现 为一个线性 一 塑 变化过程。当试件受到轴心拉应 力时， 初期表现为线性增长关系， 之后随拉应力增大， 钢纤维发挥抗拉作用，应力一 应变关系开始由线性转 换为塑陛；拉力足够大时钢纤维被拔出，轴心抗拉强 度消失 ，但钢纤维的掺量越多，这种现象就出现得越 缓慢。 4 结束语 掺入钢纤维形成的新型 P R C建筑材料具有广阔 的发展前景，其中 P R C材料中的抗拉性能又是多种 功能特幽 综合体现。由于当前对该方面开展的研究 较少 ，本文对不同钢纤维掺量活出 盼末对钢筋混凝土 的抗拉强度影响的试验研究，主要研究了劈裂强度、 抗折强度、轴心抗拉强度与抗压强度的关系，分析了 拉压比、折压比随钢纤维掺量的变化规律，结果表 明，掺入一定量的钢纤维可有效提高钢筋混凝土的劈 裂抗拉强度、抗折强度和轴心抗拉强度；三者间最佳 的钢纤维掺量为 2 0 ；拉压比与钢纤维掺量呈正比 例相关关系，其中轴心抗拉强度与抗压强度的拉压比 最小 参考文献 1 龙广成 ， 谢友均 ， 王培铭 ， 等 活性粉 构 J _ 硅酸盐学报 ， 2 0 0 5 ( 4 ) 2 许利惟 ， 毛文宫 浅析活性粉末混凝土的特性 J 】 福建建材 ， 2 0 0 5 0) 3 廖莎 ， 马远荣 活性粉末混凝土 ( R P c ) 预应力叠合梁受弯性能研 究 J l 湖南大学学报 ( 自然科学版 ) ， 2 0 0 5 ( 1 ) 4 4 李燕 ， 申向东 不同纤维掺量轻骨料混凝土冻融循环后力学性能 及损伤量的研究 J 工程力学 ， 2 0 0 9 ( S 1 ) 5 】 章四明 钢纤维掺量对钢纤维混凝土强度的影响 J 建筑科学 ， 2 0 0 8 ( 3 ) 6 】 朱海堂 ， 汤寄予 ， 赵军 钢纤维高强混凝土抗拉强度试验研究 J 】 河南科学 ， 2 0 0 2 ( 6 ) 7 张启明 ， 赵广田， 汤寄予 ， 等 钢纤维高强混凝土设计与施工技 术 J 河南科学 ， 2 0 0 2 ( 6 ) 8 陈茜 铜钢 _ P v A混杂纤维浯生 粉末混凝土的制备与基本性能研 究 D 西安 ： 西安建筑科技大学 ， 2 0 1 2 9 】 张发盛 钢纤维自密实混凝土梁斜截面受剪性能研究 D 】 大连 ： 大连理工大学 ， 2 0 1 4