高温后纤维矿渣微粉混凝土抗折强度试验研究.pdf

2 0 1 0 年 第 4 期 (总 第 2 4 6 期 ) Nu mb e r 4 i n 2 0 1 O ( T o t a l No 2 4 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及 辅助 物料 M AT ERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 4 0 2 3 高温后纤维矿渣微粉混凝土抗折强度试验研究 杨 淑慧 ，高丹盈 ，赵军 ( 郑州大学 ，河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ) 摘要： 通过矿渣微粉纤维混凝土高温后抗折试验， 分析了温度、 矿渣微粉掺量、 钢纤维体积率、 聚丙烯纤维掺量和混凝土强度等级等因 素对混凝土高温后抗折强度的影响。 结果表明： 随着温度升高， 高温后矿渣微粉纤维混凝土的抗折强度和高温后与常温抗折强度比均不断 降低； 矿渣微粉、 钢纤维和聚丙烯纤维的加入对高温后矿渣微粉纤维混凝土抗折强度有不同程度的影响。在试验研究的基础上， 建立了考 虑温度、 矿渣微粉掺量、 钢纤维体积率和聚丙烯纤维掺量共同影响的高温后矿渣微粉纤维混凝土抗折强度的计算模型， 为纤维混凝土结构 的抗火设计及灾后处理 提供参 考。 关键词 ： 高温 ；矿渣微粉 ；纤维混凝 土 ；抗折 强度 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 0 7 I - 0 3 Fl e xu r al s t r eng t h of t he f i be r r ei nf or c e d c on cret e w i t h s l ag p ower a f t er t he ac t i on of hi gh t empe r a t ur e Y ANG S h u - hu i ， GAO Da n- y i n g， ZHAO J u n ( Z h e n g z h o uUn i v e r s i t y， Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 2 ， C h i n a ) Abs t r act： T h r o u g ht h e e x p e ri me n to nfle x u r a l s Ue n gt h o f fib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t ewi t h s l a gpo wd e ra fte rthea c t i o n o f hi g ht e mp e r a t u r e， thein fl u e n c e o f t e mp e r a tu r e ， s l a g p o wd e r ， fi b e r a n d c o n c r e t e ma t r i x s t r e n g t h g r a d e o n fl e x u r a l s t r e n gth o f c o n c r e t e w a s a n a l y z e d T h e r e s u l t s s h o ws tha t t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t h e r a t i o o f fl e x u r a l s tr e n gth a f 【 e r h i 曲 t e mp e r a t u r e t o r o o m t e mp e r a t u r e d e c r e a s e s wi t h t h e ri s i n g h i ghe s t t e mp e r a tur e e x p o s u r e t o c o n c r e t e T h e s l a g p o we r ， s t e e l fi b e r a n d p o l y p r o p y l e n e fi b e r c a n i n fl u e n c e t h e fl e x u r a l s tr e n gth o f c o n c r e t e a ft e r h i g h t e mp e r a tur e i n d i f - f e r e n t d e gre e Ba s e d o nt he e x pe r i me n t s t h e c a l c ul a t i o nmo d e l o f t h efle x u r a l s t r e n g t ho ffi be r r e i n f o r c e d c o n c r e t ewi t h s l a gp o wd e r a f t e r hi g ht e m pe r a t u r e i s f o u n d e d， wh i c h c o n s i d e rs t h e c o mb i n e d e ffe c t o ft e mpe r a t u r e， s l a g p o wde r ， s t e e l fi be r a n d p o l y p r o p y l e n e fib e r I t o ffe r a r e f e r e n c e o f fi r e r e s i s t a n t d e s i g n i n g a nd fi r e ma i n t a i n i ng o ft h e fib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c tur e Ke ywor d s： h i g ht e mpe r a tur e； s l a gp o wd e r ； fib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ； f l e x u r a l s tre n gth 0 引言 随着现代? 昆 凝土技术的迅速发展 ， 强度高、 耐久性好和工 作性能优异的高性能混凝土正迅速发展， 并替代传统的混凝土 用于工程结构中。然而高性能混凝土结构密实， 脆性更大， 渗透 性低， 抗火性差， 尤其是高温容易发生爆裂， 材料受损失效导致 结构开裂及破坏， 在高性能混凝土中加入纤维能够较好弥补高 温混凝土结构的缺陷， 研究高温后纤维混凝土的力学性能有重 要意义。高炉矿渣是钢铁工业生产中的废料， 磨细到适当细度 后可作为混凝土的掺合料等量取代水泥， 配制出性能良好、 质量 稳定的矿渣微粉高性能混凝土 1 。本试验通过对高温后矿渣微 粉纤维混凝土小梁抗折性能的试验研究 ， 分析了温度 、 矿渣微 粉掺量 、 钢纤维体积率 、 聚丙烯纤维掺量以及混凝土强度等级 等对混凝土高温后抗折强度的影响， 建立考虑主要因素影响的 矿渣微粉纤维混凝土高温后抗折强度的计算模型。 1 试 验 概 况 1 1 试 验设 计 试验原材料 ： P 0 3 2 5级和 P 0 4 2 5级水泥； 比表面积为 收稿 日期 ：2 0 0 9 一 l 2 - 2 7 基金项 目：河南省重 大公益性科研项 目( 8 1 1 0 9 1 2 6 0 0) 4 1 5 m g的 $ 9 5级矿渣微粉； 粗骨料为粒径 5 2 0 r n n q的碎石， 级配连续， 含泥量及杂质少， 表面洁净 ； 细骨料为河砂， 属中砂， 级 配良好； J K H一 1 型粉状高效减水剂； A Mi 0 4 3 2 6 0 0 钢锭铣削型钢 纤维 ， 长 3 2 6 n l n l ， 等效直径 O 9 5 r n l Y l ， 长径比 3 4 3 2 ， 抗拉强度 8 0 8 6 MP a ； 束状单丝聚丙烯纤维， 长约 1 9 m m， 密度 0 9 1 ， 熔点约 1 6 0， 燃点约 5 8 0， 抗拉强度 2 7 6 MP a ， 弹性模量 3 7 9 3 MP a 。 试验参数设计： 温度 ， 包括常温 2 0 、 2 0 0 、 4 0 0 、 6 0 0 、 8 0 0； 矿渣微粉， 等量置换水泥的置换率分别为0 、 3 0 、 4 0 和5 O ； 纤维类别 ， 考虑钢纤维和聚丙烯纤维两类 ； 纤维掺量， 钢纤 维按体积率分别为 0 、 0 5 、 1 0 、 1 5 和 2 0 ， 聚丙烯纤维按掺 量分别为0 、 0 6 、 0 9 、 1 2 k g m ； 混凝土强度等级， C 4 0 、 C 6 0和 C 8 0三种 ， 其配合比见表 1 ， C 4 0 ， C 6 0和 C 8 0混凝土的砂率分别 为 4 0 、 4 0 和 3 3 。 表 1 配合比 k g m 研究采用 1 0 0 mmx l 0 0 mmx 4 0 0 mm小梁， 每种情况下各3个 7l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 试块， 共制作了 6 3个试块， 进行抗折强度试验。混凝土试块浇 筑后在振动台上振动成型， 室内静置 2 4 h后拆模 ， 立即放人温 度为 2 O， 相对湿度为 9 5 的标准养护室中进行养护， 2 8 d后 取出晾干， 至规定龄期后进行高温试验。 1 2试 验 方 法 试验的高温炉为箱式电阻炉 ， 采用硅碳棒加热， 最高工作 温度 1 2 0 0， 炉内温度可自动控制。 本试验采用的升温制度为： 以 1 0 C mi n的升温速度加热， 到达目标温度并恒温 2 h后， 高温 炉自动关机停止加热， 试件在炉内自然冷却至常温。然后参照 钢纤维混凝土试验方法 ， 在 N YL 3 0 0 C压力试验机上进行矿 渣微粉纤维混凝土抗折试验， 抗折强度按式( 1 ) 计算 ： ( 1 ) 式中 ： ， 卜 一混凝土试件抗 压强度 ， MP a ； 卜破坏荷载 ， N； 卜一 支座间跨度， r n l n ； 6 试件截面宽度 ， mm； 试件截面高度， iT l r n 。 2 试验结果分析 不同温度、 矿渣微粉掺量、 钢纤维体积率、 聚丙烯纤维掺量 以及混凝土强度等级下矿渣微粉纤维混凝土高温后抗折强度 的试验结果分别见表2 - 6 。 用 、 分别表示温度 后和常温下 矿渣微粉纤维混凝土的抗折强度， 下面重点分析各因素对高温 后与常温矿渣微粉纤维混凝土抗折强度比的影响。 2 1 温度对高温后抗折强度的影响 根据混凝土强度等级为 C 6 0 ， 矿渣微粉掺量为 4 0 ， 钢纤 维体积率为 1 0 ， 聚丙烯纤维掺量为 0 9 k g m 的矿渣微粉纤 维混凝土不同目标温度高温后抗折强度的试验结果， 见表 2 。 表 2 目标温度后矿渣微粉纤维混凝土抗折强度 编号 温度 高温后抗折 强度 MP a高温后与常温抗折强度 比 由表 2 可以看出， 随着温度升高， 矿渣微粉纤维混凝土高 温后抗折强度和高温后与常温抗折强度比均不断降低 ， 下降趋 势明显 。 2 0 0前高温后抗折强度下降幅度较平缓 ， 2 0 0后呈 线型剧烈下降， 4 0 0 、 6 0 0时抗折强度分别为常温的 7 1 1 、 4 7 2 ， 8 0 0 C时仅为 1 9 9 ， 可见温度对纤维矿渣微粉混凝土抗 折强度的劣化较为严重。 抗折强度随温度呈折线下降的原因是： 矿渣微粉纤维混凝 土在 2 0 0前， 试件内部只有自由水蒸发， 水泥凝胶体结合水 并未完全脱出 3 1 ， 由于混杂纤维和水泥凝胶体的黏结作用， 高温 后的抗折强度并没有明显下降； 2 0 0， 水泥凝胶体内的结合水 开始脱出， 水泥石结构开始破坏， 混凝土内部劣化加速 ， 混杂纤 维与凝胶体的黏结作用减弱， 于是抗折强度呈线性下降。 2 2 矿渣微粉对高温后抗折强度的影响 根据混凝土强度等级为 C 6 0 ， 矿渣微粉掺量分别为 0 、 3 0 、 4 0 和 5 0 的素混凝土， 以及混凝土强度等级为 C 6 0 ， 矿渣微粉 掺量分别为 0 、 3 0 、 4 0 、 5 0 ， 钢纤维体积率为 1 0 ， 聚丙烯 7 2 纤维掺量为 0 9 k g m 的矿渣微粉纤维混凝土 4 0 0高温后抗 折强度的试验结果， 见表 3 。 表 3 不 同矿渣微粉掺量下矿渣微粉纤维混凝土高温后抗折强度 类型 编号矿 由表 3可以看出， 掺人矿渣微粉后素混凝土和纤维混凝土的 高温后与常温抗折强度比在未掺矿渣微粉高温后与常温抗折强度 比附近上下波动， 呈折线状， 且波动幅度较小， 可以认为矿渣微粉 的加入对高温后与常温混凝土抗折强度比影响较小， 可以忽略 不计； 当矿渣微粉掺量相同时， 纤维混凝土较素混凝土的抗折强度 有一定提高， 说明混杂纤维的掺入， 改善了矿渣微粉混凝土内部的 界面特性， 从而提高了混凝土高温后的抗折陛能。 2 3 钢纤维对高温后抗折 强度的影响 根据混凝土强度等级为 C 6 0 ， 矿渣微粉掺量为 4 0 ， 钢纤 维体积率分别为 0 、 0 5 、 1 O 、 1 5 和 2 0 ， 聚丙烯纤维掺量为 0 9 k g m， 的矿渣微粉纤维混凝土 4 0 0高温后抗折强度的试验 结果， 见表 4 。 可以看出， 掺钢纤维后纤维矿渣微粉混凝土高温后 的抗折强度增大 ， 而且随着钢纤维体积率增大， 矿渣微粉混凝土 的抗折强度呈上趋势。可见， 钢纤维能有效提高矿渣微粉纤维混 凝土高温后的抗折强度， 但对高温后与常温抗折强度比影响较小。 表 4 不 同钢纤维体积率下矿渣微粉纤维混凝土高温后抗折强度 编号褂 稗黼 M 撕 Pa 黻常 M P a 度 抗折强度比 2 4 聚丙烯纤维对高温后抗折强度的影响 根据混凝土强度等级为 C 6 0 ， 矿渣微粉掺量为 4 0 ， 钢纤 维体积率为 1 0 ，聚丙烯纤维掺量分别为0 、 0 6 、 0 9 、 1 2 k g m 的矿渣微粉纤维混凝土4 0 0高温后抗折强度的试验结果， 见 表 5 。 可以看出， 聚丙烯纤维的存在可以提高纤维矿渣微粉混凝 土高温后抗折强度， 且随着聚丙烯纤维掺量的增大， 混凝土高 温后抗折强度呈上升趋势。可见聚丙烯纤维的掺人对矿渣微粉 混凝土高温后抗折强度起到了有利的影响， 而且聚丙烯纤维与 钢纤维混杂掺入的增强效果更为明显。 表 5 不同聚丙烯纤维掺量下矿渣微粉纤维 混凝土高温后抗折强度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 5 强度等级对高温后抗折强度的影响 根据混凝土强度等级为 C 4 0 、 C 6 0和 C 8 0 ， 矿渣微粉掺量为 4 0 ， 钢纤维体积率为 1 0 ， 聚丙烯纤维掺量为 0 9 k g m 的矿 渣微粉纤维混凝土 4 0 0高温后抗折强度的试验结果， 见表 6 。 可以看出， 随着混凝土强度等级提高， 纤维矿渣微粉混凝土抗 折强度显著提高， 而高温后与常温矿渣微粉纤维混凝土抗折强 度比变化不大 ， 说 明强度 等级的增大对矿渣微粉纤维混 凝土抗 折强度 比影 响较小 。 表 6 不 同混凝土强度等级下矿渣微粉纤维混凝土高温后抗折强度 3 高温后抗折强度的计算方法 试验结果表明， 高温作用降低了矿渣微粉纤维混凝土的抗 折强度， 2 0 0可作为矿渣微粉纤维混凝土抗折强度历经温度 劣化的分界点 ， 同时矿渣微粉纤维混凝土抗折强度随矿渣微粉 掺量、 钢纤维体积率和聚丙烯纤维掺量在一定范围内的增加而 提高 。 为方便计算， 考虑温度 、 矿渣微粉 、 钢纤维和聚丙烯纤维共 同影响的矿渣微粉纤维混凝土高温后抗折强度的计算模型为： f f T , _ l + ，L J f ( + o r 叩) ( f ) ( s P f ) ( 2 ) 式中 、 疗 一温度 后和常温下矿渣微粉纤维混凝土的抗折 强度 ， MP a ； 、 广温度对抗折强度的影响系数 ， 根据对本文试验 结 果 的 统 计 分 析 ： ： 0 5 8 x 1 0 ， o E 2 = 2 7 0 9 3 ， 2 0 T 8 0 0 ： 矿 矿渣掺量的百分含量 ， 5 0 ； r _ 一 矿渣对抗折强度的影响系数， 取 0 ； A 厂一钢纤维含量特征参数， 是钢纤维体积率与钢纤维的 长径比的乘积， O 6 8 6 ； 值为 0 8 7 4 6 ， 均方差 0 0 7 8 9 ， 变异系数 0 0 9 0 2 ， 符合程度较好。 4结 论 随着温度升高， 矿渣微粉纤维混凝土高温后抗折强度和高 温后与常温抗折强度比均不断降低 ， 2 0 0 前下降较平缓， 2 0 0 后剧烈下降， 可见温度对纤维矿渣微粉混凝土抗折强度的劣化 较为严重。 矿渣微粉的加入对高温后与常温混凝土抗折强度 比影响 较小， 可以忽略不计 ； 钢纤维和聚丙烯纤维的存在都可以提高 矿渣微粉纤维混凝土高温后的抗折强度， 但聚丙烯纤维对高温 后与常温抗折强度比的增强效果更为明显； 聚丙烯纤维与钢纤 维 昆 杂掺人改善了矿渣微粉混凝土内部的界面特性， 提高了 昆 凝土高温后的抗折性能； 高温后抗折强度随基体强度的增大显 著提高， 而高温后与常温抗折强度比变化较小。 参考文献： 1 蒋家奋 矿渣微粉在水泥混凝土中应用的概述 J J 混凝土与水泥制 品 ， 2 0 0 2 ( 3 ) 2 2 C E C S 1 3 ： 8 9 ， 钢纤维混凝土试验方i ns 3 过镇海 ， 时旭东钢筋混凝土的高温性能及其计算【 M 北京： 清华大 学出版社， 2 0 0 3 f 4 j王平 ， 肖建庄， 陈瑞生， 等 聚丙烯纤维在混凝土高温后抗压抗折中 不同表现的分析f J 1 浙江工业大学学报 ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 3 ) ： 3 3 3 3 3 7 ， 3 4 8 【 5 J高丹盈 ， 刘建秀 冈 纤维混凝土基本理论 M 】 北京 ： 科学技术文献出 版社 ， 1 9 9 4 6 6 李敏 ， 钱春香， 壬珩， 等高强混凝土受火后力学性能变化规律的研 究验 J 1 硅酸盐学报 ， 2 0 0 3 ， 3 l ( 1 1 ) ： 1 1 1 6 1 1 2 0 【 7 】 张道玲， 鞠丽艳 复合纤维对高性能混凝土高温性能的影响研究 J J 工业建筑 ， 2 0 0 6 ， 3 5 ( 1 ) ： 8 - 1 0 ， 1 4 8 】赵军， 高丹盈， 王邦 高温后钢纤维高强混凝土力学性能试验 J J 混凝 土 ， 2 0 0 6 ( 1 1 ) ： 4 6 9 】肖 建庄， 任红梅， 王平 高性能混凝土高温后残余抗折强度研究f J 同 济大学学报： 自然科学版， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 5 ) ： 5 8 0 5 8 5 作者简 介 一 钢纤维对抗折强度的影响系数 ， 取 0 0 6 7 7 ； p 广聚丙烯纤维掺量， 1 2 k g m ； 单位地址： 广一 聚丙烯纤维对抗折强度的影响系数， 取 0 2 1 2 1 。 将式( 2 ) 的计算值与本试验值比较， 试验值与计算值比 值的均 壁墨皇 重 杨淑慧( 1 9 7 6 一 ) ， 女 ， 讲师， 博士研究生， 主要从事新型复合 建筑材料及结构性能方面的研究。 郑州市文化路 9 7 号 郑州大学新型建材与结构研究中心 ( 4 5 0 0 0 2 ) l 3 9 3 8 5 7 9 6 2 5 f f f ( 、 - 豳 重蓬 翟雹 上 海预 拌混 凝土 再创 新高 今 年拟出台 新规 上海的预拌混凝土再创历史新高， 2 0 0 9年度突破 6 0 0 0万 1T I ， 达到 6 0 5 6万 1 2 1 ， ， 连续多年成为我国乃至世界预拌混凝土产销量 最高的城市。 整个行业取得如此骄人的业绩 ， 上海市混凝土行业协会功不可没。多年来， 上海市混凝土协会在服务企业、 规范行业、 发展产业 方面， 作出了积极的努力和巨大的贡献。特别是其主办的“ 质量诚信杯” 评 比活动， 至今已连续举办了8年， 先后有 8批逾百家混凝 土企业荣膺“ 诚信企业” 光荣称号， 他们的标杆模范作用， 引领了行业的健康、 和谐发展。日前 ， 一批 2 0 0 9年度“ 质量诚信杯” 获奖企 业得到了隆重的表彰和嘉奖。 2 0 1 0年是上海世博会的举办年， 上海市混凝土协会在市建筑建材业主管部门的领导、 指导下 ， 确立了“ 重点抓好混凝土等产品 的质量和安全生产， 努力创建绿色环保型的搅拌站” 工作 目标。为规范整个行业的健康有序发展， 协会和行业主管部门还将于年内 开始实行原材料合格供应商登记备案制度， 并进一步规范原材料方面的合同管理， 进一步加强预拌混凝土质量的检验检测工作。协 会副会长兼秘书长沈为公表示 ， 对预拌混凝土质量问题， 协会决不护短， 并拟推行第三方取样 、 养护、 测试混凝土试块。对近期来事 故频发的搅拌车安全问题 ， 沈秘书长也强调指出： 上海土方车已有管理办法， 对搅拌车的管理办法也要加紧制订。 和谐社会， 企业有责， 协会更有义务。上海的混凝土行业， 在协会的扶持下正从健康发展走向更加辉煌。 7 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m