钢纤维活性粉末混凝土力学性能试验研究.pdf

第 4 3 卷第 1 期 2 0 1 2年 1月 Vo 1 4 3 No 1 J a n 2 0 1 2 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 3 5 钢纤维活性粉末混凝土力学性能试验研究 郝文秀徐晓 ( 河北农业大学城 乡建设学院 ， 0 7 1 0 0 1 ， 河北保定 ) 摘要 ： 通过对7 0 7 ， 1 0 0 ， 1 5 0 m m =种立方体和 1 0 0 m m x l 0 0 m m x 3 0 0 m m 棱柱体试件 的抗压及劈裂抗拉试验 。 对活性粉末混凝土的强度 、 强度 的尺寸效应、 立方体与棱柱体强度之间关系、 弹性模量及其与立方体强度之间的 关 系进行了较为系统 的研究 ， 并利用数值回归分析法给 出了相互之间关系的数学表达式 ， 计算结果与试验结果 吻合较好 。 关键词 ： 活性粉末混凝土； 钢纤维 ； 力学性能 ； 尺寸效 应 中图分类号： ， I U 5 2 8 5 7 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 2) 0 1 0 0 3 5 0 3 EXPERI M ENTAL S TUDY ON THE M ECHANI CAL PROPERTI ES OF REACTI VE POW DER CONCRETE W I TH S TEEL FI BRE H AO We n x i u ，XU X i a o ( C o l l e g e o f U r b a n a n d R u r a l C o n s t r u c t i o n ， A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y o f H e b e i ， 0 7 1 0 0 1 ，B a o d i n g ， H e b e i ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e s p e c i me n s o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e wh i c h s i z e i n c l u d e 7 0 7 ，1 0 0 ，1 5 0 mm c u b i c a n d 1 0 0 mmxl 0 0 mm x 3 0 0 mm p ris ma t i c we r e d e s i g n e d a n d t e s t e d i n c o mp r e s s i v e a n d s p l i t - p u l l ， s o me c o n t e n t we r e s t u d i e d wh i c h i n c l u d e t h e s t r e n g t h ，s i z e e f f e c t t o s t r e n g t h ，t h e s t r e n gth r e l a t i o n s h i p b e t we e n c u b i c a n d p fis mi c ， e l a s t i c mo d u l e a n d t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n e l a s t i c mo d u l e a n d c u b i c s t r e n g t h Th e n u me ric a l r e g r e s s i v e f o r mu l a s we r e p r e s e n t e d a n d t h e c a l c u l a t i o n r e s u l t s a gre e we l l wi t h t h e e x p e ri me n t al r e s u l t s Ke y wo r d s ：r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ；s t e e l fib r e ；me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ；s i z e e ffe c t 活性粉末混凝土( R e a c t i v e P o w d e r C o n c r e t e简称 R P C ) 是一种超高强度 、 高耐久性及高韧性的新型水泥 基复合材料。 掺入钢纤维， 克服了超高强混凝土脆性大 的缺陷， 与普通混凝土、 高强混凝 土和钢材相比 ， 具有 超高强度 、 高韧性、 高耐久性及良好的抗震和抗冲击性 能等优点。 在对抗腐蚀要求较高的管道运输工程 ， 以及 对抗震性能要求较高的土木建筑工程领域 具有广泛 的应用前景，但活性粉末混凝土作为一种新型混凝土， 它的研究与应用仍处于起步阶段f l I 2 。 活性粉末混凝土由于原材料 的产地不同，其物理 及力学性能略有差异 ， 本文通过研究原材料( 水泥 、 减 水剂和石英砂 ) 的基本力学性能， 为活性粉末混凝土的 推广应用提供理论参考。 1 材料及试件制作 1 1 原材 料 采用P 0 4 2 5 级普通硅酸盐水泥 ； 高浓萘系高效减 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 1 1 - 2 5 基金项 目： 河北省科技支撑计划项 目( 0 7 2 1 5 1 5 9 ) ， 河北 省教 育厅 资助项 目( 2 o o 8 4 6 4； 2 0 0 9 1 2 7 ) ， 河北省建设厅资助项 目( 2 0 0 9 2 2 3 ) 作者简介 ： 郝文秀( 1 9 7 2 一 ) ， 男， 满 ， 河北承德人 ， 副教授 ， 工学博士 ， 主要 研 究方 向为工程抗震 ， 新型材料及其在 工程 中应 用研究 e m a i h h w x - a n s y s 1 2 6c o n 1 水剂 ， 减水率为3 0 左右 ： 细石英砂粒径范围为0 1 2 5 m m， 按粗细程度分为粗砂 、 中砂 、 细砂 ( 粗砂： 中砂： 细 砂= 2 ： 4 ： 1 ) ； 硅灰为灰 白色粉末， 平均粒径 0 3 1 1 x m， S i O 含量大于9 0 ； 钢纤维直径约0 2 2 m m， 表面镀铜 ， 长l 2 1 5 n l m， 抗拉强度不小于2 9 0 0 MP a ， 原材料的配合比4 见表 1 。 表1 原材料配合 比 编号 水泥 硅灰 石英砂 钢纤维， 减水剂 水胶比 A 1 O21 1 8 2 O O03 O 2 3 B 1 021 l _ 8 2 O O O3 0 2 5 C 1 O21 1 8 1 5 O O 3 O 2 3 注 ： 钢纤维为体积 比， 其他均为重量 比。 1 2 试 件制作 衙陛粉末混凝土立方体抗压采用7 0 7， 1 0 0 ， 1 5 0 mm 三种立方体试件 ，劈裂抗拉采用l O O mm 立方体试件， 棱 柱体抗压和弹性模量采用1 0 0 mm l O 0 min x 3 0 0 mm 棱柱 体试件。 将称量好的石英砂 、 水泥 、 硅灰和减水剂依次倒人 6 0 L 卧式普通混凝土搅拌机内， 干拌3 ra in ； 向搅拌机内 加入2 3 的水， 搅拌3 m i n ； 然后在搅拌机搅拌其他原材 料的同时， 逐渐将钢纤维均匀撒入， 待钢纤维全部投入 后， 再搅拌2 m in ； 最后加入剩余1 3 水搅拌3 r n i n ， 搅拌 3 6 建筑技术 第 4 3卷第 1期 完成。 将拌合物装入试模中， 装料的同时采用振动棒插 捣 ， 使之尽量密实； 然后放在振动台上振捣 ， 振动应持 续到表面出浆为止 ， 不得过振 。 试件 自然养护2 4 h 后拆 模 ， 放入9 0 热水养护箱 中养护7 2 h 后进行试验测试 。 2 试验结果及分析 对试件按 普通混凝土力学性能试验方法标准 ( G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 )进行抗压和劈裂抗拉强度测定 ， 力学性能试验结果见表2 。 2 1 破坏形态 图1 为部分试件破坏形态，试件无论是在受压还 是在劈裂抗拉的加载过程中 ，表面均出现清晰裂缝 ， 承载力下降较为缓慢 ， 变形较大 ， 混凝土试件保持裂 而不散。 2 2 立方体抗压强度尺寸效应 由试验结果 ， 1 0 0 m m和7 0 7 mm两种尺寸 立方体 试件的抗压强度比 在0 。8 9 0 0 9 5 9范围内变 化 ， 1 0 0 m m和 1 5 0 m m两种尺寸立方体试 件 的抗压强 度 1 0 0 1 5 。 在1 0 3 1 1 0 9 8 范围内变化 。通过线性回归 分析 ， 可以得出立方体抗压强度的换算关系式 ： = O 9 3 ( 1 ) = 1 O 6 ( 2 ) 一 _重 ( a) ( b) ( c ) 图1 部分混凝土试件破坏形态 ( a ) 立方体抗压破坏 ； ( b ) 劈裂抗拉破坏 ； ( c ) 棱柱体抗压破坏 ( 1 ) 和 ( 2 ) 计算所得结果与试验值吻合较好。 2 3 棱柱体与立方体抗压强度关系 由试验结果可知，棱柱体抗压强度随着立方体抗 压强 度的增加而增加 ，试件 的抗 压强度 。 。 1 0 。 0 王 0 8 1 3 0 8 9 6 范围内变化 。 通过线性回归分析可以得出， 棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的换算关系式 ： 1 0 0 1 0 0 = 0 8 6 ( 3 ) 图3 为棱柱体和立方体抗压强度线性图。由图3 可 知采用公式( 3 ) 计算所得到的结果与试验值吻合较好。 2 4 立方体劈裂抗拉强度与抗压强度关系 由试验结果可知 ， 随着混凝土抗压强度的提高 ， 其 劈拉强度也随之提高，但提高趋势较缓， R P C 2 0 0 劈拉 强度与立方体抗压强度之比在1 9 左右变化 ， 比普通混 凝土的比值略高。 通过回归分析 ， 得出立方体劈裂抗拉 强度与抗压强度的换算关系式 ： 图2 为试验结果的线性图 ，由图2 可知，采用公式 1 。 0 0= 0 3 5 6 1 0 0 ) ( 4 ) 表2 力学性能试验结果 试件 ， 删 ， ， B 编号 MP a MP a ， MP a ， MP a ， MP a ， 1 0 4 MP a A1 1 2 3 4 1 l 3 6 1 0 7 6 9 73 1 2 4 8 0 9 21 1 0 5 6 0 8 5 7 3 9 8 4 A2 1 2 5 4 1 l 1 6 1 0 8 2 9 8 8 1 24 8 0 8 9 0 1 O 3 1 0 8 8 5 4 0 3 6 A3 l 1 9 8 1 1 4 1 l 1 O5 9 7 9 1 1 91 o | 9 5 2 1 0 3 3 0 8 58 4 O 5 4 A4 1 2 5 2 1 l 5 2 1 0 7 6 1 01 3 1 2 9 3 0 9 2 0 1 O 7 1 0 8 79 A5 1 2 5 0 1 1 6 2 1 0 8 6 1 03 8 1 22 9 O 9 3 O 1 0 7 0 0 8 9 3 A6 1 2 0 2 1 1 4 5 1 0 6 1 1 0 2 6 1 2 4 2 0 9 5 3 1 0 7 9 08 9 6 A 平均值 1 2 3 2 1 1 4 2 1 0 8 1 1 o 0 - 3 1 2 4 2 0 9 2 8 1 0 5 7 0 8 7 8 4 0 2 5 B1 1 4 5 0 1 3 1 6 l 2 7 3 1 1 6 6 1 3 8 2 0 ， 9 0 8 1 0 3 4 0 8 8 6 4 1 71 B2 1 4 7 8 1 3 4 3 1 2 72 1 1 7 1 1 3 8 2 O 9 0 9 l | 0 5 6 0 8 7 2 4 2 4 9 B3 1 4 9 6 1 3 7 4 1 2 9 1 l l 8 - 3 1 4 6 8 0 9 1 8 1 0 6 4 0 8 61 4 2 2 5 B 4 1 3 9 3 1 31 4 1 2 3 3 1 1 4 7 1 4 5 2 0 9 43 1 0 6 6 0 8 7 3 B5 1 4 8 2 1 3 8 6 1 2 6 3 1 2 0 1 1 5 1 O 0 9 3 5 1 0 9 8 0 8 6 7 B6 1 4 2 4 1 3 5 3 1 2 6 8 1 1 6 4 1 3 5 O 0 9 5 0 1 0 6 7 08 6 0 B 平均值 1 4 5 4 1 3 4 8 1 2 6 7 l 1 7 2 1 4 2 4 0 9 2 7 1 O 6 4 0 8 6 9 4 2 1 5 C1 1 2 7 0 1 21 4 1 l 3 6 1 0 8 2 1 2 5 7 0 9 56 1 O 6 8 n8 91 4 1 6 3 C 2 1 3 3 4 1 2 5 0 1 1 9 1 1 o 4 6 1 2 8 6 09 3 7 1 0 4 9 0 8 3 7 4 1 O 4 C3 1 2 5 4 1 1 8 - 3 l 1 3 8 1 0 2 1 1 2 2 9 09 43 1 0 4 0 0 8 6 3 3 9 8 6 C4 1 3 3 0 1 2 4 8 1 1 8 4 1 0 7 6 1 2 9 3 0 9 3 8 1 0 5 4 0 8 6 2 C5 1 3 2 0 1 26 6 l l 5_3 1 0 2 9 1 2 9 8 09 5 9 1 0 9 8 0 81 3 C6 1 2 8 2 1 21 0 l 1 O 4 1 o 5 4 1 3 1 2 0 9 4 4 l _O 9 6 0 8 71 C 平均值 1 2 9 8 1 2 2 9 l 1 5 1 l 0 5 1 1 2 7 9 0 9 4 6 1 O 6 8 0 8 5 6 4 O 8 4 2 0 1 2 年 1 月 郝文秀 ， 等： 钢纤维活性粉末混凝土力学性能试验研究 3 7 7 M P 东，船a ( b) 图2 立方体抗压强度尺寸效应关系 ! 7 0 7 1 0 0 1 5 0 ( a 抗压强 度比 ； ( b f 抗压强度比 岫 图3 棱柱体与立方体抗压强度关系 图4 为立方体试件抗压强度与劈拉强度线性图， 由 图4 可知 ， 采用公式( 4 ) 计算所得结果与试验值吻合较好。 2 5 弹性模 由试验结果可知 ， 混凝土抗压强度提高， 其弹性模 量也随之提高 ， 但两者之间不成正比例关系。 参考其他 院校和科研院所给出公式及通过回归分析 ，得 出弹性 模量与棱柱体抗压强度的换算关系式 ： ( 0 2 5 、 十 1 5 2 ) x 1 0 ( 5 ) 由 10 o ： 0 8 6 1 0 0 ，则得弹性模量与立方体抗压强度 的换算关系式为 ： ( 0 2 3 3 、 + 1 5 2 ) x l 0 4 ( 6 ) 图5 为棱柱体弹性模量与抗压强度线性图示， 由图5 可 G MP a 图4 立方体抗压强度与劈拉强度关系 o o P a 图5 弹性模量与棱柱体抗压强度 关系 知， 采用公式( 5 ) 计算所得结果与试验值吻合较好。 3结语 ( 1 )钢纤维活性粉末混凝土试件无论是在受压还 是在劈裂抗拉的加载过程 中，试件表面均出现清晰裂 缝 ， 承载力下降较为缓慢 ， 变形较大 ， 混凝土裂而不散。 ( 2 )活性粉末混凝土立方体抗压强度尺寸效应及 棱柱体与立方体抗压强度比值与高强混凝土相似 ， 劈 裂抗拉与抗压强度比值略高于普通混凝土。 ( 3 )通过线性回归分析，得出立方体抗压强度尺 寸效应、 棱柱体与立方体抗压强度、 立方体劈裂抗拉强 度与抗压强度、弹性模量与棱柱体抗压强度关系的数 学表达式。 计算结果与试验值吻合较好 ， 说明文中所给 的数学表达式是合理 、 正确的。 参考文献 1 R i c h a r d P ，C h e y r e z y MC o m p o s i t i o n o f R e a c t i v e P o w d e r C o n c r e t e R e s e a r c h J C e me n t a n d C o n c mt e Re s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 7 ) ： 1 5 01 1 51 1 2 程 国庆钢纤维混凝土理论及应用 M 北京：中国铁道 出版社， 1 9 9 9 3 白永 兵， 郝文秀 ， 李宏斌 ， 等 钢纤维活性粉 末混凝土配合比试验研 究 J 河北农业大学学报，2 0 0 9 ( 3 ) ： 1 0 9 1 1 2 4 龙广成活性粉末混凝土力学性能的试验研究 J 混凝土， 2 0 0 4， 1 0： 4 4 - 4 5 5 吴炎海， 林震宇 ， 孙士平活性粉末混凝土基本力学性能试验研究 J 山东建筑工程学院学报 ， 2 0 0 4 ， 1 9( 3 ) ： 8 - 1 1