摘要：通過(guò)在混凝土中摻入不同的鋼纖維試驗(yàn)摻量，研究鋼纖維對(duì)混凝土抗壓、劈拉、抗折強(qiáng)度的變化規(guī)律。結(jié)果表明，鋼纖維對(duì)道路混凝土強(qiáng)度的增強(qiáng)效果，對(duì)劈拉強(qiáng)度影響最大，對(duì)抗析強(qiáng)度影響次之，對(duì)抗壓強(qiáng)度影響最小。
關(guān)鍵詞：鋼纖維 劈拉強(qiáng)度 抗折強(qiáng)度 抗壓強(qiáng)度
0引言
鋼纖維混凝土(SFRC)是在普通混凝土中摻入適量亂向分布的短鋼纖維而形成的一種多相、多組分水泥基新型復(fù)合材料，具有優(yōu)異的物理、力學(xué)性能[1]，它克服了混凝土抗拉強(qiáng)度低、極限延伸率小、性脆等缺點(diǎn)，SFRC優(yōu)良的抗拉、抗彎、抗剪、阻裂、耐疲勞、高韌性等性能，已在建筑、路橋、水工等工程領(lǐng)域得到應(yīng)用Ⅲ。本文通過(guò)在混凝土中摻入不同的鋼纖維量試驗(yàn)。研究鋼纖維混凝土的強(qiáng)度變化規(guī)律，以探索鋼纖維的合適摻量。
為滿足鋼纖維的增強(qiáng)效果與施工性能，通常采用鋼纖維長(zhǎng)度為15～60mm。直徑或等效直徑為0.3～1．2mm，長(zhǎng)徑比為30~100。
國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼纖維的作用機(jī)理做了大量的研究[41．一般認(rèn)為，鋼纖維混凝土中亂向分布的短纖維主要作用是阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展和阻滯宏觀裂縫的發(fā)生和發(fā)展，提高基體的抗裂強(qiáng)度和抗沖擊性，改善混凝土的韌性及混凝土結(jié)構(gòu)的延性。美國(guó)R0mualdi提出的“纖維間距機(jī)理”根據(jù)線彈性斷裂學(xué)來(lái)說(shuō)明纖維對(duì)于裂縫發(fā)生和發(fā)展的約素作用：英國(guó)Swamy、Mangat等人提出的“復(fù)合材料機(jī)理”將纖維看作混凝土基體的增強(qiáng)體系，并用混和原理來(lái)推定纖維混凝土的抗裂強(qiáng)度。在受荷(拉、彎)初期，水泥基料與纖維共同承受外力，當(dāng)混凝土開裂后，橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。因此鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一系列優(yōu)越的物理和力學(xué)性能。其中，鋼纖維的長(zhǎng)徑比、體積率和幾何形狀是決定鋼纖維混凝土性能的重要參數(shù)。
1試驗(yàn)
1．1試驗(yàn)材料
水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為425的普通硅酸鹽水泥，技術(shù)性能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求；粗集料采用級(jí)配良好的碎石，表觀密度2．991g／cm ，堆積密度1．53g／cm ， 顆粒級(jí)配為5—10ram、10—20mm連續(xù)級(jí)配；細(xì)集料為普通河砂，最大粒徑5mm，連續(xù)級(jí)配．細(xì)度模數(shù)2．83；鋼纖維：一種是普通鋼纖維，另一種為短細(xì)鋼纖維．兩種鋼纖維均為江西贛州利發(fā)金屬材料公司生產(chǎn)。試驗(yàn)用無(wú)引氣功能的萘系高效減水劑，減水率為15％～18％。
1.2試驗(yàn)方案
參照《鋼纖維混凝土試驗(yàn)方法》(CECS 13：89)t~進(jìn)行，試驗(yàn)包括抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)三部分?？箟簭?qiáng)度和抗折強(qiáng)度采用500t靜載試驗(yàn)機(jī)．抗折強(qiáng)度采用50t靜載試驗(yàn)機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)的三等分點(diǎn)加載。試驗(yàn)按照普通道路混凝土配合比設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為5．0MPa的基準(zhǔn)混凝土。并以0.4l和0.42兩個(gè)水灰比來(lái)調(diào)整基準(zhǔn)混凝土配合比。然后選擇較優(yōu)配合比作為基準(zhǔn)配合比。最終確定的基準(zhǔn)混凝土配合比見(jiàn)表1。
在基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上，分別以鋼纖維體積率為0.6％ 、0.7％、0.8％ 、0.9％ 、1．0％、1．1％ 、1．2％進(jìn)行鋼纖維混凝土試驗(yàn)，普通鋼纖維和微細(xì)鋼纖維按1：1組合， 以充分發(fā)揮混雜效應(yīng)，提高鋼纖維混凝土的強(qiáng)度和韌性，綜合考察鋼纖維混凝土強(qiáng)度變化規(guī)律。鋼纖維混凝土配合比見(jiàn)表2。
抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用100mmx100mmx100mm 的試件，測(cè)定其無(wú)約束受力狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度。劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)采用l00mmxl00mmx100mm的試件。加荷速度為0.05—0.08MPa／s。按式1計(jì)算劈拉強(qiáng)度。
2試驗(yàn)結(jié)果和分析
從圖1可以看出，在鋼纖維摻量為0.6％～1．2％時(shí)，其抗壓強(qiáng)度隨鋼纖維摻量增加呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性變化，7組試件的平均抗壓強(qiáng)度增幅為6．6％。其中在摻量為0.8％時(shí)出現(xiàn)一個(gè)明顯的峰值，其增幅為25．8％，從整體趨勢(shì)看，鋼纖維摻量小于0.8％時(shí)，強(qiáng)度隨摻量增加而增大：鋼纖維摻量大于0 8％時(shí)．強(qiáng)度隨摻量增加而減小。并且鋼纖維摻量為0.8％時(shí)．其強(qiáng)度在各個(gè)齡期內(nèi)都最高。在本次試驗(yàn)范圍內(nèi)，鋼纖維最佳摻量為0 8％ ．大于或小于最佳摻量時(shí)增強(qiáng)效果不明顯。由圖1(b)可知，多組試件3d強(qiáng)度增強(qiáng)作用不明顯，摻量為0 8時(shí)有明顯增強(qiáng)作用。
試驗(yàn)結(jié)果表明，摻人鋼纖維后，混凝土的抗壓強(qiáng)度有較大增長(zhǎng) 其中，混雜鋼纖維混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度增長(zhǎng)尤其明顯．基本上都較基體混凝土劈拉強(qiáng)度增長(zhǎng)了1倍以上，較單一鋼纖維混凝土有更好的增強(qiáng)效果。從圖2可以看出，鋼纖維混凝土28d劈拉強(qiáng)度隨著鋼纖維體積摻量的增加而增大，并且都高于基準(zhǔn)混凝土，其中體積率為1．2％時(shí)達(dá)到最高增幅27％ ，0.6％體積率的增幅最小，為10.1％。七組試件的平均增幅為17．5％ ，而對(duì)抗壓強(qiáng)度的平均增幅只有6．6％ ，說(shuō)明鋼纖維對(duì)混凝土劈拉強(qiáng)度的增強(qiáng)效果要比對(duì)抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)效果顯著。如圖2fb1所示，從3d強(qiáng)度看，其增強(qiáng)作用不明顯，其中有四組強(qiáng)度明顯低于基準(zhǔn)強(qiáng)度，有一組強(qiáng)度基本與基準(zhǔn)強(qiáng)度持平，只有兩組強(qiáng)度較基準(zhǔn)有明顯增強(qiáng)。說(shuō)明鋼纖維的加入并不能有效提高混凝土早期劈拉強(qiáng)度
鋼纖維體積摻量為0.6％～1．2％時(shí)抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土增長(zhǎng)了7．1％～19 8％ ，其中，摻量為0.9％對(duì)應(yīng)的抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)強(qiáng)度增幅最大．達(dá)到19．8％，所有試件的平均增幅為10 7％ 。鋼纖維摻量在0.6％一0.9％范圍時(shí)，抗折強(qiáng)度隨摻量增加而提高，隨后卻有降低趨勢(shì)，其中最高摻量1．2％對(duì)應(yīng)最低增幅7．1％。在試驗(yàn)條件下，鋼纖維的最佳摻量為0 9％。抗折強(qiáng)度的平均增長(zhǎng)幅度要比抗壓強(qiáng)度的平均增幅大又比劈拉強(qiáng)度的增幅小。體積率對(duì)抗折強(qiáng)度的影響跟抗壓強(qiáng)度的相似，鋼纖維摻量在0.6％～1．2％之間存在一個(gè)最佳摻量，超過(guò)這個(gè)最佳摻量，強(qiáng)度隨著體積率的增加而減小。
3結(jié)論
單摻鋼纖維對(duì)混凝土強(qiáng)度有增強(qiáng)作用。摻量為0I8％時(shí)，可使抗壓強(qiáng)度達(dá)到最佳效果，較基準(zhǔn)強(qiáng)度提高了25．8％ ；摻量為0.9％時(shí)，使抗折強(qiáng)度達(dá)到最高，較基準(zhǔn)強(qiáng)度增長(zhǎng)了19．8％：摻量為1．2％時(shí)對(duì)劈拉強(qiáng)度達(dá)到最佳增強(qiáng)效果，較基準(zhǔn)強(qiáng)度提高了27％。鋼纖維的增強(qiáng)效果，對(duì)劈拉強(qiáng)度的影響最大，對(duì)抗折強(qiáng)度的影響次之，對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響最小。
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