摘要：通過在混凝土中摻入不同的鋼纖維試驗摻量，研究鋼纖維對混凝土抗壓、劈拉、抗折強度的變化規(guī)律。結果表明，鋼纖維對道路混凝土強度的增強效果，對劈拉強度影響最大，對抗析強度影響次之，對抗壓強度影響最小。
關鍵詞：鋼纖維 劈拉強度 抗折強度 抗壓強度
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合材料，具有優(yōu)異的物理、力學性能[1]，它克服了混凝土抗拉強度低、極限延伸率小、性脆等缺點，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、水工等工程領域得到應用Ⅲ。本文通過在混凝土中摻入不同的鋼纖維量試驗。研究鋼纖維混凝土的強度變化規(guī)律，以探索鋼纖維的合適摻量。
為滿足鋼纖維的增強效果與施工性能，通常采用鋼纖維長度為15～60mm。直徑或等效直徑為0.3～1．2mm，長徑比為30~100。
國內(nèi)外對鋼纖維的作用機理做了大量的研究[41．一般認為，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)部微裂縫的擴展和阻滯宏觀裂縫的發(fā)生和發(fā)展，提高基體的抗裂強度和抗沖擊性，改善混凝土的韌性及混凝土結構的延性。美國R0mualdi提出的“纖維間距機理”根據(jù)線彈性斷裂學來說明纖維對于裂縫發(fā)生和發(fā)展的約素作用：英國Swamy、Mangat等人提出的“復合材料機理”將纖維看作混凝土基體的增強體系，并用混和原理來推定纖維混凝土的抗裂強度。在受荷(拉、彎)初期，水泥基料與纖維共同承受外力，當混凝土開裂后，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)越的物理和力學性能。其中，鋼纖維的長徑比、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
1．1試驗材料
水泥采用強度等級為425的普通硅酸鹽水泥，技術性能滿足國家標準的相關要求；粗集料采用級配良好的碎石，表觀密度2．991g／cm ，堆積密度1．53g／cm ， 顆粒級配為5—10ram、10—20mm連續(xù)級配；細集料為普通河砂，最大粒徑5mm，連續(xù)級配．細度模數(shù)2．83；鋼纖維：一種是普通鋼纖維，另一種為短細鋼纖維．兩種鋼纖維均為江西贛州利發(fā)金屬材料公司生產(chǎn)。試驗用無引氣功能的萘系高效減水劑，減水率為15％～18％。
1.2試驗方案
參照《鋼纖維混凝土試驗方法》(CECS 13：89)t~進行，試驗包括抗壓強度、劈拉強度和抗折強度試驗三部分?？箟簭姸群涂拐蹚姸炔捎?00t靜載試驗機．抗折強度采用50t靜載試驗機和標準的三等分點加載。試驗按照普通道路混凝土配合比設計方法設計彎拉強度標準值為5．0MPa的基準混凝土。并以0.4l和0.42兩個水灰比來調(diào)整基準混凝土配合比。然后選擇較優(yōu)配合比作為基準配合比。最終確定的基準混凝土配合比見表1。
在基準配合比的基礎上，分別以鋼纖維體積率為0.6％ 、0.7％、0.8％ 、0.9％ 、1．0％、1．1％ 、1．2％進行鋼纖維混凝土試驗，普通鋼纖維和微細鋼纖維按1：1組合， 以充分發(fā)揮混雜效應，提高鋼纖維混凝土的強度和韌性，綜合考察鋼纖維混凝土強度變化規(guī)律。鋼纖維混凝土配合比見表2。
抗壓強度試驗采用100mmx100mmx100mm 的試件，測定其無約束受力狀態(tài)下的抗壓強度。劈拉強度試驗采用l00mmxl00mmx100mm的試件。加荷速度為0.05—0.08MPa／s。按式1計算劈拉強度。
2試驗結果和分析
從圖1可以看出，在鋼纖維摻量為0.6％～1．2％時，其抗壓強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度增幅為6．6％。其中在摻量為0.8％時出現(xiàn)一個明顯的峰值，其增幅為25．8％，從整體趨勢看，鋼纖維摻量小于0.8％時，強度隨摻量增加而增大：鋼纖維摻量大于0 8％時．強度隨摻量增加而減小。并且鋼纖維摻量為0.8％時．其強度在各個齡期內(nèi)都最高。在本次試驗范圍內(nèi)，鋼纖維最佳摻量為0 8％ ．大于或小于最佳摻量時增強效果不明顯。由圖1(b)可知，多組試件3d強度增強作用不明顯，摻量為0 8時有明顯增強作用。
試驗結果表明，摻人鋼纖維后，混凝土的抗壓強度有較大增長 其中，混雜鋼纖維混凝土的劈裂抗拉強度增長尤其明顯．基本上都較基體混凝土劈拉強度增長了1倍以上，較單一鋼纖維混凝土有更好的增強效果。從圖2可以看出，鋼纖維混凝土28d劈拉強度隨著鋼纖維體積摻量的增加而增大，并且都高于基準混凝土，其中體積率為1．2％時達到最高增幅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％ ，而對抗壓強度的平均增幅只有6．6％ ，說明鋼纖維對混凝土劈拉強度的增強效果要比對抗壓強度的增強效果顯著。如圖2fb1所示，從3d強度看，其增強作用不明顯，其中有四組強度明顯低于基準強度，有一組強度基本與基準強度持平，只有兩組強度較基準有明顯增強。說明鋼纖維的加入并不能有效提高混凝土早期劈拉強度
鋼纖維體積摻量為0.6％～1．2％時抗折強度較基準混凝土增長了7．1％～19 8％ ，其中，摻量為0.9％對應的抗折強度較基準強度增幅最大．達到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，抗折強度隨摻量增加而提高，隨后卻有降低趨勢，其中最高摻量1．2％對應最低增幅7．1％。在試驗條件下，鋼纖維的最佳摻量為0 9％?？拐蹚姸鹊钠骄鲩L幅度要比抗壓強度的平均增幅大又比劈拉強度的增幅小。體積率對抗折強度的影響跟抗壓強度的相似，鋼纖維摻量在0.6％～1．2％之間存在一個最佳摻量，超過這個最佳摻量，強度隨著體積率的增加而減小。
3結論
單摻鋼纖維對混凝土強度有增強作用。摻量為0I8％時，可使抗壓強度達到最佳效果，較基準強度提高了25．8％ ；摻量為0.9％時，使抗折強度達到最高，較基準強度增長了19．8％：摻量為1．2％時對劈拉強度達到最佳增強效果，較基準強度提高了27％。鋼纖維的增強效果，對劈拉強度的影響最大，對抗折強度的影響次之，對抗壓強度的影響最小。
參考文獻
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