宋麗莎，孫 麗，曹晨杰，邢 通，趙順波

(華北水利水電學(xué)院土木與交通學(xué)院，河南鄭州450045)

鋼纖維混凝土與普通混凝土相比，無論是原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)，還是生產(chǎn)與施工中的各個(gè)環(huán)節(jié)，都有其自身的特點(diǎn)與要求.以現(xiàn)有配合比設(shè)計(jì)方法配制的鋼纖維混凝土，雖然強(qiáng)度隨鋼纖維體積分?jǐn)?shù)的增大而逐漸提高，但拌合物的坍落度顯著減?。?－4］，常不能滿足實(shí)際工程澆筑要求.因此，筆者以鋼纖維混凝土配合比二元疊加法澆筑鋼纖維混凝土試件［5－6］，并進(jìn)行坍落度測(cè)試，觀察混凝土拌合物的流動(dòng)性、黏聚性、保水性，研究鋼纖維體積分?jǐn)?shù)、纖維裹漿厚度對(duì)混凝土拌合物坍落度的影響規(guī)律.

1 試驗(yàn)概況

1.1 原材料

采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5和52.5的普通硅酸鹽水泥;5～10 mm和10～20 mm兩種級(jí)配的碎石按比例3.5∶6.5混合成5～20 mm 連續(xù)級(jí)配碎石;天然河砂，細(xì)度模數(shù)為3.3;聚羧酸系高性能減水劑，減水率為25% ～45%;鋼板剪切型鋼纖維;混凝土拌合物用水為自來水.原材料性能參數(shù)見表1—3，試驗(yàn)參數(shù)變化組合情況見表4.表4中編號(hào)A0—A4表示纖維裹漿厚度為1.0 mm時(shí)，纖維體積分?jǐn)?shù)ρf分別為 0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0% 的混凝土拌合物;A5—A6表示纖維體積分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，纖維裹漿厚度tcp分別為0.8，1.2 mm的混凝土拌合物;B0—B6，C0—C6編號(hào)依據(jù)同 A0—A6;A0—A6與B0—B6的水泥強(qiáng)度等級(jí)為P·O 42.5，C0—C6的水泥強(qiáng)度等級(jí)為 P·O 52.5.

表1 鋼纖維特性參數(shù)

表2 水泥的物理力學(xué)性能

表3 碎石與砂的物理力學(xué)性能

表4 試驗(yàn)參數(shù)變化組合

1.2 試驗(yàn)方法

鋼纖維混凝土二元疊加法是將1 m3鋼纖維混凝土分成水泥鋼纖維漿與基準(zhǔn)混凝土2部分進(jìn)行絕對(duì)體積法配合比設(shè)計(jì)，其中水泥鋼纖維漿為鋼纖維以及纖維外包裹的水泥漿量，基準(zhǔn)混凝土為試配成功的普通混凝土.

該試驗(yàn)以二元疊加法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，攪拌時(shí)采用先干拌后濕拌的工藝.為使鋼纖維在混凝土中分散均勻，采用臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)按粗集料→鋼纖維(干拌1 min)→細(xì)集料→水泥(干拌1 min)→50%減水劑水溶液→50%水(2 min)進(jìn)行操作，邊拌邊加入鋼纖維.

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

基準(zhǔn)混凝土按坍落度為150 mm進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，實(shí)測(cè)坍落度達(dá)到了180～200 mm.圖1為鋼纖維混凝土拌合物在坍落度筒提起后的坍落情況.由圖可見，除了纖維裹漿厚度為1.2 mm的A6拌合物出現(xiàn)輕微離析現(xiàn)象以外，其他鋼纖維混凝土拌合物的黏聚性、保水性均良好.

圖1 鋼纖維混凝土拌合物坍落度情況

圖2為纖維裹漿厚度為1.0 mm時(shí)，不同鋼纖維體積分?jǐn)?shù)下混凝土拌合物的坍落度.由圖2可知，當(dāng)纖維裹漿厚度一定時(shí)，鋼纖維混凝土拌合物的坍落度呈現(xiàn)出隨鋼纖維體積分?jǐn)?shù)增大而降低的變化規(guī)律.說明在鋼纖維體積分?jǐn)?shù)增大后，因鋼纖維根數(shù)的增加使鋼纖維之間形成了較大的“橋架”連接效應(yīng)，拌合物內(nèi)部摩阻力增大，導(dǎo)致鋼纖維對(duì)鋼纖維混凝土拌合物流動(dòng)性的約束作用增強(qiáng)，表現(xiàn)為混凝土拌合物坍落度的降低.采用二元疊加法配置的鋼纖維混凝土，即使纖維體積分?jǐn)?shù)增大到2.0%，坍落度仍能達(dá)到115 mm，可泵送.與基準(zhǔn)混凝土相比，坍落度最大降低幅度為35%.

同時(shí)，當(dāng)纖維體積分?jǐn)?shù)固定時(shí)，鋼纖維混凝土拌合物的坍落度呈現(xiàn)出隨纖維裹漿厚度的增加而提高的變化規(guī)律，如圖3所示.鋼纖維混凝土拌合物中，除必須有足夠的水泥漿填充骨料的空隙外，還必須有一部分水泥漿包裹骨料和鋼纖維的表面形成一定的潤(rùn)滑層，以減少骨料和鋼纖維間的摩阻力，提高流動(dòng)性.該試驗(yàn)由于考慮纖維裹漿作用，水泥漿包裹骨料和鋼纖維的表面形成一定厚度的潤(rùn)滑層，裹漿厚度越大，鋼纖維及骨料外包裹的水泥漿越多，潤(rùn)滑作用越明顯，最終表現(xiàn)為混凝土拌合物坍落度的增加.裹漿厚度由0.8 mm增大到1.2 mm時(shí)，坍落度最大增幅為14%.

圖2 裹漿厚度為1.0 mm時(shí)不同纖維體積分?jǐn)?shù)下的坍落度

圖3 纖維體積分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)不同裹漿厚度下的坍落度

3 結(jié)語

以二元疊加配合比設(shè)計(jì)方法配制的鋼纖維混凝土拌合物的工作性能良好，坍落度呈現(xiàn)隨鋼纖維體積分?jǐn)?shù)增大而降低、隨纖維裹漿厚度的增加而提高的變化規(guī)律.鋼纖維體積分?jǐn)?shù)由 0.0%增大到2.0%，坍落度最大降低幅度為35%.纖維裹漿厚度由0.8 mm增大到1.2 mm時(shí)，坍落度最大提高幅度為14%.鋼纖維混凝土的工作性能良好，滿足流動(dòng)性混凝土的澆筑要求.

［1］大連理工大學(xué).CECS 38∶2004纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2004.

［2］趙順波，杜暉，錢曉軍，等.鋼纖維高強(qiáng)混凝土配合比直接設(shè)計(jì)方法研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2008，41(7):1－6.

［3］高丹盈，湯寄予，朱海堂.鋼纖維高強(qiáng)混凝土的配合比及基本性能研究［J］.鄭州大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版，2004，25(3):46－51.

［4］趙順波，霍洪媛，宋晨曉，等.Binary superposition mix design method for SFRC Part I:principle and evaluation［J］.Advanced Materials Research，2011，168 －170:2186 －2190.

［5］ 霍洪媛，趙順波，宋麗莎，等.Binary superposition mix design method for SFRC Part II:flexural strength and toughness［J］.Advanced Materials Research，2011，168 － 170:2191－2194.

［6］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB/T 50080—2002普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.