劉勝兵++李維++吳明麗++趙森

摘要：從微觀力學(xué)的角度來看，輕骨料混凝土中輕骨料與水泥之間的接觸界面以及輕骨料本身的強(qiáng)度是削弱混凝土性能的主要因素，而通過纖維的混雜，可以在不同層次、不同階段，在裂縫之間傳遞荷載，橋接微裂縫，以減小裂縫集中應(yīng)力的方式來改善基體混凝土內(nèi)部的薄弱環(huán)節(jié)，從而在宏觀上提高基體的強(qiáng)度、韌性以及耐久性。本文采用正交試驗探討各個影響因數(shù)與劈裂抗拉強(qiáng)度的線性回歸方程以及混雜纖維輕骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度的試驗擬合計算公式。

Abstract： From the perspective of micro mechanics， the contact interface between lightweight aggregate and cement in lightweight aggregate concrete and the strength of lightweight aggregate itself are the main factors to weaken the performance of concrete. And through the hybrid fiber， it can transfer load between cracks， bridging micro cracks at different levels， in different stages， to reduce crack to improve the weak link matrix concrete internal stress concentration， so as to improve the matrix strength， toughness and durability in the macro. In this paper， orthogonal test was used to study the linear regression equation of each influence factor and splitting tensile strength， and the formula of splitting tensile strength of hybrid fiber reinforced lightweight aggregate concrete.

關(guān)鍵詞：輕骨料混凝土；混雜纖維；劈裂抗拉強(qiáng)度

Key words： lightweight aggregate concrete；hybrid fiber；splitting tensile strength

中圖分類號：TU528.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）32-0116-03

0 引言

工程領(lǐng)域困擾輕骨料混凝土運(yùn)用的技術(shù)難題是輕骨料密度小于水泥砂漿的密度，未摻入纖維輕骨料混凝土在振搗過程中易出現(xiàn)骨料上浮現(xiàn)象，導(dǎo)致較多的骨料集中于上層拌合物，而下層拌合物的骨料含量較少，從而產(chǎn)生離析現(xiàn)象。摻入的鋼纖維與聚丙烯纖維可以形成能夠抑制輕骨料上浮的網(wǎng)架，從而提高輕骨料混凝土的連續(xù)性及均質(zhì)性，使輕骨料混凝土的力學(xué)性能得以改善。本文通過試驗研究混雜纖維對輕骨料力學(xué)性能改善的程度。

1 原材料與試驗方法

原材料：

水泥：本試驗采用華新水泥（宜昌）有限公司生產(chǎn)的PO42.5普通硅酸鹽水泥；

細(xì)骨料：普通中砂<5mm，級配合格；

粗骨料：采用宜昌寶珠陶粒開發(fā)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的高強(qiáng)頁巖陶粒，粒徑5-25mm級配合格，高強(qiáng)頁巖陶粒的性能指標(biāo)如表1所示。

聚丙烯纖維由上海臣啟化工科技有限公司生產(chǎn)，其性能指標(biāo)如表2所示。

鋼纖維由河北纖維橡膠制品有限公司生產(chǎn)，其物理力學(xué)性能指標(biāo)如表3所示。

拌合水：普通自來水。

2 試驗配合比及方法

2.1 實驗配合比

參照目前實際工程中對高強(qiáng)混凝土的需求越來越多，所以本試驗所設(shè)計的輕骨料混凝土強(qiáng)度等級為LC30。輕骨料混凝土配合比按照《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》（JGJ51-2002）中的松散體積法進(jìn)行初步設(shè)計，并以計算所得配合比為基準(zhǔn)配合比進(jìn)行多次試配調(diào)整，最終確定實際采用的配合比如表4所示。

2.2 實驗方法

劈拉試驗在液壓壓力試驗機(jī)上進(jìn)行。試驗時，從養(yǎng)護(hù)地點取出試件，將其安放在試驗機(jī)下壓板的中心，試件的承壓面與成型時的頂面垂直。開動試驗機(jī)，當(dāng)上壓板與試件接近時調(diào)整球座，使接觸均衡。然后以每秒0.5MPa的速度連續(xù)而均勻地加荷，直至試件在中部出現(xiàn)裂隙而斷裂破壞，記錄破壞荷載如表5。

3 實驗結(jié)果分析

為了直觀反映纖維摻入對輕骨料混凝土立方體劈裂抗拉強(qiáng)度的改善程度，表1-5中以未摻纖維的輕骨料混凝土立方體劈裂抗拉強(qiáng)度為基準(zhǔn)，計算得出不同纖維摻量輕骨料混凝土的相對強(qiáng)度比值。得到試驗數(shù)據(jù)后通過方差分析對鋼-聚丙烯混雜纖維輕骨料混凝土立方體試塊劈裂抗拉強(qiáng)度試驗中的鋼纖維的外形、鋼纖維的體積率、聚丙烯纖維的體積摻量、聚丙烯纖維的長徑比對試塊劈裂抗拉強(qiáng)度比的影響，試驗結(jié)論如下。

3.1 鋼纖維外形的影響

可以看出鋼纖維與劈裂抗拉強(qiáng)度比的關(guān)系。從表1-5中可知，對于鋼-聚丙烯混雜纖維輕骨料混凝土，摻入波紋型鋼纖維后劈拉強(qiáng)度比平均提高約23%，摻入端鉤型的鋼纖維后平均劈拉強(qiáng)度比提高了約30%。鋼纖維不同體積摻量的強(qiáng)度提高如圖1所示。

3.2 聚丙烯纖維長徑比的影響

圖2給出了聚丙烯纖維長徑比對混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響直方圖。在本文試驗的聚丙烯纖維的長徑比范圍內(nèi)，混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的劈裂抗拉強(qiáng)度比的波動范圍為2%，在試驗誤差范圍內(nèi)。因此，在進(jìn)行混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度設(shè)計時，在常見聚丙烯長徑比范圍內(nèi)可基本不考慮長徑比的影響。

3.3 鋼纖維體積率的影響

鋼纖維體積率對混雜纖維輕骨料混凝土劈拉強(qiáng)度的影響。從表5可以看出，隨著鋼纖維體積率的增大，混雜纖維輕骨料混凝土的劈拉強(qiáng)度近似呈線性關(guān)系增長，當(dāng)鋼纖維體積率從0.5%增大到1.5%時，劈拉強(qiáng)度提高了7%（如圖3所示）。

3.4 聚丙烯纖維體積摻量的影響

聚丙烯纖維體積摻量對混雜纖維輕骨料混凝土劈拉強(qiáng)度的影響試驗結(jié)果表明，輕骨料混凝土中摻入0.9kg/m3的聚丙烯纖維時對劈拉強(qiáng)度的增強(qiáng)效果最好。但隨著聚丙烯纖維體積率的增加，增強(qiáng)效果下降，當(dāng)聚丙烯纖維體積率從0.9kg/m3增大到1.2kg/m3，混雜纖維高性能混凝土劈拉強(qiáng)度平均下降了5%（如圖4所示）。

3.5 鋼纖維體積率與聚丙烯纖維體積摻量交互作用影響

鋼纖維體積率與聚丙烯纖維體積摻量交互作用對立方體劈裂抗拉強(qiáng)度通過表1-5說明不存在顯著影響，影響范圍在6%附近。

4 混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度公式

本節(jié)已分析混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度與鋼纖維的外形、鋼纖維的體積率、聚丙纖維的體積摻量、聚丙烯纖維的長徑比之間如何影響。通過實驗數(shù)據(jù)的分析給出混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的建議公式，如下公式所示：

ft，s-混雜纖維輕骨料混凝土立方體劈裂抗拉強(qiáng)度；ft，k-輕骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度；ρs-鋼纖維的體積率；ρf-鋼纖維外形特征值；ρl-聚丙烯纖維的體積摻量

5 結(jié)論

實驗結(jié)果表明影響鋼-聚丙烯混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉性能的各個因素中，鋼纖維的外形最為顯著可以達(dá)到30%，鋼纖維的體積率及聚丙烯纖維的體積摻量的影響比較有限在7%左右，聚丙烯纖維的長徑比及交互作用的影響在試驗誤差之內(nèi)可認(rèn)為沒有影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱莎莉.陶?；炷罷形截面短肢剪力墻正截面承載力研究[D].廣西大學(xué)，2007.

[2]劉蕊，劉京會，李新華，張海.勁性輕骨料鋼筋混凝土梁柱節(jié)點抗剪承載力試驗研究[J].河北建筑工程學(xué)院院報，2008，26（1）：7-9.

[3]劉殿中，聞玉輝，付德成，楊長有，趙慶明.集中荷載作用下鋼一輕骨料混凝土簡支組合梁變形試驗研究[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報，2008.

[4]何明勝，劉新義.方形薄壁鋼管輕骨料混凝土短柱軸壓性能的試驗研究[J].四川建筑，2008（2）：18-21.

[5]程領(lǐng).LC50輕骨料混凝土配合比設(shè)計及性能研究[D].長沙.長沙理工大學(xué)，2013：5.

[6]張云國，吳智敏.自密實輕骨料混凝土性能研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2009：9.

[7]R.N.Swamy and A.H.Jojagha. Impact resistance high-performance concrete： A study on the mechanical properties and resistance against impact [J]. Mater and structures，2001，34（237）：144-149.