葉艷霞, 王宗彬, 彭瓊武, 張志銀, 劉繼磊

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 建筑工程學(xué)院, 陜西 西安 710061; 2.西安基準(zhǔn)方中建筑設(shè)計(jì)有限公司, 陜西 西安 710061)

高強(qiáng)輕骨料混凝土(high-strength lightweight aggregate concrete,HLAC)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、無(wú)堿骨料反應(yīng)和抗震性好等優(yōu)點(diǎn),是高層建筑、大跨結(jié)構(gòu)、高抗震區(qū)和軟土地基地區(qū)的一種重要建筑材料,在工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[1].但輕骨料混凝土(lightweight aggregate concrete,LWAC)的抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均較低,尤其是隨著強(qiáng)度的提高，其脆性更加明顯[2],因此LWAC的增強(qiáng)增韌研究成為近年的研究熱點(diǎn).

一些學(xué)者利用鋼纖維來(lái)改善HLAC的各項(xiàng)性能.研究表明,鋼纖維對(duì)HLAC的失效模式、強(qiáng)度、韌性、延性和抗沖擊性具有明顯改善作用[3-7].目前大多數(shù)研究采用粗鋼纖維對(duì)HLAC進(jìn)行改性,然而普通粗鋼纖維在高體積分?jǐn)?shù)下會(huì)交叉結(jié)團(tuán),缺乏足夠的漿體包裹,對(duì)混凝土強(qiáng)度影響較小甚至造成強(qiáng)度降低[8].鍍銅微細(xì)鋼纖維是一種高強(qiáng)、高彈性模量的親水性材料,容易與混凝土漿體緊密結(jié)合,形成較高的黏結(jié)強(qiáng)度,目前主要用于改善微硅粉高強(qiáng)混凝土的脆性[9].石飛等[9]研究表明,在大體積分?jǐn)?shù)情況下,微細(xì)鋼纖維對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度增強(qiáng)效果較普通鋼纖維更加顯著.Ma等[10]研究表明,體積分?jǐn)?shù)為2.0%的13mm微細(xì)鋼纖維可使3種混凝土的抗壓強(qiáng)度提高19%～42%,抗彎強(qiáng)度提高 78%～108%,骨料類(lèi)型對(duì)微細(xì)鋼纖維的增強(qiáng)效應(yīng)影響較大.Iqbal等[11]研究表明,體積分?jǐn)?shù)為1.25%的微細(xì)鋼纖維使全輕質(zhì)浮石混凝土的抗壓強(qiáng)度降低12%,但其劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別提高37%和110%,基體性質(zhì)對(duì)微細(xì)鋼纖維的作用存在一定影響.

本文采用高強(qiáng)頁(yè)巖陶粒、微細(xì)鋼纖維和礦物摻和料制備高強(qiáng)高韌性微細(xì)鋼纖維高強(qiáng)輕骨料混凝土(micro steel fiber high-strength lightweight aggregate concrete,MSFHLAC)試件,分析微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)(φf(shuō))、砂率(質(zhì)量分?jǐn)?shù),文中涉及的砂率、水灰比等除特別注明外均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)或質(zhì)量比)和水灰比對(duì)MSFHLAC試件抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和韌性指標(biāo)的影響規(guī)律,以期為MSFHLAC在工程中的應(yīng)用和試驗(yàn)研究提供參考.

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥選用秦嶺牌P·O 42.5普通硅酸鹽水泥,表觀密度為3100kg/m3,其3、28d抗壓強(qiáng)度分別為20.6、48.4MPa,安定性合格;粗骨料采用湖北宜昌光大陶粒制品有限責(zé)任公司產(chǎn)800級(jí)碎石型頁(yè)巖陶粒,粒徑5～16mm,筒壓強(qiáng)度為6.2MPa,堆積密度為750kg/m3,表觀密度為1360kg/m3;細(xì)骨料采用普通河砂,細(xì)度模數(shù)為2.6,表觀密度為2650kg/m3,級(jí)配良好;粉煤灰和硅粉采用實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)用Ⅰ級(jí)粉煤灰和微硅灰,其表觀密度分別為2600、2200kg/m3;微細(xì)鋼纖維采用江西贛州大業(yè)金屬纖維有限公司產(chǎn)φ0.2×13mm鍍銅微細(xì)鋼纖維;減水劑采用陜西精誠(chéng)減水劑工程公司產(chǎn)聚羧酸高效減水劑,減水率25%～27%.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

參照J(rèn)CJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》,采用絕對(duì)體積法進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì),其中水泥量為440kg/m3,粉煤灰和硅粉摻量為膠凝材料質(zhì)量的15%和5%,砂率為0.36、0.39和0.42,水灰比為0.24、0.27和0.30,微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)為0.5%、1.0%、1.5%和2.0%.為保證MSFHLAC的工作性,減水劑摻量基本為膠凝材料的0.8%,部分做了調(diào)整.試件配合比如表1所示.其中編號(hào)P為未摻加微細(xì)鋼纖維的HLAC試件;其余編號(hào)均為MSFHLAC試件,其中的數(shù)字依次代表微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)、砂率和水灰比.

表1 試件配合比

拌和物參照J(rèn)GJ 51—2002和CECS 13:2009《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》,采用60L強(qiáng)制攪拌機(jī),先將晾干的河砂和膠凝材料干拌2min;然后加入摻有減水劑的水?dāng)嚢?min,制成砂漿;接著加入潤(rùn)濕24h的陶粒繼續(xù)攪拌1min;最后在攪拌機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下均勻加入微細(xì)鋼纖維攪拌4min后出料.拌和物一次入模,用鐵棒敲擊模具側(cè)壁約30次并在地上輕輕振動(dòng),用抹刀將拌和物上表面抹平;成型24h后拆模并灑水養(yǎng)護(hù)28d(西安室外6月份氣候),之后進(jìn)行靜力學(xué)試驗(yàn).

1.3 試驗(yàn)方法

參照CECS 13:2009進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn).其中抗壓和劈裂抗拉試件尺寸為100mm×100mm×100mm;抗折和抗剪試件尺寸為100mm×100mm×400mm,每組3個(gè)試件.抗壓、劈裂抗拉和抗折試驗(yàn)的尺寸換算系數(shù)分別取為0.90、0.80和0.82.試驗(yàn)在長(zhǎng)春機(jī)械院產(chǎn)1000kN萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,荷載數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件TestExpert.NET進(jìn)行采集,小梁跨度中間位置的縱向位移采用DH3820準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)變采集系統(tǒng)及其配套的位移傳感器進(jìn)行采集,位移控制加載,加載速率為0.1mm/min.

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

表2為HLAC和MSFHLAC試件的試驗(yàn)結(jié)果.表中ρd代表試件的干表觀密度,fcu(ffcu)、ft,s(fft,s)、fcr(ffcr)、ftm(fftm)和fv(ffv)分別代表HLAC(MSFHLAC)試件的立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、初裂抗折強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度.

表2 HLAC和MSFHLAC試件的試驗(yàn)結(jié)果

2.1 工作性能

由表2可知：(1)由于摻入了一定的礦物摻和料,各試件的流動(dòng)性較好,其坍落度和擴(kuò)展度隨微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)(φf(shuō))的增加而降低,微鋼纖維所形成的交叉網(wǎng)絡(luò)增大了拌和物的摩阻力,拌和物的流動(dòng)性呈指數(shù)下降.(2)當(dāng)φf(shuō)=0.5%時(shí),微細(xì)鋼纖維對(duì)拌和物的流動(dòng)性影響較小;當(dāng)φf(shuō)=1.0%時(shí),漿體的潤(rùn)滑作用隨著砂率和水灰比的減小而減弱,鋼纖維與粗骨料間的纏繞堆積作用加強(qiáng),拌和物的流動(dòng)性也有所降低,但降幅不大;當(dāng)φf(shuō)≥1.5%時(shí),拌和物流動(dòng)性迅速變差，尤其當(dāng)φf(shuō)=2.0%時(shí),其擴(kuò)展度只有190mm,基本喪失了流動(dòng)性,試件成型困難.

2.2 立方體抗壓強(qiáng)度

圖1為試件的立方體抗壓破壞模式.由圖1可見(jiàn)：受“環(huán)箍效應(yīng)”影響,HLAC試件呈現(xiàn)倒錐體破壞;MSFHLAC試件呈現(xiàn)外鼓狀,混凝土表皮翹起,但基本未剝落.由此可知,微細(xì)鋼纖維對(duì)MSFHLAC形成了較強(qiáng)的環(huán)形約束力,使其抗壓強(qiáng)度提高顯著,抗壓韌性明顯增強(qiáng).

表2表明,隨著微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)(φf(shuō))的增加,試件的立方體抗壓強(qiáng)度逐漸增大,在試件砂率為0.42,水灰比為0.30的情況下,當(dāng)φf(shuō)由0.5%、1.0%、1.5%增至2.0%時(shí),試件的立方體抗壓強(qiáng)度與HLAC對(duì)照組(試件P)相比，分別提高11.3%、27.3%、32.8%和40.8%.這與文獻(xiàn)[10]中摻加2.0%的微細(xì)鋼纖維使HLAC抗壓強(qiáng)度提高42%的結(jié)論基本一致.

借鑒“比強(qiáng)度”概念,定義輕骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與干表觀密度的比值為材料“抗壓比強(qiáng)度”,用于考察微細(xì)鋼纖維對(duì)HLAC的增強(qiáng)效果.由表2可知：MSFHLAC試件的抗壓強(qiáng)度和抗壓比強(qiáng)度均隨φf(shuō)的增加而增大,且當(dāng)φf(shuō)<1.0%時(shí)抗壓增強(qiáng)效應(yīng)較為理想;MSFHLAC試件(MF1.0-0.42-0.27)的抗壓比強(qiáng)度達(dá)0.036N·m/g,大于HLAC試件的抗壓比強(qiáng)度(0.028N·m/g).相關(guān)研究[4-5]表明,摻入體積分?jǐn)?shù)2.0%的大尺寸鋼纖維可使HLAC抗壓強(qiáng)度提高20%左右.相比普通鋼纖維,微細(xì)鋼纖維可以更加均勻、密集地分布于HLAC基體中,鋼纖維與基體形成較強(qiáng)黏結(jié)力,對(duì)HLAC抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)效應(yīng)更顯著.

圖1 立方體抗壓破壞模式Fig.1 Cube compressive failure mechanisms

由表2還可知：當(dāng)砂率從0.42降為0.36時(shí),MSFHLAC試件立方體抗壓強(qiáng)度降低4.65%,而抗壓比強(qiáng)度降低2.62%,降幅不大;水灰比對(duì)MSFHLAC 立方體抗壓強(qiáng)度影響稍大,水灰比為0.27試件的立方體抗壓強(qiáng)度比水灰比為0.30的試件提高5.39%,其抗壓強(qiáng)度可達(dá)70.5MPa,而當(dāng)試件水灰比為0.24時(shí),其抗壓強(qiáng)度反而降低,這主要因?yàn)樗冶冗^(guò)小,膠凝材料水化反應(yīng)不充分所致.

經(jīng)回歸分析,得到MSFHLAC試件立方體抗壓強(qiáng)度(ffcu)與HLAC立方體抗壓強(qiáng)度(fcu)、微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)(φf(shuō))之間的關(guān)系表達(dá)式：

ffcu=fcu(1+0.218φf(shuō))

(1)

式(1)相關(guān)系數(shù)R=0.9869.

2.3 劈裂抗拉強(qiáng)度

表2表明：隨著微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)(φf(shuō))的增加,試件的劈裂抗拉強(qiáng)度增強(qiáng)非常明顯,在試件砂率為0.42,水灰比為0.30的情況下,當(dāng)φf(shuō)由0.5%、1.0%、1.5%增加到2.0%時(shí),試件的劈裂抗拉強(qiáng)度與HLAC對(duì)照組(試件P)相比分別提高55.9%、102.5%、123.4%和155.0%;微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)較低(φf(shuō)=0.5%、1.0%)時(shí),抗拉增強(qiáng)效果更優(yōu).與體積分?jǐn)?shù)2.0%的普通鋼纖維使HLAC劈裂抗拉強(qiáng)度提高92.5%[4]相比,本文采用微鋼纖維對(duì)HLAC劈裂抗拉強(qiáng)度的增強(qiáng)效果更優(yōu),說(shuō)明MSFHLAC試件劈裂面的鋼纖維分布更多,可建立更均勻的應(yīng)力場(chǎng),抗拉增強(qiáng)效果更加明顯.

試件在破壞過(guò)程中,會(huì)聽(tīng)到纖維被拔出的“滋滋”聲.當(dāng)φf(shuō)由0%增到2.0%時(shí),試件的拉壓比由1/16.4增長(zhǎng)到1/9.0,纖維對(duì)HLAC的抗拉韌性改善明顯.試件的劈裂抗拉強(qiáng)度主要受纖維體積分?jǐn)?shù)的影響,改變砂率(0.36～0.42)和水灰比(0.24～0.30),試件劈裂抗拉強(qiáng)度雖均有不同程度的降低,但最多降低9.7%,相比纖維體積分?jǐn)?shù),水灰比對(duì)MSFHLAC試件的劈裂抗拉強(qiáng)度影響較小.

經(jīng)回歸分析,得到MSFHLAC劈裂抗拉強(qiáng)度(fft,s)與HLAC劈裂抗拉強(qiáng)度(ft,s)、微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)(φf(shuō))之間的關(guān)系表達(dá)式：

fft,s=ft,s(1+0.834φf(shuō))

(2)

式(2)相關(guān)系數(shù)R=0.9832.

JGJ 51—2002中陶?；炷量估瓘?qiáng)度f(wàn)t與抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu滿(mǎn)足ft=0.26fcu2/3.根據(jù)ft=1.18ft,s可知,HLAC試件的ft/fcu2/3=0.267,與規(guī)程較為接近.采用同樣方式建立MSFHLAC試件的抗拉強(qiáng)度f(wàn)ft與立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)fcu間的關(guān)系,如圖2所示.

圖2 MSFHLAC試件的fft與ffcu關(guān)系Fig.2 Relationship between fft and ffcu of MSFHLAC specimens

由圖2擬合得到MSFHLAC試件的fft與ffcu關(guān)系表達(dá)式：

(3)

由圖2可見(jiàn),MSFHLAC試件的拉壓強(qiáng)度關(guān)系理論值與試驗(yàn)值吻合度較高,式(3)可以較好地反映微細(xì)鋼纖維高強(qiáng)輕骨料混凝土拉壓強(qiáng)度變化規(guī)律.

2.4 初裂抗折強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度

初裂抗折強(qiáng)度可反映材料抵御初期裂縫荷載的能力.阻裂系數(shù)(ftm/fcr或fftm/ffcr)表示試件初裂后阻止裂紋開(kāi)展的能力[12].各試件的阻裂系數(shù)見(jiàn)表2.

由表2可知,隨著微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)(φf(shuō))的提高,MSFHLAC的初裂抗折強(qiáng)度和極限抗折強(qiáng)度均隨纖維體積分?jǐn)?shù)呈線(xiàn)性增長(zhǎng),說(shuō)明微細(xì)鋼纖維對(duì)HLAC具有較好的阻裂效應(yīng),阻裂系數(shù)變化范圍為1.12～1.19.調(diào)整砂率(0.36～0.42)和水灰比(0.24～0.30),試件抗折強(qiáng)度可降低10.0%左右,而阻裂系數(shù)僅下降4%左右.砂率和水灰比對(duì)纖維抵御初始開(kāi)裂的能力影響較大,對(duì)開(kāi)裂后的阻裂效應(yīng)影響較小.對(duì)比文獻(xiàn)[4]中采用普通鋼纖維的SFHLAC阻裂系數(shù)變化范圍1.18～1.41,可知微鋼纖維對(duì)HLAC開(kāi)裂后的阻裂效應(yīng)低于大尺寸異型鋼纖維.微細(xì)鋼纖維對(duì)裂縫源的控制較強(qiáng),試件抵御開(kāi)裂的能力較好,而試件一旦開(kāi)裂,微細(xì)鋼纖維較光滑短,纖維被拔出,試件的抗折強(qiáng)度在開(kāi)裂后提高有限.

經(jīng)回歸分析,得到MSFHLAC試件初裂抗折強(qiáng)度(ffcr)、抗折強(qiáng)度(fftm)與HLAC試件劈裂抗拉強(qiáng)度(ft,s)和微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)(φf(shuō))之間的關(guān)系表達(dá)式：

ffcr=ft,s(1+0.167φf(shuō))

(4)

fftm=ft,s(1+0.310φf(shuō))

(5)

式(4)、(5)的相關(guān)系數(shù)R分別為0.9772和0.9995.

MSFHLAC試件的抗折強(qiáng)度f(wàn)ftm與劈裂抗拉強(qiáng)度f(wàn)ft,s、抗壓強(qiáng)度f(wàn)fcu的關(guān)系式為：

fftm=1.94fft,s2/3

(6)

fftm=0.10ffcu

(7)

式(6)、(7)的相關(guān)系數(shù)R分別為0.9983和0.9960.

由式(7)可見(jiàn),MSFHLAC試件的折壓比(抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比)為0.10,與文獻(xiàn)[13]中陶?；炷恋恼蹓罕?.12非常接近.由此可知,微細(xì)鋼纖維對(duì)HLAC立方體抗壓強(qiáng)度的影響略微低于對(duì)抗折強(qiáng)度的影響.

圖3為MSFHLAC試件的fftm與ffcu、fft,s的關(guān)系.由圖3可見(jiàn),擬合得到的理論值與試驗(yàn)值較為吻合.

圖3 fftm、ffcu和fft,s的關(guān)系Fig.3 Relationship between fftm,ffcuand fft,s

2.5 抗剪強(qiáng)度

表2表明,HLAC試件的剪壓比(fv/fcu)為1/11.3,而低強(qiáng)度輕骨料混凝土的剪壓比為1/7.03[14],說(shuō)明HLAC具有明顯的剪脆性,因此改善HLAC的剪脆性尤為重要;當(dāng)φf(shuō)=0.5%～2.0%時(shí),MSFHLAC試件的抗剪強(qiáng)度提高幅度為54.7%～256.7%,其剪壓比可達(dá)1/8.12～1/4.87.由此可見(jiàn),微細(xì)鋼纖維對(duì)HLAC的抗剪強(qiáng)度和剪切韌性的提高非常明顯;相比之下,一定范圍內(nèi)的砂率(0.36～0.42)和水灰比(0.24～0.30)變化,對(duì)MSFHLAC試件剪切強(qiáng)度的影響并不大,最多減少10.3%.

經(jīng)過(guò)擬合分析,得到MSFHLAC試件抗剪強(qiáng)度(ffv)與HLAC試件劈裂抗拉強(qiáng)度(fv)、微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)(φf(shuō))之間的關(guān)系表達(dá)式：

ffv=fv(1+1.109φf(shuō))

(8)

式(8)的相關(guān)系數(shù)R=0.9983.

工程中抗剪切與抗拉是密切相關(guān)的性能[15].通過(guò)回歸分析,得到MSFHLAC的抗剪強(qiáng)度(ffv)與劈裂抗拉強(qiáng)度(fft,s)、抗壓強(qiáng)度(ffcu)關(guān)系表達(dá)式：

ffv=0.632fft,s1.5

(9)

(10)

文獻(xiàn)[16]中鋼纖維高強(qiáng)混凝土滿(mǎn)足ffv=0.96fft,s1.42,說(shuō)明鋼纖維對(duì)普通高強(qiáng)混凝土和輕骨料高強(qiáng)混凝土抗剪強(qiáng)度貢獻(xiàn)率基本相同.

圖4為MSFHLAC試件ffv與ffcu、fft,s的關(guān)系.由圖4可見(jiàn),試驗(yàn)值與理論值吻合度較高.

圖4 ffv、ffcu和fft,s的關(guān)系Fig.4 Relationship between ffv,ffcu and fft,s

2.6 彎曲韌性

圖5為不同砂率、水灰比和微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)下MSFHLAC試件的彎曲試驗(yàn)荷載-位移曲線(xiàn).由圖5可知：不同砂率、水灰比和微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)下MSFHLAC試件的荷載-位移曲線(xiàn)形狀基本相

同;MSFHLAC試件的韌性和延性均隨微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)增加而增長(zhǎng),砂率和水灰比對(duì)試件的韌性影響不大;微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)從0.5%增到2.0%時(shí),試件峰值位移從0.119mm增到0.274mm,MSFHLAC試件的延性和耗能能力變好;MSFHLAC試件的荷載-位移曲線(xiàn)具有明顯的屈服段,峰后荷載基本按照線(xiàn)性進(jìn)行退化,在整個(gè)變形階段連續(xù)光滑,試件具有穩(wěn)定的耗能能力.

為了定量分析MSFHLAC抵抗斷裂的能力,參照ASTM C1018—97《Standard test method for flexural toughness and first crack strength of fiber reinforced concrete》和JSCE-SF4《Method of test for flexural strength and flexural toughness of fiber reinforced concrete》進(jìn)行韌性指標(biāo)計(jì)算.ASTM C1018—97的韌性指數(shù)I5、I10、I30、I50和I100分別表示3.0δ、5.5δ、15.5δ、25.5δ和50.5δ時(shí)荷載-撓度曲線(xiàn)下的面積與初裂撓度δ對(duì)應(yīng)的荷載-撓度關(guān)系曲線(xiàn)下的面積之比.JSCE-SF4標(biāo)準(zhǔn)的韌性指標(biāo)T150為撓度l/150所對(duì)應(yīng)的荷載-位移曲線(xiàn)下的面積.

圖5 MSFHLAC試件彎曲試驗(yàn)荷載-位移曲線(xiàn)Fig.5 Load-displacement curves of bending test of MSFHLAC specimens

表3為按照以上方法計(jì)算的MSFHLAC的彎曲韌性指標(biāo).

由表3可知：韌性指數(shù)隨著微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)的增長(zhǎng)而呈線(xiàn)性增長(zhǎng),當(dāng)φf(shuō)由0.5%增長(zhǎng)到2.0%時(shí),T150增長(zhǎng)76.4%,I100增長(zhǎng)20.4%,證明MSFHLAC試件的韌性變好;隨著砂率和水灰比的減小,MSFHLAC試件的T150在水灰比0.27時(shí)增長(zhǎng)6.5%,在砂率0.36時(shí)降低14.3%,材料偏離理想彈塑性材料的程度加大,尤其在砂率為0.36時(shí),韌性指數(shù)降低較多.文獻(xiàn)[4]中大尺寸壓痕型鋼纖維高強(qiáng)輕骨料混凝土的韌性指數(shù)I5和I10與MSFHLAC的I5和I10較為接近,然而I30、I50和I100與MSFHLAC的對(duì)應(yīng)韌性值偏離程度增大,文獻(xiàn)[4]中的I100只能達(dá)到理想彈塑性材料的22%～38%,而MSFHLAC的I100可以達(dá)到理想彈塑性材料的54%～66%,由此可見(jiàn),MSFHLAC試件在大變形下表現(xiàn)出較好的韌性.

表3 彎曲韌性指標(biāo)

3 結(jié)論

(1)微細(xì)鋼纖維對(duì)HLAC各項(xiàng)力學(xué)性能都具有較好的改善作用.當(dāng)微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí),MSFHLAC的立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度分別提高40.8%、137.2%、62.1%和226.7%.這說(shuō)明微細(xì)鋼纖維的摻入對(duì)HLAC的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度具有顯著的增強(qiáng)效果,對(duì)抗折強(qiáng)度的增強(qiáng)效果為抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)效果的1.5倍.

(2)微細(xì)鋼纖維可以顯著改善HLAC的韌性.當(dāng)微細(xì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)由0.5%增長(zhǎng)到2.0%時(shí),韌性指標(biāo)T150增長(zhǎng)76.4%,微細(xì)鋼纖維高強(qiáng)輕骨料混凝土在大變形階段的韌性指數(shù)明顯大于普通鋼纖維高強(qiáng)輕骨料混凝土,在整個(gè)變形階段的彈塑性較好.

(3)在一定范圍內(nèi)減小砂率(0.36～0.42)和水灰比(0.24～0.30),微細(xì)鋼纖維高強(qiáng)輕骨料混凝土的各項(xiàng)力學(xué)和韌性指標(biāo)的增減幅度基本在10%以?xún)?nèi).這說(shuō)明,相比鋼纖維體積分?jǐn)?shù),在一定范圍內(nèi)的砂率和水灰比對(duì)微細(xì)鋼纖維高強(qiáng)輕骨料混凝土的影響較小.

(4)建立了微細(xì)鋼纖維高強(qiáng)輕骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度的強(qiáng)度擬合公式以及強(qiáng)度之間的相互關(guān)系.這些公式可以較好地反映微細(xì)鋼纖維高強(qiáng)輕骨料混凝土的強(qiáng)度變化規(guī)律,為相關(guān)研究提供借鑒.