摻鋼纖維的活性粉末混凝土（ＲＰＣ）力學(xué)性能影響的研究

武文娟

[摘要]分析鋼纖維對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度以及抗折強(qiáng)度的影響,通過(guò)試驗(yàn)研究不同種類(lèi)的鋼纖維在不同的摻量下對(duì)RPC的抗壓強(qiáng)度以及抗折強(qiáng)度的影響,研究結(jié)果表明在其它條件不變的情況下,鋼纖維的直徑對(duì)于RPC的強(qiáng)度的影響的區(qū)別;鋼纖維對(duì)RPC強(qiáng)度的影響當(dāng)摻量大于一定值后有放緩的趨勢(shì)。

[關(guān)鍵詞]鋼纖維摻量 抗壓強(qiáng)度 抗折強(qiáng)度

中圖分類(lèi)號(hào):TU5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0810009-01

活性粉末混凝土是一種超高強(qiáng)、高韌性、高耐久、體積穩(wěn)定性良好的新型水泥基復(fù)合材料,它主要由水泥、石英砂、石英粉、硅灰、鋼纖維和高效減水劑組成,采用適當(dāng)?shù)某尚秃宛B(yǎng)護(hù)工藝制成的。它的制備原理是:剔除粗骨料,采用尺寸盡可能小的粉末狀原材料改善勻質(zhì)性;添加高效減水劑降低水灰比;通過(guò)加熱養(yǎng)護(hù)改善其微結(jié)構(gòu);摻人纖維增加混凝土韌性。RPC抗壓強(qiáng)可達(dá)200～800MPa,抗折強(qiáng)度可達(dá)20～100MPa,斷裂能可達(dá)40kJ/m2。

活性粉末混凝土具有的優(yōu)越性能的獲得主要是鋼纖維的摻入,這對(duì)提高活性粉末混凝土的力學(xué)性能起到了十分重要的作用。鋼纖維構(gòu)成了在RPC中的原材料之一,由于它的價(jià)格高、使用量較大,直接影響到RPC的經(jīng)濟(jì)性,并且鋼纖維的摻量和品種的選擇對(duì)RPC的強(qiáng)度、和易性也有很大的影響。本文通過(guò)一系列的試驗(yàn)研究,首先通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比G1、G2兩種鋼纖維對(duì)RPC強(qiáng)度的影響,定性的比較不同鋼纖維對(duì)RPC強(qiáng)度的影響;其次通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比G1在不同鋼纖維摻量對(duì)RPC強(qiáng)度的影響,定量的描述出鋼纖維對(duì)RPC強(qiáng)度的影響。

一、試驗(yàn)工作

(一)原材料性能

水泥:采用河北太行山水泥廠出產(chǎn)的太行山牌普通硅酸鹽水泥42.5。

石英砂:采用河北省靈壽產(chǎn)的石英砂。

硅灰(SF)微硅粉:灰白色粉末,平均粒徑0.2μm,最大粒徑1μm,SiO2含量大于90%,密度為2.21g/cm3,比表面積為18m3/g。

石英粉(QP):150目石英粉,平均粒徑為59μm。

高效減水劑:JM一2型p一萘磺酸亞甲基高效減水劑,黃褐色液體,含固量大于40%。

鋼纖維:采用兩種鋼纖維,G1是長(zhǎng)徑比是25:0.65,抗拉強(qiáng)度590Mpa;G2長(zhǎng)徑比是12:0.22抗拉強(qiáng)度2314Mpa。

(二)RPC配合比

W/B=0.2,SF/C=0.25,QP/C=0.37S/C=1.1,JM一2/C=0.015。其中:B代表膠凝材料,鋼纖維的摻量分別為0、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%,均為體積比。

(三)試驗(yàn)制作程序及養(yǎng)護(hù)

采用JJ一5型行星式水泥膠砂攪拌機(jī)攪拌,攪拌程序如下:

1.將水泥、石英粉和硅灰鋼纖維按照配合比稱量,倒人攪拌鍋內(nèi),干拌120S;

2.加入溶有減水劑的一半用水量,攪拌180S;

3.倒人另一半用水量,攪拌270S;

混凝土攪拌完后,成型:采用40mmx40mmxl60mm三聯(lián)模成型,在膠砂振動(dòng)臺(tái)上分兩次裝料振動(dòng)4min,用塑料薄膜蓋上,再將其放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室。試件成型24h拆模,置于(80±2)℃水中預(yù)養(yǎng)48h。

二、試驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果及分析

表1是G1、G2兩種鋼纖維在摻量分別為0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%

情況下RPC的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。

從試驗(yàn)看出鋼纖維的加入可以提高RPC的抗壓強(qiáng)度,在相同的摻量下G1對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響要大于G2,這是因?yàn)樵谕瑯拥捏w積摻量下,纖維G1在混凝土中的數(shù)量大于G2,纖維的分散程度也更高。

纖維G2對(duì)RPC抗折強(qiáng)度的影響很有限,以摻量2%為例,在摻入纖維后,抗折強(qiáng)度僅提高了11%,而同樣摻量下的纖維G1在摻入后抗折強(qiáng)度提高了57%,抗折強(qiáng)度的提高十分顯著。這是因?yàn)橐皇抢w維G1的材料本身的強(qiáng)度很高,達(dá)到了2314MPA,二是纖維G1在混凝土中的分布比G2要均勻的多。這對(duì)提高RPC的抗折強(qiáng)度提高都有有利的影響。在試驗(yàn)中可以看出摻有G1的試件在破壞時(shí)纖維多數(shù)是拔出,試件表現(xiàn)為延性破壞,而摻有G2的試件在破壞時(shí)纖維多數(shù)被拉斷,試件多表現(xiàn)為脆性破壞,G2這種纖維對(duì)混凝土的抗折作用不明顯。

從以上的對(duì)比可以看出在制備RPC選擇鋼纖維時(shí),應(yīng)考慮以下因素:一是選擇高強(qiáng)度的鋼纖維,在構(gòu)件破壞時(shí)避免發(fā)生纖維的拉斷破壞,盡量多發(fā)生纖維的拔出破壞,這樣在破壞的過(guò)程中可以消耗更多的能量,保證構(gòu)件發(fā)生延性破壞;二是在長(zhǎng)長(zhǎng)徑比基本相同的情況下應(yīng)選擇直徑細(xì)的纖維,這樣纖維在混凝土中的分散度更高,更能提高構(gòu)件的抗折強(qiáng)度。

三、鋼纖維的增強(qiáng)原理分析

混凝土材料是一種脆性材料,摻一定量的纖維可以在保證混凝土自身的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對(duì)混凝土基體產(chǎn)生了增強(qiáng)、增韌、和阻裂的效應(yīng),同樣對(duì)于RPC來(lái)說(shuō)也可以達(dá)到這一目的。在摻有鋼纖維的RPC受力過(guò)程中,鋼纖維與水泥基的界面特性和界面粘結(jié)影響到纖維的粘結(jié)與拔出的全過(guò)程,從而影響到RPC的力學(xué)性能;鋼纖維的特性、RPC基體特性、鋼纖維與RPC的粘結(jié)是影響摻入鋼纖維的RPC增強(qiáng)的關(guān)鍵。要提高鋼纖維和水泥基體的截面性能除了選擇合理組成的水泥、骨料外,還應(yīng)加入適量的減水劑,摻入適量的硅灰等活性材料。

從試驗(yàn)的結(jié)果可以看出在同樣的體積摻量下由于G1在混凝土中的分散度要比G2高,所以G1對(duì)抗折強(qiáng)度的提高比G2明顯得多。隨著摻量的增加,混凝土中的纖維的數(shù)量在不斷的增大,纖維間距不斷的縮小;這一作用在1.5%至3%這一區(qū)間內(nèi)更為顯著。

四、結(jié)論

通過(guò)以上的試驗(yàn)研究可以得出下面的結(jié)論:

1.在選擇鋼纖維時(shí)不僅僅要考慮纖維的長(zhǎng)徑比、強(qiáng)度,纖維的直徑對(duì)纖維的其它特性參數(shù)的影響也比較大,比如分散度、比率等,當(dāng)纖維的直徑大于一定程度后,對(duì)混凝土的延性提高的作用就不明顯了。

2.當(dāng)鋼纖維摻量小于1%時(shí),對(duì)RPC強(qiáng)度的影響有限,在配制RPC時(shí)鋼纖維的摻量不能小于1%;當(dāng)鋼纖維大于3%時(shí),纖維的增加對(duì)RPC強(qiáng)度增長(zhǎng)的影響放緩,在考慮經(jīng)濟(jì)成本的情況下,鋼纖維的摻量一般地說(shuō)不要超過(guò)去3%。