砌體加固用高延性混凝土材料研究

柴寵舂,徐國孝,柴炳烽

(1.浙江建科新材料開發(fā)有限公司, 浙江 杭州 310012;2.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計研究院有限公司,浙江 杭州 310012；3.杭州富陽建筑工程質(zhì)量檢測有限公司,浙江 杭州 311400)

高延性混凝土是由膠凝材料、集料、外加劑和合成纖維等原材料組成,按一定比例加水攪拌、成型之后,具有高強度、高延性、高韌性和高耐損傷能力的特種混凝土[1]。其變形能力可達普通混凝土的200倍,也被稱為“可彎曲混凝土”。采用該材料加固墻體面層,可以節(jié)約成本且施工方便,是目前市場上比較前沿的加固材料之一。目前，西安建筑大學(xué)鄧明科教授及其團隊已成功研制出具有可彎曲性能的高延性混凝土,并首創(chuàng)用于砌體房屋抗震加固,顯著提高了房屋的抗震性能,可抵抗9度及以上地震。

本項目以合成纖維為增韌材料,通過摻入不同的合成纖維(聚乙烯醇纖維、聚丙烯纖維),經(jīng)過大量對比試驗,以陜西省工程建設(shè)標準《高延性混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程(DBJ61/T 112—2016)》為參考[2],結(jié)合其他因素,成功制備出加固用高延性混凝土材料。

1 試驗用原材料

1)水泥：采用PO42.5水泥作為主要膠凝材料,其物理性能見表1。

表1 普通硅酸鹽水泥物理性能

2)砂：一般高延性混凝土中不用粗骨料,本試驗采用建德產(chǎn)石英砂,其性能見表2。

表2 石英砂的性能指標

3)粉煤灰：紹興某電廠Ⅱ級粉煤灰。

4)纖維：K-Ⅱ聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維。

5)減水劑：蘇州某品牌聚羧酸減水劑。

2 配比設(shè)計及試驗

2.1 配比設(shè)計

根據(jù)陜西省工程建設(shè)標準《高延性混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程(DBJ61/T 112—2016)》相關(guān)性能要求,以抗壓強度、抗折強度、等效彎曲韌性和等效彎曲強度作為高延性混凝土的技術(shù)指標。本文重點研究了聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維,以及粉煤灰摻量的變化對高延性混凝土各項性能的影響。

根據(jù)相關(guān)資料,控制砂膠比在0.8以下,固定砂子用量(記作A),以水泥(B)、粉煤灰(C)、聚乙烯醇纖維(D)、聚丙烯纖維(E)為研究對象,選取具有代表性的配合比,見表3。

表3 高延性混凝土配合比設(shè)計

2.2 試驗方法

高延性混凝土應(yīng)采用強制式攪拌機進行攪拌,攪拌機轉(zhuǎn)速不宜小于45 r/min。

試驗時,先加入全部的水和外加劑,邊攪拌邊加入骨料、水泥、礦物摻合料等。攪拌3 min待拌合物攪拌均勻后加入纖維,使纖維均勻分散且無聚團后停止攪拌。當纖維體積率超過1.5%時,應(yīng)適當提高攪拌機的轉(zhuǎn)速和延長攪拌時間。按照陜西省工程建設(shè)標準《高延性混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程(DBJ61/T 112—2016)》相關(guān)要求,成型養(yǎng)護后進行各項性能測試,本試驗抗拉韌性試件尺寸取40 mm×40 mm×160 mm,抗壓試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。

2.3 試驗結(jié)果分析

由表4～6可知,在滿足拌合物設(shè)計和施工要求的同時,纖維摻量在1.4%～2%，粉煤灰摻量在8%～12%時,均符合陜西省工程建設(shè)標準《高延性混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程(DBJ61/T 112—2016)》規(guī)范要求,而聚乙烯醇纖維對高延性混凝土韌性的改善優(yōu)于聚丙烯纖維。纖維對高延性混凝土的韌性影響較大,適量的粉煤灰也能增強高延性混凝土的韌性,但過多的粉煤灰會影響高延性混凝土的抗壓強度。結(jié)合以上情況,擬定高延性混凝土的配比見表7。

表4 不同聚乙烯醇纖維摻量性能試驗結(jié)果

表5 不同聚丙烯纖維摻量性能試驗結(jié)果

表6 不同粉煤灰摻量性能指標

表7 高延性混凝土配比 kg

3 試驗結(jié)果

根據(jù)陜西省工程建設(shè)標準《高延性混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程(DBJ61/T 112—2016)》技術(shù)要求及試驗方法,對高延性混凝土材料進行試驗,其拌合物的和易性好,不泌水,纖維不聚團,力學(xué)性能也符合要求。見表8。

表8 LD高延性混凝土材料試驗結(jié)果

4 結(jié) 語

本項目研制的高延性混凝土材料,各項性能指標均符合陜西省工程建設(shè)標準《高延性混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程(DBJ61/T 112—2016)》要求,同時,在試驗過程中發(fā)現(xiàn)有下列因素影響高延性混凝土的性能：

1)纖維摻量不宜過多,通常在1.5%～2%范圍內(nèi)比較恰當。當摻量超過2.5%,纖維會出現(xiàn)明顯聚團。

2)選用K-Ⅱ聚乙烯醇纖維對高延性混凝土的性能影響更佳。

3)摻入一定量的粉煤灰可以提高高延性混凝土的韌性。

4)在保證高延性混凝土強度的同時, 為提高高延性混凝土的拉伸應(yīng)變,水膠比應(yīng)控制較低,所以要選用聚羧酸高效減水劑,其摻量在1%左右。