不同種類鋼纖維對混凝土軸心抗壓性能的影響

2022-09-30 08:22:06林澤樺閔金偉

四川建材 2022年9期

王兵，林澤樺，閔金偉

(江西理工大學土木與測繪工程學院，江西贛州 341000)

0 前言

混凝土作為最廣泛使用的建筑材料，具有抗壓強度高、成型方便、就地取材等眾多優(yōu)點。但同時也存在收縮大、抗拉強度小及韌性差等缺點[1]，有研究表明[2-4]纖維的摻入能提高混凝土的各項性能。

目前，對聚丙烯纖維混凝土、鋼纖維混凝土、玄武巖纖維混凝土、碳纖維混凝土以及混雜纖維混凝土的研究報道較多。多數學者是通過改變纖維的摻量和尺寸來研究混凝土的力學性能，梁寧慧等[5]和周興宇等[6]的研究表明，在混凝土中加入聚丙烯纖維能夠提高混凝土的抗壓強度和抗拉韌性；emsi等[7]和Liang等[8]的試驗發(fā)現，在一定條件下，鋼纖維混凝土的抗壓強度隨著鋼纖維摻量的增加而增大；張玉杰等[9]和李悅等[10]研究發(fā)現，隨著鋼纖維的不斷增加，混凝土的立方體抗壓強度、抗劈裂強度、彎曲韌性和抗沖擊性均有不同程度提高，且長鋼纖維對混凝土性能的影響優(yōu)于短鋼纖維。將鋼纖維摻入混凝土中來加強其性能的研究有很多，但是，對于剪切型和端鉤型兩種不同種類鋼纖維對混凝土的軸心抗壓性能影響的研究不多。

本文通過混凝土軸心抗壓試驗，研究剪切型和端鉤型鋼纖維對混凝土軸心抗壓強度和受壓破壞后裂縫開展情況，來探索剪切型和端鉤型鋼纖維對混凝土性能的影響，并比較兩種鋼釬維對混凝土的加強效果。

1 試驗概況

1.1 試驗材料

試驗所用如下：水泥為贛州瑞金萬年青水泥P·O42.5R級；砂子采用河砂，細度模數為2.8的中砂，經過篩選后最大粒徑為5 mm；石子為贛州某公司生產的5～20 mm連續(xù)級配石灰?guī)r碎石；減水劑使用木質素磺酸鹽類普通減水劑，減水率為12%；鋼纖維為衡水某公司生產，兩種鋼纖維性能見表1，外觀見圖1。

表1 鋼纖維性能參數表

圖1 鋼纖維外觀圖

1.2 試驗配合比

參考國家行業(yè)標準《普通混凝土配合比設計規(guī)程》(JGJ 55—2011)[11]，試驗采用砂率為42%，水灰比為0.42。最終配合比見表2，表中A0～A7分別代表8組試驗。通過改變端鉤型鋼纖維的體積摻量(0.5%、1%、1.5%、2%)和剪切型纖維的體積摻量(0.5%、1%、1.5%、2%)，用單摻和混摻的方式來對比不同組混凝土的性能，共8組。為了更好地對比兩種鋼纖維對混凝土的影響，各組混凝土都使用了相同配合比，且為了避免因原材料性能差異給混凝土性能帶來的離散性，試驗的材料都是同一批次生產[5]。

1.3 試驗方法

試驗參考《纖維混凝土試驗方法標準》(CECS 13—2009)[12]進行。軸心抗壓試驗采用100 mm×100 mm×300 mm的試件。每組試驗3個試件，共24個試件?；炷猎嚰谕火B(yǎng)護室中標準養(yǎng)護28 d后進行力學試驗。

表2 混凝土配合比

2 試驗結果與分析

2.1 鋼纖維對混凝土軸心抗壓強度的影響

軸心抗壓試驗采用全自動混凝土壓力試驗機DYE-2000S，如圖2可知，A3組的軸心抗壓強度比A0組的增加了13.2%，隨著鋼纖維摻量不斷增加，混凝土的軸心抗壓強度在不斷提升，但增幅不大。將A6和A7組與A0組對比可知，A6、A7組軸心抗壓強度分別增加了10.4%、20.8%。A6組為摻入2%端鉤型鋼纖維，A7組為摻入2%剪切型鋼纖維，所以在鋼纖維摻量相同時，剪切型鋼纖維對混凝土軸心抗壓強度的加強效果比端鉤型鋼纖維更好。

圖2 各組軸心抗壓強度

2.2 鋼纖維對混凝土軸心抗壓強度的影響

由圖3可知，①從試塊破壞后的外貌完整度及破碎顆粒脫落情況來看，A0組破壞后的外貌完整度最差，并且有大片的破碎顆粒脫落；A1組破壞后的外貌完整度比A0組好，但也有一些破碎顆粒脫落；A2組破壞后的外貌完整度較好，只有少量的破碎顆粒脫落，A3～A7組破壞后的外貌完整度都很好，幾乎沒有破碎顆粒脫落；②從試塊破壞后的裂縫數量及寬度可以看出，A0組有一條從上而下的主裂縫，而且大裂縫周圍有很多小裂縫，屬于典型的脆性破壞；A1組仍然有一條主裂縫，但裂縫寬度比A0組的小，且裂縫周圍的小裂縫不多；A2組沒有明顯主裂縫，有較多小裂縫，寬度不大；A3～A7組都只有些零星小裂縫，而且裂縫寬度窄。綜上所述，混凝土中隨著鋼纖維的摻量的增加可使混凝土破壞后的完整度提高，裂縫的寬度及數量減小，增加了混凝土的韌性，使混凝土更安全，更穩(wěn)定。而A7組基本上無可見裂縫產生，所以剪切型鋼纖維對抑制混凝土在受壓破壞后產生裂縫的效果要好于端鉤型鋼纖維。

3 結論

1)鋼纖維的摻入能增加混凝土軸心抗壓強度，但增強效果不明顯，當鋼纖維體積摻量2%時(A3～A7)，A7組的軸心抗壓強度比基準混凝土(A0)的強度增加得最多，增加了20.8%，所以剪切型鋼纖維對混凝土軸心抗壓強度增強效果要好于端鉤型鋼纖維，A3～A7組中的鋼纖維摻量都為2%，但軸心抗壓強度無明顯變化規(guī)律，所以鋼纖維的單摻和混摻的對混凝土軸心抗壓強度影響不大。