鋼纖維摻量對(duì)頁巖陶粒混凝土抗壓性能影響研究

楊明宇 劉道永 李彥龍

(空軍勤務(wù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000)

·建筑材料及應(yīng)用·

鋼纖維摻量對(duì)頁巖陶粒混凝土抗壓性能影響研究

楊明宇 劉道永 李彥龍

(空軍勤務(wù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000)

設(shè)計(jì)了5種不同體積摻量的鋼纖維頁巖陶粒混凝土，對(duì)混凝土試件進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，分析了不同鋼纖維體積摻量對(duì)鋼纖維頁巖陶粒混凝土立方體抗壓強(qiáng)度大小和試件破壞形態(tài)的影響,得到了一些有意義的結(jié)論。

鋼纖維頁巖陶粒混凝土，立方體，抗壓強(qiáng)度，破壞形態(tài)

0 引言

用輕骨料、砂、水泥和水制成的干表觀密度不小于1 950 kg/m3的混凝土稱為輕骨料混凝土[1]。相比于普通混凝土，輕骨料混凝土有質(zhì)輕高強(qiáng)、保溫隔熱、耐久性好的特點(diǎn)，在工程中應(yīng)用廣泛。但輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度低，收縮性大，許多學(xué)者將鋼纖維摻入輕骨料混凝土，力求改變輕骨料混凝土缺點(diǎn)，從而最大程度發(fā)揮輕骨料混凝土優(yōu)點(diǎn)。為進(jìn)一步掌握鋼纖維輕骨料混凝土性能，本文以鋼纖維頁巖陶粒混凝土作為試驗(yàn)對(duì)象，分析不同鋼纖維體積摻量對(duì)鋼纖維頁巖陶粒混凝土立方體抗壓強(qiáng)度和破壞形態(tài)的影響。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料選擇

本試驗(yàn)鋼纖維頁巖陶粒混凝土的組成材料包括：頁巖陶粒、砂、水、水泥、鋼纖維和減水劑。材料有：

1)頁巖陶粒：河南鄭州亨泰活性炭有限公司生產(chǎn)的碎石型頁巖陶粒，粒徑為10 mm～20 mm，堆積密度為833 kg/m3，顆粒表觀密度為1 250 kg/m3，吸水率為8%。

2)砂：徐州市建筑河砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，各檢測(cè)指標(biāo)滿足建筑用Ⅱ類砂標(biāo)準(zhǔn)的要求，砂粒徑級(jí)配見表1。

表1 砂顆粒級(jí)配

3)水泥：徐州市慶云橋建材市場(chǎng)生產(chǎn)的P.C42.5復(fù)合硅酸鹽水泥。

4)水：徐州市自來水。

5)鋼纖維：鋼纖維由河北衡水建業(yè)鋼纖維廠生產(chǎn)，形狀為波紋形，相關(guān)參數(shù)見表2。

表2 鋼纖維主要性能參數(shù)

6)減水劑：山東萊陽宏洋建筑外加劑廠生產(chǎn)的減水劑，減水率為20%，通常摻量為水泥用量的2%左右。

1.2 配合比確定

本試驗(yàn)選取5種不同鋼纖維體積摻量，設(shè)計(jì)O組單因素對(duì)照試驗(yàn)，分析鋼纖維體積摻量對(duì)鋼纖維頁巖陶粒混凝土抗壓性能的影響。各材料用量計(jì)算參考TGJ 51—2002輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程[2]，采用絕對(duì)體積法，材料用量見表3。按照配合比設(shè)計(jì)制作混凝土試件。28 d養(yǎng)護(hù)好試件后，利用電液伺服巖石力學(xué)MTS816系統(tǒng)，對(duì)鋼纖維頁巖陶粒混凝土試件進(jìn)行單軸抗壓試驗(yàn)。

表3 單因素對(duì)照試驗(yàn)混凝土各材料用量

2 鋼纖維摻量對(duì)靜態(tài)抗壓性能的影響

2.1 對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

將鋼纖維摻量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系用折線圖表示(如圖1所示)。分析圖1可知，摻入鋼纖維后，頁巖陶粒混凝土基體的抗壓強(qiáng)度得到增強(qiáng)。當(dāng)鋼纖維摻量處于0%～1.5%時(shí)，鋼纖維摻量越大，抗壓強(qiáng)度越大，但增長(zhǎng)幅度隨鋼纖維摻量增大而減弱。由具體計(jì)算數(shù)值大小可得，0.5%,1.0%,1.5%的鋼纖維摻量分別提高頁巖陶粒混凝土基體抗壓強(qiáng)度10.6%,17.1%和19.6%，這說明頁巖陶粒混凝土基體摻入一定量鋼纖維后，一定程度地提高了混凝土基體的抗壓強(qiáng)度大小，但幅度不大，處于10%～20%之間。

但是，當(dāng)鋼纖維摻量繼續(xù)增至2.0%時(shí)，混凝土試件的抗壓強(qiáng)度大小卻有所下降。這是因?yàn)閾饺脒^多鋼纖維后，混凝土的攪拌工序變得困難，材料無法攪拌均勻，拌合物和易性開始變差，振搗后的混凝土密實(shí)性較差，混凝土中存留較多的孔隙，從而增加混凝土的初始損傷值，降低鋼纖維對(duì)混凝土基體的增強(qiáng)效果。所以，摻入一定量鋼纖維有利于增強(qiáng)頁巖陶粒混凝土抗壓強(qiáng)度大小，但不宜過大。

2.2 對(duì)破壞形態(tài)的影響

鋼纖維頁巖陶粒混凝土受壓破壞時(shí)有環(huán)箍效應(yīng)、一定的塑性破壞和粗骨料被貫穿這三大特征。

當(dāng)混凝土試件放在壓板之間受壓時(shí)，既會(huì)沿著縱向受壓方向產(chǎn)生壓縮形變，也會(huì)產(chǎn)生橫向形變。MTS816試驗(yàn)機(jī)壓板的泊松比約為混凝土試件的2倍，但彈性模量卻為混凝土試件的20倍，這使得壓板的橫向變形遠(yuǎn)小于混凝土試件的橫向變形。從而，壓板與混凝土試件因橫向變形位移不同而產(chǎn)生摩擦力，約束混凝土試件的橫向變形。這種約束作用在混凝土試件兩端表現(xiàn)明顯，中間不明顯，造成混凝土試件中間的橫向變形比兩端大，形成環(huán)箍效應(yīng)。

O-1組混凝土試件為素頁巖陶粒混凝土，不摻鋼纖維，素頁巖陶粒混凝土表現(xiàn)出較明顯的脆性破壞。當(dāng)加壓荷載逐漸增大時(shí)，素頁巖陶粒混凝土中原始和受壓產(chǎn)生的微裂縫逐漸匯集，發(fā)展成1條～2條宏觀裂紋，發(fā)生劈裂，貫穿混凝土試件的縱向截面。并且，O-1組素頁巖陶粒混凝土的環(huán)箍效應(yīng)比其他組混凝土試件更顯著，試件中間呈塊狀損壞，殘留試件呈倒四角錐形。

O組其他混凝土試件由于摻了鋼纖維，表現(xiàn)出一定的塑性破壞能力。同O-1組混凝土試件一樣，受壓荷載達(dá)到峰值前，微裂縫數(shù)逐漸變多，但并沒有形成明顯的宏觀主裂紋，而是大量縱向上的細(xì)微裂紋。并且，混凝土試件的環(huán)箍效應(yīng)也顯著減弱，混凝土試件沒有明顯的塊狀脫落，表現(xiàn)出裂而不散的特征。這說明摻入鋼纖維后，頁巖陶粒混凝土的脆性破壞形態(tài)得到改善，呈現(xiàn)一定的塑性破壞特征。

近距離觀察鋼纖維頁巖陶粒混凝土試件的破壞斷面，輕粗骨料頁巖陶粒被直接貫穿破壞。通常情況下，骨料和水泥漿體接觸的界面往往是普通混凝土強(qiáng)度最弱的地方，破壞斷面往往發(fā)生在骨料和水泥漿體接觸的界面。而與普通混凝土不同，一方面輕骨料頁巖陶粒具有吸水返水的“微泵”性質(zhì)，能夠提高水泥漿體與骨料接觸界面的強(qiáng)度，另一方面輕骨料頁巖陶粒本身的筒壓強(qiáng)度又較低，所以，當(dāng)裂縫接觸頁巖陶粒的表面時(shí)，不會(huì)繞開骨料，會(huì)直接貫穿頁巖陶粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語

本文對(duì)5種不同鋼纖維體積摻量的鋼纖維頁巖陶粒混凝土進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，有以下結(jié)論：

1)一定量鋼纖維摻入頁巖陶粒混凝土基體后，能提高混凝土基體抗壓強(qiáng)度，增強(qiáng)效果與鋼纖維摻量成正比，但幅度不大，處于10%～20%。但鋼纖維摻量過高時(shí)，增強(qiáng)效果反而減弱。

2)鋼纖維頁巖陶粒混凝土受壓破壞時(shí)表現(xiàn)出環(huán)箍效應(yīng)、一定塑性破壞和粗骨料貫穿三大特征。素頁巖陶粒混凝土脆性較大，摻入鋼纖維后，頁巖陶粒混凝土的脆性破壞形態(tài)得到改善。

[1] 王 旋,王 磊.頁巖陶粒混凝土的配合比設(shè)計(jì)及性能的試驗(yàn)研究[J].四川建材，2012(10)：42-43.

[2] TGJ 51—2002，輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程[S].

The influence research on steel fiber content to the compressive properties of shale ceramic concrete

Yang Mingyu Liu Daoyong Li Yanlong

(AirForceLogisticsCollege,Xuzhou221000,China)

This paper designed 5 different volume fraction of steel fiber shale ceramic concrete, made compressive strength to concrete test specimen, analyzed the influence of different steel fiber volume fraction to the compressive properties and test specimen failure mode of steel fiber shale ceramic concrete, obtained some useful conclusions.

steel fiber shale ceramic concrete, cubic, compressive strength, failure form

2015-06-27

楊明宇(1992- )，男，在讀碩士

1009-6825(2015)25-0129-03

TU528.572

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