混雜纖維高強(qiáng)輕骨料混凝土配合比試驗研究

成 松 松

(解放軍理工大學(xué)爆炸沖擊防災(zāi)減災(zāi)國家重點實驗室，江蘇 南京 210007)

混雜纖維高強(qiáng)輕骨料混凝土配合比試驗研究

成 松 松

(解放軍理工大學(xué)爆炸沖擊防災(zāi)減災(zāi)國家重點實驗室，江蘇 南京 210007)

運(yùn)用絕對體積法，對混雜纖維輕骨料混凝土的多次試配研究，得到和易性良好，抗壓強(qiáng)度超過40 MPa，干表觀密度低于1 950 kg/m3的混雜纖維高強(qiáng)輕骨料混凝土，具有良好的工程應(yīng)用前景。

高強(qiáng)輕骨料混凝土，混雜纖維，配合比設(shè)計，絕對體積法

1 配合比設(shè)計

1.1原材料

試驗中，水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥；粗骨料選用粒徑為5 mm～15 mm的900級高強(qiáng)頁巖陶粒；細(xì)骨料為天然河沙；纖維采用塑鋼纖維和聚丙烯纖維；外摻料選用98硅灰；減水劑是聚羧酸高性能減水劑。

1.2設(shè)計方法

合理的配合比需要保證適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和良好的施工性，是長期試驗和工程實踐經(jīng)驗總結(jié)出來的。對于高強(qiáng)輕骨料混凝土的設(shè)計方法不僅需要滿足普通混凝土的設(shè)計方法，還需要滿足輕質(zhì)高強(qiáng)的原則。根據(jù)JGJ 51—2002輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程，以輕粗骨料配制出的干表觀密度不大于1 950 kg/m3的混凝土稱為輕骨料混凝土，而抗壓強(qiáng)度高于30 MPa稱為高強(qiáng)輕骨料混凝土。本文選用絕對體積法[1]進(jìn)行混凝土配合比的設(shè)計。

2 參數(shù)設(shè)計

本文改進(jìn)王丹等[2]的研究成果，在每立方米混凝土的水泥、粗骨料、沙、硅灰用量不變的情況下，通過調(diào)整水膠比和減水劑的用量，經(jīng)過多次試配，確定最終的配合比。

表1 混凝土試配工況

從表1中工況A，B，C可以看出，水膠比越大，減水劑用量越多，混凝土拌和物的和易性越好；對比工況C,D發(fā)現(xiàn)，相同配比的情況下，含纖維的混凝土拌和物和易性明顯優(yōu)于不含纖維混凝土拌和物的和易性，原因可能是聚丙烯纖維和塑鋼纖維表面均經(jīng)過表面疏水處理，早期與水泥漿之間基本沒有粘結(jié)強(qiáng)度，在粗骨料與水泥漿之間起到了“滾軸”的作用，提高了混凝土拌和物的和易性。本文所得到坍落度相比一般混凝土拌和物明顯偏小，原因有兩點：一是所采用的頁巖陶粒多孔隙，與水泥漿之間有較強(qiáng)的吸附作用；二是頁巖陶粒表面多棱角，與水泥漿有加大的摩擦阻力，導(dǎo)致混凝土拌和物的流動性相對較差。

根據(jù)GB 5014—92混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，試配的混凝土坍落度均小于50 mm，屬于低塑性混凝土。為得到高強(qiáng)輕骨料混凝土，在滿足和易性良好的情況下，應(yīng)選擇較小的水膠比，所以本文將水膠比定為0.35，減水劑用量定為2%，見表2。

表2 輕骨料混凝土試驗配比

3 試塊密度測量

表3 混凝土試塊測量

如表3所示，本次試驗結(jié)果得到的混凝土干表觀密度均小于1 950 kg/m3，符合《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，故本試驗所配置的混凝土均屬于輕骨料混凝土。兩者密度差距在2%以內(nèi)，說明纖維的有無對混凝土干密度基本沒有影響。

4 混凝土試塊抗壓強(qiáng)度試驗

4.1試驗簡介

按照GB/T 50081—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗，采用的是100×100×100的28 d養(yǎng)護(hù)齡期的立方體試塊，含纖維試塊(A31,A33,A35)和不含纖維試塊(A21,A22,A23)各挑選3塊進(jìn)行密度測量。

4.2試驗現(xiàn)象與分析

如表4所示，含纖維的輕骨料混凝土試塊抗壓強(qiáng)度明顯高于不含纖維的輕骨料混凝土，強(qiáng)度高出37.8%，通過復(fù)合材料理論和纖維間距理論可以對強(qiáng)度的提高進(jìn)行解釋。

表4 混凝土立方體試塊抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果 MPa

根據(jù)復(fù)合材料理論，輕骨料混凝土強(qiáng)度可以看作是由輕骨料和水泥砂漿兩種組分共同提供，即:

f=fT+fS+f(T,S)

(1)

其中，f為輕骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度；fT為粗骨料分擔(dān)的抗壓強(qiáng)度；fS為水泥砂漿集體分擔(dān)的抗壓強(qiáng)度；f(T,S)為粗骨料與水泥砂漿之間粘結(jié)產(chǎn)生的弱化強(qiáng)度，f(T,S)<0。

聚丙烯纖維在混凝土硬化的早期能減少微小孔隙，塑鋼纖維在后期受力過程中能有效阻止裂縫的延伸和發(fā)展。混凝土中的纖維在內(nèi)部形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，有效的阻止了輕骨料的上浮，改善了陶粒在混凝土中的均勻性，粗骨料承擔(dān)的應(yīng)力fT得到提高，即ΔfT>0；由表1發(fā)現(xiàn)相同配比情況下，含纖維的輕骨料混凝土比不含纖維的坍落度要大，說明纖維的存在改善了混凝土的和易性，水泥砂漿中孔隙率降低，提高了混凝土的密實性，另外塑鋼纖維具有一定的抗拉強(qiáng)度，有效的限制了裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，水泥砂漿承擔(dān)的應(yīng)力fS得到進(jìn)一步提高，即ΔfS>0。由于采用的纖維與水泥基體間具有良好的粘結(jié)性能，適量的纖維能夠改善粗骨料與水泥砂漿之間的界面缺陷，即Δf(T,S)>0，最終導(dǎo)致含適量纖維的輕骨料混凝土強(qiáng)度高于不含纖維的輕骨料混凝土強(qiáng)度。

如圖1所示，含纖維和不含纖維的輕骨料混凝土試塊的破壞模式差別較大。不含纖維的試塊(見圖1a))，破壞表面和棱角處混凝土層剝落，而整體基本保持完好，破壞面貫穿輕骨料，是一種脆性破壞，說明不含纖維的輕骨料混凝土均勻性較差，由于陶粒密度低于水泥砂漿，導(dǎo)致試塊破壞時出現(xiàn)分層現(xiàn)象，同時陶粒強(qiáng)度低于水泥砂漿基體的強(qiáng)度，才會出現(xiàn)陶粒被壓碎，破壞面貫穿陶粒。含有纖維的混凝土試塊破壞外觀上，只有3條沿受力方向的縱向貫穿裂縫，沒有出現(xiàn)混凝土剝落和其他明顯的破壞現(xiàn)象，屬于具有一定預(yù)兆的延性破壞，對比說明纖維的存在改善了輕骨料混凝土的分層和不均勻現(xiàn)象，纖維良好的抗拉性能，能有效控制混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

5 結(jié)語

混雜纖維的高強(qiáng)輕骨料混凝土，輕質(zhì)高強(qiáng)，而且具有良好的韌性，不僅能滿足工程結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)度要求，同時也解決了混凝土的脆性問題，具有良好的力學(xué)性能和重大的工程實踐意義。采用本文設(shè)計的混雜纖維高強(qiáng)輕骨料混凝土配合比，不僅強(qiáng)度能達(dá)到40 MPa以上，而且干表觀密度低于1 950 kg/m3，滿足高強(qiáng)輕骨料混凝土強(qiáng)度高，密度低的設(shè)計要求。

[1] 李道西,韓 俊.基于簡化的絕對體積法自密實混凝土配合比設(shè)計研究[J].中國農(nóng)村水利水電,2014(5):105-106.

[2] 王 丹,郭志昆,陳萬祥.混雜纖維輕骨料混凝土性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2014(14):21-23.

Experimentalstudyonmixproportionofhybridfiberhighstrengthlightweightaggregateconcrete

ChengSongsong

(StateKeyLaboratoryofDisasterPrevention&MitigationofExplosion&Impact,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

Hybrid fiber high strength lightweight aggregate concrete with good workability, over 40 MPa compressive strength and less 1 950 kg/m3oven-dry density was made by many times research, and has a good prospect of engineering application.

high strength lightweight aggregate concrete, hybrid fiber, mix design, absolute volume method

1009-6825(2017)30-0107-03

2017-08-12

成松松(1992- )，男，在讀碩士

TU528

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