海水海砂鋼纖維混凝土抗拉強度試驗研究

李瑩

摘? 要：為了考察鋼纖維體積摻量對海水海砂混凝土抗拉強度影響規律，以鋼纖維體積摻量、鋼纖維名義長度、混凝土強度等級3參數為變量，通過摻入體積比為0.5%、1%、1.5%、2%的鋼纖維混凝土，以劈裂強度間接反映抗拉強度，開展了一系列海水海砂鋼纖維混凝土劈裂強度試驗。試驗結果表明：鋼纖維摻量對海水海砂混凝土抗拉強度影響明顯，隨著纖維量增加，抗拉強度逐漸增加，當鋼纖維體積摻量達到1.5%時，抗拉強度達到最大值，而后隨著摻量增加，抗拉強度逐漸降低;鋼纖維名義長度越長，界面搭鏈效果越好，抗拉強度越大;混凝土強度等級越高，抗拉強度越大。

關鍵詞：海水海砂? 混凝土? 鋼纖維? 抗拉強度? 劈裂強度

由于過度開采，目前國內河沙告急，向海洋環境獲取混凝土基材資源，已經成為國研究的熱點[1-3]。一些學者重點關注在混凝土基材中摻入鋼纖維，用鋼纖維的界面“橋連”作用強化混凝土的抗裂性能[4]。因此海水海砂鋼纖維混凝土（以下簡稱SRAC）的力學性能是關乎其應用的重要方面，也是開展后續科學研究、理論分析的基礎。

目前反映海水海砂鋼纖維混凝土的抗拉力學性能試驗相關研究，海水罕為見到。基于此為了考察鋼纖維體積摻量對海水海砂混凝土抗拉強度影響規律，以鋼纖維體積摻量、鋼纖維名義長度、混凝土強度等級3參數為變量，通過摻入體積比為0.5%、1%、1.5%、2%的鋼纖維混凝土，以劈裂強度間接反映抗拉強度，開展了一系列海水海砂鋼纖維混凝土劈裂強度試驗。

1? 試驗過程

1.1 試驗原材料

水泥采用國標P.O 42.5硅酸水泥;鋼纖維采用L型弓型鋼纖維;中砂（大洋河豐仁砂場）;海砂：細砂（靈壽縣健之源礦產品加工廠）;天然粗骨料碎石：5～40mm（黃土坎豐達石場）;減水劑-STA-PCA（沈陽斯達博材料有限公司）;粉煤灰-I級（丹東華能電廠）;海水：取自大連市星海灣天然海水。混凝土的配合比如水泥∶粉煤灰∶鋼纖維∶粗骨料∶海砂∶海水∶減水劑為1∶0.176∶3.11∶2.348∶0.497∶0.012。

1.2 鋼纖維配置

由于鋼纖維采用L型弓型鋼纖維，這里計算長度取名義長度，分別取用5mm、10mm、15mm;另外根據國內外鋼纖維體積率經驗[5]，配置鋼纖維體積率為0.5%、1%、1.5%、2%。根據數據配比，做好尺寸為150cm3×150cm3×150cm3的C30、C50的SRAC試件。

1.3 試驗方法

試件按照標準養生室環境進行養生，28d后，按照《普通混凝土力學性能試驗方法》（GB/T 50081-2016）[6]開展混凝土劈裂強度檢測。

2? 試驗結果與分析

隨著加載的進行到極限荷載的30%時，試件軸中心附近出現裂縫，并有“吱吱”的響聲，當加載至極限荷載時，混凝土試件被劈裂開，劈裂面在上下壓板條的對中線附近，且近似成為一條直線，反映劈裂效果較好。

2.1 鋼纖維摻量對劈裂強度的影響

隨著鋼纖維摻量的增加，劈裂強度呈現先增加后降低的趨勢，如圖1所示。可以發現，當鋼纖維摻量至混凝土體積1.5%時，劈裂強度達到最大值6.23MPa;而后隨著鋼纖維體積率繼續增加，劈裂強度下降明顯，達到5.45MPa，降低率照比最高值達12.5%。以上說明鋼纖維摻量會直接影響混凝土抗拉強度，適當鋼纖維可以有效增強界面黏結性，而過量鋼纖維摻入，增加了界面數量，使得界面在劈裂強度試驗中，以較大概率開裂，反而影響海水海砂混凝土抗拉強度，因此混凝土抗拉強度是鋼纖維增韌和界面損傷共同作用的結果。

2.2 鋼纖維長度對劈裂強度的影響

隨著鋼纖維名義長度的增加，劈裂強度呈現逐漸增的趨勢，見圖2所示。可以發現，當鋼纖維摻量至混凝土體積1.5%時，劈裂強度達到最大值6.23MPa;而后隨著鋼纖維體積率繼續增加，劈裂強度下降明顯，達到5.45MPa，降低率照比最高值達12.5%。以上說明鋼纖維摻量會直接影響混凝土抗拉強度，適當鋼纖維可以有效增強界面黏結性，而過量鋼纖維摻入，增加了界面數量，使得界面在劈裂強度試驗中，以較大概率開裂，反而影響海水海砂混凝土抗拉強度，因此混凝土抗拉強度是鋼纖維增韌和增加了界面量導致界面損傷共同作用的結果。

2.3 混凝土強度等級對劈裂強度的影響

隨著混凝土強度等級提高，立方體抗拉強度得到提升，這是由于混凝土強度等級提高，混凝土內部致密，即使鋼纖維摻量過大，界面增多，混凝土內部的致密性也會使得混凝土基材與鋼纖維界面過渡區搭接結構增強，進而提高混凝土抗拉強度。

3? 結語

（1）隨著鋼纖維體積率的增加，立方體抗拉強度呈現先增加后降低的趨勢，且鋼纖維體積率1.5%抗拉強度達到最大值。

（2）鋼纖維名義長度越長，界面搭鏈效果越好，抗拉強度越大。

（3）混凝土強度等級越高，抗拉強度越大。

參考文獻

[1] Zhou YW， Wang XW， Sui LL，et al. Effect of mechanical fastening pressure on the bond behavior of hybrid-bonded FRP to concrete interface[J].Composite Structures，2018（204）：731-744.

[2] 殷雨時，范穎芳，吳建鑫，等.納米高嶺土改性環氧樹脂力學性能研究[J].混凝土，2019（7）：128-130，136.

[3] 殷雨時，范穎芳，徐義洪.粗糙度對CFRP-混凝土界面剪切黏結性能的影響[J].建筑材料學報，2018（2）：202-207.

[4] American Society of Civil Engineers[S].Report card for Americas infrastructure，2005.

[5] Maeder V. Volatile corrosion inhibitor film formation on carbon steel surface and its inhibition effect on the atmospheric corrosion of carbon steel[J].Apply Surface Science，2006（253）：1343-1349.

[6] 中華人民共和國住房與城鄉建設部.GB/T 50081-2016，普通混凝土力學性能試驗方法標準[S].北京：中國建筑科學研究院，2016.