骨料粒徑與微鋼纖維體積含量對混凝土劈裂抗拉強度的影響

魯先福 朋云霞 李 婷

(1.安徽建筑大學 安徽 合肥 230601；2.淮南師范學院 安徽 淮南 232038；3.浙江工貿職業技術學院 浙江 溫州 325003)

一、實驗概況

(一)試驗材料

水泥：采用P·O 42.5級水泥。

粉煤灰：采用II級粉煤灰。

鋼纖維：采用贛州大業金屬纖維有限公司生產的微鋼纖維；纖維直徑均為0.2mm，纖維長度為13mm，拉伸強度均大于2850MPa。

減水劑：采用聚羧酸高效減水劑。

水：選用自來水，符合設計標準用水要求。

骨料：本課題采用的粗骨料粒徑大小分三種，分別為(5～10)mm、(10～15)mm、(15～20)mm；細骨料(砂子)：采用溫州普通河砂，細度模數2.97。

(二)試驗配合比設計

在本次實驗研究中，以基體混凝土強度等級為C30和C50分別進行鋼纖維混凝土配合比設計。鋼纖維混凝土的配合比參照《普通混凝土配合比設計規程》[1](JGJ 55-2011)、《鋼纖維混凝土》(JG/T 472-2015)、《高強混凝土應用技術規程》(JGJ 281-2012)等相關規定進行設計。通過設計計算、試配，最終確定鋼纖維混凝土配合比，詳細見表1:

表1 實驗配合比

(三)試驗設備

采用MTS公司生產的500t微機控制電液伺服壓力試驗機，100L混凝土臥式攪拌機。

(四)試件制作及測試

按照上述試驗配合比制作試件，首先將粗細骨料、水泥、粉煤灰、礦粉等材料依次倒入100L混凝土臥式攪拌機干拌3分鐘，然后開始加入水與外加劑混合制成的混合溶液繼續攪拌3.5分鐘，觀察鋼纖維混凝土流動性達標的情況下，用篩子篩取鋼纖維，邊攪拌邊加入鋼纖維直至完全加入，攪拌3分鐘裝模，最后放在水平臺上靜置，3天后拆模，統一搬入養護室養護28d搬出養護室干燥一天。采用MTS公司生產的500t微機控制電液伺服壓力試驗機以2KN/s的加載速率測定試件的劈裂抗拉強度。

二、試驗結果及分析

(一)試驗結果

通過試驗測得每組三個試件劈裂抗拉強度平均值列于下表2。

表2 劈裂抗拉強度結果

根據以上數據，得出以下結論：

(1)對于C30混凝土來說鋼纖維體積含量為2%，骨料粒徑為(15～20)mm的鋼纖維混凝土劈裂抗拉強度達到最大，排在其后的分別骨料粒徑為(10～15)mm、(5～10)mm，最小的為素混凝土。當纖維含量為1%時，骨料粒徑為(5～10)mm大于粒徑為(10～15)mm的混凝土劈裂抗拉強度，強度最大的還屬骨料粒徑為(15～20)mm鋼纖維混凝土。對于C50混凝土來說隨鋼纖維體積含量逐漸增加時，劈裂抗拉強度也是相應增加，但強度最大的為粒徑較小的骨料，本實驗中粒徑為(5～10)mm、(10～15)mm鋼纖維混凝土劈裂抗拉強度達到最大，其次是粒徑為(15～20)mm骨料，素混凝土為最小。

(2)在C30混凝土中，在相同的骨料粒徑下，當鋼纖維體積含量逐漸增加時，劈裂抗拉強度也都相應增加，但各自增加幅度是不同的。通過計算得知，當鋼纖維體積含量由0增加到1%時，粗骨料粒徑為0mm、(5～10)mm、(10～15)mm、(15～20)mm鋼纖維混凝土的劈裂抗拉強度分別增加161.5%、84.0%、75.0%、41.2%。這說明鋼纖維加入C30混凝土中，顯著增強了混凝土的劈裂抗拉強度，但隨著混凝土中粗骨料粒徑的增大，劈裂抗拉強度增加的幅度在逐漸變小。當鋼纖維體積含量由1%增加到2%時，粗骨料粒徑為0mm、(5～10)mm、(10～15)mm、(15～20)mm鋼纖維混凝土的劈裂抗拉強度分別增加61.8%、32.6%、71.4%、54.2%。這說明繼續在混凝土中加入較多量的鋼纖維，劈裂抗拉強度也會隨之增加，但在骨料粒徑較小的混凝土中增加的幅度較之前減少，在骨料粒徑較大的混凝土中增加的幅度較之前略有增加。在一定范圍內，強度較低的鋼纖維混凝土中，較高纖維體積含量與較大粒徑粗骨料對混凝土劈裂抗拉強度起到促進作用[2-3]。