摻鋼纖維新型混凝土性能與社會經(jīng)濟效益研究

楊鵬 吳皖蘭 余方婷 馮國琴

摘要：混凝土抗壓強度是實際工程應用時的重要指標，為使鋼纖維混凝土在工程中得到更有效的應用，對四種鋼纖維混凝土在摻量為2% 時的抗壓強度進行研究分析，與未加鋼纖維的混凝土進行對比分析。再對端勾鋼纖維進行不同摻量下混凝土抗壓強度試驗研究分析，在摻量0%-2%時，抗壓強度不斷提高，后摻量增加抗壓強度不斷下降。

關鍵詞：鋼纖維混凝土;抗壓強度;端勾鋼纖維

中圖分類號：TU528? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

鋼纖維混凝土較普通混凝土性能有很大程度的提升，目前已經(jīng)在我國的眾多工程中得到廣泛的應用并取得了良好的效果。但由于鋼纖維混凝土在初始階段的造價相對來講要高一些，有些工程會因為初期成本較高而沒有使用[1]。本試驗旨在進一步量化不同鋼纖維摻量對混凝土力學性能的影響，對不同鋼纖維摻量下混凝土力學性能提升情況進行試驗研究，以求找到更加經(jīng)濟且力學性能優(yōu)越的新型混凝土配合比方案。同時，改善傳統(tǒng)混凝土應用的局限性，為工程選材提供更優(yōu)的選擇。

1 試驗概況

1.1 試驗材料

水泥：PO·42.5

粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰，密度2.4g/cm3

粗骨料：天然粗骨料，考慮泥沙影響進行水洗

細骨料：Ⅱ區(qū)中砂河砂

減水劑：LF101高效減水劑

水：采用普通自來水

波浪型鋼纖維：長度為40mm，長徑比為50，抗拉強度1000Mpa

端勾型鋼纖維：長度為40mm，長徑比為50，抗拉強度1000Mpa

鍍銅型鋼纖維：長度為25mm，長徑比為50，抗拉強度2000Mpa

銑削型鋼纖維：長度為40mm，長徑比為50，抗拉強度700Mpa

1.2 試驗方案

1.2.1配合比

（1）不同鋼纖維混凝土的抗壓強度

為研究鋼纖維混凝土的基本力學性能，參考國家行業(yè)標準 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》[2]和JGJ/T 221—2010《纖維混凝土應用技術規(guī)程》[3]，以鋼纖維體積摻量為參數(shù)研究添加不同種類鋼纖維對混凝土抗壓強度的影響，選取波浪型鋼纖維、端勾型鋼纖維、鍍銅型鋼纖維和銑削型鋼纖維四種鋼纖維以2%體積摻量添加至混凝土中，同時制備無鋼纖維體積摻量的混凝土空白對照組，每種鋼纖維混凝土制備標準試塊3塊，具體配比如表1所示。

（2）端勾鋼纖維混凝土不同摻量下的抗壓強度

在不同鋼纖維混凝土的抗壓強度基礎之上，選擇具有代表性的端勾鋼纖維，研究不同體積摻量的端勾鋼纖維對混凝土抗壓強度的影響，得到最優(yōu)經(jīng)濟效益下的鋼纖維體積摻量。選取體積摻量0.5%、1%、1.5%、2.5%、3%、3.5%（由于2%體積摻量試驗數(shù)據(jù)已得到，此次試驗省略此摻量）的端勾鋼纖維添加至混凝土中，每種鋼纖維混凝土制備標準規(guī)格的試塊3塊。在得到最優(yōu)抗壓強度區(qū)間后細化體積摻量完成相應試驗。

1.2.2試件的制作步驟及養(yǎng)護

將試驗材料在混凝土攪拌機中混合，具體過程如下：將水泥、石、砂依次投入攪拌機中干拌2min，隨后分兩次將鋼纖維加入攪拌機中攪拌1min，使鋼纖維與骨料充分攪拌均勻后加入水攪拌2min左右。在試驗過程中，保證鋼纖維混凝土各材料攪拌均勻。將混凝土拌合物倒入150mm×150mm×150mm模具后放于振動臺上振搗均勻，放置24h后拆模放入混凝土養(yǎng)護箱中養(yǎng)護28d（溫度20±2℃，濕度≥95%）后進行抗壓強度測試[4]。

1.2.3試件抗壓強度試驗

試驗根據(jù)《混凝土強度檢驗評定標準》（GB/T 50107-2010）進行。測試混凝土抗壓強度時，采用實驗室中DYE-2000型號的混凝土壓力試驗機進行測試。測試時記錄試塊破壞時的破壞荷載，三個試塊為一組，剔除結(jié)果差異較大的數(shù)據(jù)，最終結(jié)果取平均值。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 不同鋼纖維混凝土的抗壓強度結(jié)果

添加不同種類鋼纖維混凝土立方體抗壓強度結(jié)果見圖1。

由圖1可知，添加鋼纖維使混凝土的抗壓強度均有提升，其中波浪型鋼纖維、鍍銅型鋼纖維與銑削型鋼纖維的加入對于混凝土抗壓強度的提升率結(jié)果相近，在12%-13%之間，而端勾鋼纖維的添加對于混凝土抗壓強度的提升率較其它鋼纖維大，考慮到鋼纖維價格，在后續(xù)試驗中選定端勾型鋼纖維繼續(xù)。

2.2 端勾鋼纖維混凝土不同摻量下的抗壓強度結(jié)果

分別選取體積摻量0-3.5%中的端勾型鋼纖維添加至混凝土中，在體積摻量0增加至2%時，抗壓強度不斷提高，在2%時提升率達到15.3%。再繼續(xù)增加鋼纖維體積摻量，從2%增加至3.5%時，抗壓強度逐步下降，在體積摻量為3.5%下降了12.1%，試驗繼續(xù)增加鋼纖維體積摻量已無意義。

在試驗中我們觀察到鋼纖維體積摻量過大時，攪拌機中鋼纖維并不能很好的分布于混凝土中，發(fā)生結(jié)團現(xiàn)象，對混凝土抗壓強度產(chǎn)生不利影響。除此之外，為增加試驗完整性，對鍍銅微絲鋼纖維進行試驗，添加至混凝土中對混凝土抗壓強度提升率微小，對混凝土的抗拉強度、裂縫長度也無較大改善。

考慮到實際經(jīng)濟效益，同時避免鋼纖維在攪拌機中的結(jié)團現(xiàn)象，選取鋼纖維體積摻量為1.5%-2.5%區(qū)間繼續(xù)完善試驗，如圖2所示。

3鋼纖維混凝土社會經(jīng)濟效益分析

3.1社會效益分析

鋼纖維混凝土現(xiàn)多應用于路面工程，但在房屋工程中的應用也應慢慢得到普及[5]。特別是在地震多發(fā)地帶，鋼纖維混凝土抗拉強度的提升在抗震方面將會得到良好應用。

在混凝土抗壓強度測試中，混凝土試塊破壞時表面裂縫較少，試塊未完全破碎，與素混凝土形成強烈對比。這在地震災害發(fā)生時能更好地保證居民生命安全，減少由建筑物破損等原因造成的砸傷等危害。

3.2經(jīng)濟效益分析

對比市場上的鋼纖維價格，端勾型鋼纖維和波浪型、銑削型鋼纖維價格基本相同，為4600元/噸，鍍銅鋼纖維價格稍高，為6400元/噸。其中端勾鋼纖維的市場價格較低，購買方便，在實際工程應用中性價比較其它種類鋼纖維高。如表4，在應用時，鋼纖維體積摻量建議選擇1.5%-2%之間，混凝土抗壓強度提升效果顯著，在2%左右出現(xiàn)峰值。當摻量超過2%時，混凝土的成本增加，抗壓強度提升效果也開始下降。

4 結(jié)論

（1）通過在混凝土中加入四種不同的鋼纖維對比抗壓強度對于素混凝土的提升率，發(fā)現(xiàn)端勾型鋼纖維混凝土在體積摻量2%時的抗壓強度提高最多達到15.3%。

（2）端勾鋼纖維混凝土在體積摻量0-2%區(qū)間內(nèi)抗壓強度不斷提高，超過2%后抗壓強度開始下降。

（3）隨著鋼纖維體積摻量的不斷增加，鋼纖維在混凝土攪拌機內(nèi)發(fā)生結(jié)團，對攪拌機的運轉(zhuǎn)產(chǎn)生一定阻礙，這使得鋼纖維發(fā)生浪費。

（4）考慮鋼纖維混凝土在房屋應用中的社會經(jīng)濟效益，對于鋼纖維體積摻量可選擇1.5%-2%，選擇鋼纖維類型為端勾鋼纖維更佳，在房屋建筑的抗震方面有良好發(fā)展前景。

參考文獻

[1]胡鳳華.鋼纖維混凝土性能與應用前景[J].中國新技術新產(chǎn)品，2013（04）：181.

[2]普通混凝土配合比設計規(guī)程：JGJ 55—2011[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]纖維混凝土應用技術規(guī)程：JGJ/T 221—2010[S].北京.中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]張玉杰，陳炳聰，汪洋.鋼纖維混凝土基本力學性能試驗研究[J].混凝土，2020（04）：74-77.

[5]蒙云，翟武權(quán).發(fā)展 SFRC 路面的社會、經(jīng)濟效益分析[J].重慶交通學院學報，1997（03）：51-55+57+65.

作者簡介：楊鵬，男，2001年2月出生，本科在讀，江蘇鎮(zhèn)江，212100