不同種類鋼纖維對(duì)混凝土軸心抗壓性能的影響

王 兵，林澤樺，閔金偉

(江西理工大學(xué) 土木與測(cè)繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000)

0 前 言

混凝土作為最廣泛使用的建筑材料，具有抗壓強(qiáng)度高、成型方便、就地取材等眾多優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)也存在收縮大、抗拉強(qiáng)度小及韌性差等缺點(diǎn)[1]，有研究表明[2-4]纖維的摻入能提高混凝土的各項(xiàng)性能。

目前，對(duì)聚丙烯纖維混凝土、鋼纖維混凝土、玄武巖纖維混凝土、碳纖維混凝土以及混雜纖維混凝土的研究報(bào)道較多。多數(shù)學(xué)者是通過改變纖維的摻量和尺寸來研究混凝土的力學(xué)性能，梁寧慧等[5]和周興宇等[6]的研究表明，在混凝土中加入聚丙烯纖維能夠提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉韌性；emsi等[7]和Liang等[8]的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著鋼纖維摻量的增加而增大；張玉杰等[9]和李悅等[10]研究發(fā)現(xiàn)，隨著鋼纖維的不斷增加，混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度、抗劈裂強(qiáng)度、彎曲韌性和抗沖擊性均有不同程度提高，且長(zhǎng)鋼纖維對(duì)混凝土性能的影響優(yōu)于短鋼纖維。將鋼纖維摻入混凝土中來加強(qiáng)其性能的研究有很多，但是，對(duì)于剪切型和端鉤型兩種不同種類鋼纖維對(duì)混凝土的軸心抗壓性能影響的研究不多。

本文通過混凝土軸心抗壓試驗(yàn)，研究剪切型和端鉤型鋼纖維對(duì)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和受壓破壞后裂縫開展情況，來探索剪切型和端鉤型鋼纖維對(duì)混凝土性能的影響，并比較兩種鋼釬維對(duì)混凝土的加強(qiáng)效果。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用如下：水泥為贛州瑞金萬(wàn)年青水泥P·O42.5R級(jí)；砂子采用河砂，細(xì)度模數(shù)為2.8的中砂，經(jīng)過篩選后最大粒徑為5 mm；石子為贛州某公司生產(chǎn)的5～20 mm連續(xù)級(jí)配石灰?guī)r碎石；減水劑使用木質(zhì)素磺酸鹽類普通減水劑，減水率為12%；鋼纖維為衡水某公司生產(chǎn)，兩種鋼纖維性能見表1，外觀見圖1。

表1 鋼纖維性能參數(shù)表

圖1 鋼纖維外觀圖

1.2 試驗(yàn)配合比

參考國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55—2011)[11]，試驗(yàn)采用砂率為42%，水灰比為0.42。最終配合比見表2，表中A0～A7分別代表8組試驗(yàn)。通過改變端鉤型鋼纖維的體積摻量(0.5%、1%、1.5%、2%)和剪切型纖維的體積摻量(0.5%、1%、1.5%、2%)，用單摻和混摻的方式來對(duì)比不同組混凝土的性能，共8組。為了更好地對(duì)比兩種鋼纖維對(duì)混凝土的影響，各組混凝土都使用了相同配合比，且為了避免因原材料性能差異給混凝土性能帶來的離散性，試驗(yàn)的材料都是同一批次生產(chǎn)[5]。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)參考《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(CECS 13—2009)[12]進(jìn)行。軸心抗壓試驗(yàn)采用100 mm×100 mm×300 mm的試件。每組試驗(yàn)3個(gè)試件，共24個(gè)試件。混凝土試件在同一養(yǎng)護(hù)室中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)。

表2 混凝土配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 鋼纖維對(duì)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的影響

軸心抗壓試驗(yàn)采用全自動(dòng)混凝土壓力試驗(yàn)機(jī)DYE-2000S，如圖2可知，A3組的軸心抗壓強(qiáng)度比A0組的增加了13.2%，隨著鋼纖維摻量不斷增加，混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度在不斷提升，但增幅不大。將A6和A7組與A0組對(duì)比可知，A6、A7組軸心抗壓強(qiáng)度分別增加了10.4%、20.8%。A6組為摻入2%端鉤型鋼纖維，A7組為摻入2%剪切型鋼纖維，所以在鋼纖維摻量相同時(shí)，剪切型鋼纖維對(duì)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的加強(qiáng)效果比端鉤型鋼纖維更好。

圖2 各組軸心抗壓強(qiáng)度

2.2 鋼纖維對(duì)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的影響

由圖3可知，①?gòu)脑噳K破壞后的外貌完整度及破碎顆粒脫落情況來看，A0組破壞后的外貌完整度最差，并且有大片的破碎顆粒脫落；A1組破壞后的外貌完整度比A0組好，但也有一些破碎顆粒脫落；A2組破壞后的外貌完整度較好，只有少量的破碎顆粒脫落，A3～A7組破壞后的外貌完整度都很好，幾乎沒有破碎顆粒脫落；②從試塊破壞后的裂縫數(shù)量及寬度可以看出，A0組有一條從上而下的主裂縫，而且大裂縫周圍有很多小裂縫，屬于典型的脆性破壞；A1組仍然有一條主裂縫，但裂縫寬度比A0組的小，且裂縫周圍的小裂縫不多；A2組沒有明顯主裂縫，有較多小裂縫，寬度不大；A3～A7組都只有些零星小裂縫，而且裂縫寬度窄。綜上所述，混凝土中隨著鋼纖維的摻量的增加可使混凝土破壞后的完整度提高，裂縫的寬度及數(shù)量減小，增加了混凝土的韌性，使混凝土更安全，更穩(wěn)定。而A7組基本上無可見裂縫產(chǎn)生，所以剪切型鋼纖維對(duì)抑制混凝土在受壓破壞后產(chǎn)生裂縫的效果要好于端鉤型鋼纖維。

3 結(jié) 論

1)鋼纖維的摻入能增加混凝土軸心抗壓強(qiáng)度，但增強(qiáng)效果不明顯，當(dāng)鋼纖維體積摻量2%時(shí)(A3～A7)，A7組的軸心抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土(A0)的強(qiáng)度增加得最多，增加了20.8%，所以剪切型鋼纖維對(duì)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)效果要好于端鉤型鋼纖維，A3～A7組中的鋼纖維摻量都為2%，但軸心抗壓強(qiáng)度無明顯變化規(guī)律，所以鋼纖維的單摻和混摻的對(duì)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度影響不大。

(a)A0

(b)A1

(c)A2

(d)A3

(e)A4

(f)A5

(g)A6

(h)A7

2)鋼纖維的摻入會(huì)使混凝土破壞后的完整度更好，破壞時(shí)產(chǎn)生的裂縫更少，裂縫寬度更小，抑制裂縫的開展，增加了混凝土的韌性。隨著鋼纖維摻量的增加，鋼纖維混凝土受壓破壞產(chǎn)生裂縫越少，且剪切型鋼纖維對(duì)抑制混凝土在受壓破壞后產(chǎn)生裂縫的效果要好于端鉤型鋼纖維。

3)基于對(duì)剪切型和端鉤型兩種不同種類鋼纖維混凝土軸心抗壓試驗(yàn)結(jié)果分析可知，剪切型鋼纖維對(duì)混凝凝土的軸心抗壓性能的加強(qiáng)要好于端鉤型鋼纖維。

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