摘 要：通過坍落擴展度、T500、U型儀和L型儀等測試方法探討了不同水膠比、砂率及不同鋼纖維摻量條件下，鋼纖維自密實高強混凝土的制備技術(shù)，研究了不同條件下制備的鋼纖維自密實高強混凝土力學(xué)性能。結(jié)果顯示，在試驗條件下，適宜水膠比及砂率條件下鋼纖維混凝土滿足自密實混凝土工作性能要求；隨著鋼纖維摻量的增加，鋼纖維自密實混凝土的強度提高，混凝土流動性降低。研究制得的鋼纖維高強混凝土在滿足自密實性能要求條件下，抗壓強度達(dá)到CF90技術(shù)要求，抗折強度>11.0 MPa。

關(guān)鍵詞：鋼纖維；自密實高強混凝土；制備技術(shù)；力學(xué)性能

中圖分類號：TU528.53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：16744764（2013）02012906

近年來隨著結(jié)構(gòu)工程的高層化和大跨化發(fā)展，以及嚴(yán)酷使用環(huán)境對混凝土性能要求越來越高，建設(shè)工程領(lǐng)域?qū)Ω邚姵邚娀炷恋男枨笕找鎻娏?。不過，由于高強超高強混凝土的脆性較大，限制了其在工程中的廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有工程多用鋼管復(fù)合高強超高強混凝土以改善其脆性[14]，而較少采用傳統(tǒng)的鋼筋約束高強混凝土結(jié)構(gòu)形式。諸多研究表明[58]，可通過在高強超高強混凝土中摻加纖維以降低混凝土的脆性，從而可進(jìn)一步與鋼筋復(fù)合。不過，制備高強超高強混凝土?xí)r水膠比較低，獲得良好拌和物流動性相對不易，若進(jìn)一步摻入纖維，勢必嚴(yán)重影響混凝土的施工性能。制備施工性能良好的纖維增韌高強混凝土是鋼筋復(fù)合高強混凝土的關(guān)鍵技術(shù)。

此外，城市建設(shè)中混凝土工程施工也面臨著越來越多的問題，比如：噪音污染嚴(yán)重、工程進(jìn)度慢、復(fù)雜結(jié)構(gòu)澆筑困難等，這也是自密實混凝土發(fā)展的原因之一。

利用纖維增韌技術(shù)制備纖維自密實混凝土的國內(nèi)外相關(guān)成果較多[912]，不過，將纖維混凝土、高強混凝土與自密實混凝土三種技術(shù)融合在一起，制備纖維自密實高強混凝土的技術(shù)難度很大。高強混凝土的技術(shù)特點是水膠比低，與混凝土的自密實性能要求矛盾，纖維的摻入，更導(dǎo)致混凝土自密實性能難以滿足，且這些問題隨著混凝土強度的增加而加劇。彭明祥[13]已將C60鋼纖維自密實高強混凝土成功應(yīng)用于中央電視臺新臺址的建設(shè)，但針對強度等級更高的纖維自密實混凝土的制備技術(shù)的研究在國內(nèi)尚屬空白，而國外已有抗壓強度為100 MPa的纖維復(fù)合超高強自密實混凝土的研究報道[14]。本研究的目的，是研究抗壓強度滿足CF90技術(shù)要求，抗折強度≥110 MPa的纖維自密實高強混凝土制備技術(shù)。

王 沖，等：鋼纖維自密實高強混凝土的制備技術(shù)

1 原材料及試驗方法

1.1 試驗材料

水泥采用重慶拉法基水泥廠生產(chǎn)的42.5R普通硅酸鹽水泥；硅灰為挪威?？瞎镜陌刖奂瘧B(tài)硅微粉，比表面積為20 000 m2/kg；重慶騰輝新型建材有限公司生產(chǎn)的S95級礦渣，比表面積為430 m2/kg。膠凝材料的化學(xué)成分見表1所示。

粗集料為歌樂山石灰石碎石，試驗中將粒徑5～10 mm和粒徑10～20 mm各按50%混合使用。細(xì)集料采用岳陽產(chǎn)中砂，含泥量1.4%，細(xì)度模數(shù)2.3。

聚羧酸高效減水劑，含固量31%。減水劑以膠凝材料總量的質(zhì)量百分比摻入。

重慶宜筑工程纖維制造有限公司生產(chǎn)的鍍銅微鋼纖維（長度10 mm、長徑比66.7），鋼纖維的形貌示于圖1中。

1.2 試驗方法

1.2.1 鋼纖維自密實混凝土拌合物性能試驗 試驗按照中國土木工程學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)《自密實混凝土設(shè)計與施工指南》（CCES02—2004）要求的方法進(jìn)行。測試指標(biāo)包括：坍落擴展度、T500流動1.2.2 鋼纖維自密實混凝土力學(xué)性能試驗 混凝土的抗壓強度與抗折強度試驗按照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》（GB/T50081-2002）進(jìn)行。

2 鋼纖維自密實混凝土制備技術(shù)及工作性評價

2.1 自密實混凝土配合比

通過大量試驗與配合比調(diào)整，自密實混凝土配合比試驗配合比如表3所示。

2.2 自密實混凝土工作性能測試

根據(jù)試驗室的設(shè)備條件，試驗主要采用坍落擴展度試驗、T500、U型儀及L型儀這幾種檢測方法來對自密實混凝土的工作性能進(jìn)行評價。

2.2.1 水膠比對自密實高強混凝土拌合物性能的影響 試驗測試了水膠比分別為0.20、0.22及024時混凝土的拌和物自密實性能，試驗結(jié)果如圖2～5所示。

對試驗結(jié)果分析可知，水膠比對自密實高強混凝土的工作性能影響較大。水膠比為0.20時，坍落擴展度、T500、U型儀及L型儀等指標(biāo)明顯比水膠比較高時差。W/B=0.24時，T500較小，坍落擴展度也較大，但是U型儀與L型儀試驗效果不佳。W/B=0.22時工作性最好。這是因為水膠比過小，自密實混凝土拌合物粘度增大，導(dǎo)致混凝土流動性、填充性和間隙通過性能變差；水膠比過大，砂漿粘度雖然減小，但拌合物出現(xiàn)離析與泌水，混凝土的抗離析性下降。導(dǎo)致拌合物工作性能變差。

2.2.2 砂率對自密實高強混凝土拌合物性能的影響 針對砂率分別為44%、46%、48%及50%等4種不同砂率進(jìn)行了試驗。試驗結(jié)果如圖6～9。

對以上試驗結(jié)果分析可得，砂率44%時，自密實混凝土的坍落擴展度、U型儀及L型儀試驗效果都很差，但是T500時間卻是很短，這是因為砂率過低時，會造成自密實混凝土粗集料跟砂漿分離，盡管砂漿流動較快，但是自密實混凝土整體性能較差。砂率46%時，混凝土自密實混凝土坍落擴展度、T500、U型儀及L型儀試驗效果都是最佳，表明其流動性、粘聚性等各方面的指標(biāo)綜合最佳。砂率超過46%以后，隨著砂率的增加，自密實混凝土的坍落擴展度、T500、U型儀及L型儀測試值越來越差，因為隨著砂率的增加，混凝土粘聚性雖然增大，但流動性切也越來越差。

2.2.3 纖維摻量對自密實高強混凝土拌合物性能的影響 在混凝土中加入亂向分布的鋼纖維會在一定程度影響到自密實混凝土的工作性能，根據(jù)多次試驗，確定0.30%、0.60%及0.90%3種不同摻量進(jìn)行試驗，試驗中，將不同摻量纖維摻入到水膠比0.22，砂率為46%的混凝土中，測試了纖維摻量對自密實混凝土拌合物性能的影響規(guī)律。試驗結(jié)果見圖10～13。

對以上結(jié)果進(jìn)行分析可得，摻入鋼纖維后，纖維摻量0.3%時，混凝土拌合物滿足自密實混凝土工作性能要求。隨著鋼纖維摻量的增加，混凝土拌合物坍落擴展度、T500、U型儀及L型儀試驗測試值都變差，混凝土不能滿足自密實性能要求。

2.4 鋼纖維自密實混凝土力學(xué)性能研究

2.4.1 水膠比對自密實高強混凝土力學(xué)性能的影響 試驗分別對比了0.20、0.22及0.24等3種不同的水膠比進(jìn)行力學(xué)性能試驗，分析水膠比對自密實高強混凝土力學(xué)性能的影響。試驗結(jié)果示于圖14～15。

圖14與圖15結(jié)果顯示，隨著水膠比的降低，自密實高強混凝土的抗壓強度及抗折強度都呈增長趨勢。W/B=0.22的混凝土28 d抗壓強度比W/B=0.20的降低4.2%，抗折強度降低1.8%，W/B=024時相比于W/B=0.20抗壓強度和抗折強度分別降低13.5%和7.0%。因此，選擇合適的水膠比對自密實混凝土的配制相當(dāng)重要。試驗結(jié)果表明，W/B=0.22和W/B=0.20時混凝土抗壓強度和抗折強度皆滿足試驗?zāi)繕?biāo)要求。

2.4.2 砂率對自密實高強混凝土力學(xué)性能的影響 不同砂率對自密實高強混凝土的力學(xué)性能影響測試結(jié)果見圖16～17。

通過對以上試驗結(jié)果分析可得，混凝土抗壓強度先是隨砂率的增大而提高，但是砂率超過46%后是隨砂率的增大而降低。砂率為46%時的28d齡期的抗壓強度值最大，當(dāng)砂率低于或高于46%時強度均有不同程度地降低，試驗條件下對于力學(xué)性能而言，最佳砂率為46%，這與拌合物工作性試驗結(jié)果一致。這主要是是因為砂率過低，混凝土離析，混凝土結(jié)構(gòu)不密實；隨著砂率的提高，結(jié)構(gòu)密實程度提高，抗壓強度隨之提高；當(dāng)砂率超過46% 時，砂率過大，粗細(xì)集料填充性變差，導(dǎo)致砂漿本身的密實程度降低，影響混凝土的整體均勻性，降低了混凝土的后期強度。

3.4.3 纖維摻量對自密實高強混凝土力學(xué)性能的影響 研究了纖維摻入后不同纖維體積摻量對混凝土力學(xué)性能的影響，試驗中混凝土水膠比為0.22，砂率為46%。試驗結(jié)果示于圖18～19。

通過對以上試驗結(jié)果分析可知，纖維體積摻量為0.3%和0.6%時，自密實高強混凝土28 d抗壓強度分別為98.1、102.6 MPa，抗折強度分別為11.6、12.0 MPa。但是當(dāng)纖維繼續(xù)增加時纖維自密實高強混凝土的抗壓強度及抗折強度呈下降趨勢，這是由于鋼纖維的摻量太大時導(dǎo)致自密實混凝土的工作性能變差，影響到混凝土的密實度，對結(jié)構(gòu)性態(tài)造成負(fù)面影響。

3 結(jié) 論

1）制備了拌和物工作性能基本滿足CCES 022004工作性要求的纖維自密實高強混凝土，其混凝土水膠比為0.22、砂率46%，鋼纖維摻量0.30%。

2） 滿足自密實性能要求的前提下，制得的纖維自密實高強混凝土抗壓強度滿足CF90技術(shù)要求，抗折強度>11.0 MPa。

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（編輯 胡 玲）