孫 麗，宋麗莎，邢 通，曹晨杰，李曉克

(華北水利水電學(xué)院土木與交通學(xué)院，河南鄭州450045)

在混凝土中加入抗拉強(qiáng)度高、韌性好、短而細(xì)的纖維可改善混凝土的性能.研究表明，高彈性模量纖維可以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和韌性，但其價格較高，而低價、低彈模、高延性的纖維雖對強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，卻在解決混凝土早期塑性開裂，減少混凝土干燥收縮變形等方面具有獨(dú)特作用［1］.因而采用不同性能的纖維進(jìn)行混雜增強(qiáng)，使其在不同的混凝土結(jié)構(gòu)層次、性能層次上充分發(fā)揮各種纖維的尺度和性能效應(yīng)，達(dá)到逐級阻裂和強(qiáng)化的功能，由此誕生了新型混凝土——混雜纖維混凝土.

目前關(guān)于混雜纖維混凝土力學(xué)性能已有相應(yīng)研究，但對混雜纖維混凝土工作性能的研究鮮有報道［2］.筆者通過混雜纖維混凝土拌合物的坍落度試驗，分析鋼纖維和聚丙烯纖維混雜對混雜纖維混凝土拌合物工作性能的影響.

1 試驗概況

1.1 試驗材料

原材料采用強(qiáng)度等級42.5和52.5的普通硅酸鹽水泥，連續(xù)級配碎石(粒徑5～20 mm，通過篩分試驗確定5～10 mm和10～20 mm粒徑的石子級配為3.5∶6.5)，細(xì)度模數(shù)為3.3 的天然河砂，聚羧酸系高效減水劑，鋼板剪切直型鋼纖維.原材料的性能指標(biāo)見表1—4.

表1 水泥的物理力學(xué)性能

表2 砂、碎石的物理力學(xué)性能

表3 鋼纖維特性參數(shù)

表4 聚丙烯纖維性能指標(biāo)

1.2 試驗方法及拌合工序

試驗按現(xiàn)行《纖維混凝土試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(CECS 13∶2009)和《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50080—2002)進(jìn)行［3－4］.

為使混雜纖維在基體混凝土中分散均勻，采用臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行拌合，先將石料倒入攪拌機(jī)內(nèi)，一邊分散加入鋼纖維，一邊進(jìn)行攪拌，接著加入砂、聚丙烯纖維，同時倒入50%水量的水，攪拌2 min，將減水劑倒入25%水量的水中拌合均勻，然后加入水泥和拌合好的減水劑水溶液，最后均勻加入剩余的25%的水，攪拌2 min.

1.3 試驗設(shè)計

對CF40，CF50，CF60混凝土首先按普通混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計，將水灰比和砂率作為3種強(qiáng)度等級混雜纖維混凝土的基準(zhǔn)水灰比mw/mc和砂率βs.根據(jù)預(yù)先設(shè)計的普通混凝土坍落度，通過試拌確定減水劑摻量分別為水泥質(zhì)量的 0.9%，1.0%，1.0%.鋼纖維體積分?jǐn)?shù) ρf取 0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%.聚丙烯纖維摻量 mpf取0.6，0.9，1.2 kg/m3.采用三元疊加方法進(jìn)行混雜纖維混凝土配合比設(shè)計［5］，考慮了鋼纖維包裹水泥漿的厚度(1 mm).試驗參數(shù)組合見表5.

表5 試驗參數(shù)變化組合

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 鋼纖維體積分?jǐn)?shù)對混雜纖維混凝土拌合物工作性能的影響

圖1—3分別給出了在聚丙烯纖維摻量為0.9 kg/m3時，不同鋼纖維體積分?jǐn)?shù)下CF40，CF50，CF60混雜纖維混凝土拌合物坍落度筒提起后的坍落度情況.可見所有混凝土拌合物均具有良好的黏聚性和保水性.

圖3 CF60混雜纖維混凝土隨鋼纖維體積分?jǐn)?shù)變化的坍落度情況

普通混凝土按坍落度為140～160 mm進(jìn)行配合比設(shè)計.圖4為聚丙烯纖維摻量為0.9 kg/m3時，混雜纖維混凝土拌合物坍落度隨鋼纖維體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律.

圖4 混凝土拌合物坍落度隨鋼纖維體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律(mpf=0.9 kg/m3)

由圖4可見，CF40和CF50新拌混雜纖維混凝土的坍落度隨鋼纖維體積分?jǐn)?shù)的增大而降低.說明隨著鋼纖維體積分?jǐn)?shù)的增大，鋼纖維根數(shù)增加，使鋼纖維之間形成了較好的“棚架”拉結(jié)［4］，導(dǎo)致鋼纖維對混凝土拌合物流動性的約束作用增強(qiáng)，表現(xiàn)為混凝土拌合物坍落度的降低.CF40混雜纖維混凝土在鋼纖維體積分?jǐn)?shù)為2.0%時，由于纖維摻量較大，出現(xiàn)一些纖維結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，包裹鋼纖維的水泥漿量不能充分發(fā)揮包裹作用，多余的水泥漿增大了拌合物的流動性，因而坍落度有所增加.而對于CF50混雜纖維混凝土，在鋼纖維體積分?jǐn)?shù)為0.5%時，坍落度突然增大.其原因是鋼纖維的加入考慮了包裹水泥漿厚度，在水灰比不變的情況下，增大了水和水泥用量，因而水泥漿量增大，導(dǎo)致拌合物的流動性增大，坍落度相對單摻聚丙烯纖維的混凝土有所增大.對于CF60混雜纖維混凝土拌合物的坍落度，在聚丙烯纖維摻量不變的情況下，隨鋼纖維體積分?jǐn)?shù)增大呈現(xiàn)出先降后增再降的變化規(guī)律.隨著鋼纖維摻量的增加，考慮到鋼纖維包裹的水泥漿量增多，相對多余的水泥漿量增大了拌合物的流動性，坍落度變大.隨著鋼纖維體積分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增加，使得同體積混凝土中鋼纖維的根數(shù)增多，鋼纖維之間相互搭接的程度增加，導(dǎo)致纖維混凝土坍落度降低.另外，對于鋼纖維體積分?jǐn)?shù)為2.0%的混雜纖維混凝土，出現(xiàn)一些纖維結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，也會造成坍落度的降低.

2.2 聚丙烯纖維摻量對混雜纖維混凝土拌合物工作性能的影響

圖5—7分別給出了在鋼纖維體積分?jǐn)?shù)為1.0%時，不同聚丙烯纖維摻量下，CF40，CF50，CF60混雜纖維混凝土拌合物坍落度筒提起后的坍落度情況.

圖7 CF60混雜纖維混凝土的坍落度情況

圖8給出了鋼纖維體積分?jǐn)?shù)為1.0%時，混雜纖維混凝土拌合物坍落度隨聚丙烯纖維摻量的變化情況.由圖可見，在鋼纖維體積分?jǐn)?shù)不變時，隨著聚丙烯纖維摻量的增大，CF40，CF50，CF60新拌混雜纖維混凝土坍落度降低.這是由于聚丙烯纖維的直徑很小，隨著摻量的增加，比表面積隨之增大，其表面吸附的自由水也更多，從而使得集料和水泥顆粒表面的水膜變薄，增大了流動阻力，導(dǎo)致混雜纖維混凝土的流動性下降，另一方面也使混凝土黏聚性提高，沒有出現(xiàn)離析或者泌水現(xiàn)象.

圖8 混凝土拌合物坍落度隨聚丙烯纖維摻量的變化規(guī)律(ρf=1.0%)

3 結(jié)語

在聚丙烯纖維摻量不變時，CF40，CF50混雜纖維混凝土拌合物的坍落度基本呈現(xiàn)出隨鋼纖維體積分?jǐn)?shù)增大而降低的變化規(guī)律，CF60混雜纖維混凝土拌合物的坍落度呈現(xiàn)出隨鋼纖維體積分?jǐn)?shù)增大先降后增再降的變化規(guī)律.表明了混雜纖維混凝土拌合物的工作性能同時受到基體混凝土、鋼纖維和鋼纖維包裹的水泥漿量的影響.

在鋼纖維體積分?jǐn)?shù)不變時，隨著聚丙烯纖維摻量的增大，CF40，CF50，CF60新拌混雜纖維混凝土坍落度降低.

［1］徐至鈞.纖維混凝土技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［2］施磊，胡苗.鋼/聚丙烯混雜纖維混凝土性能研究［J］.北方交通，2011(5):98－100.

［3］大連理工大學(xué).CECS 13∶2009纖維混凝土試驗方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國計劃出版社，2010.

［4］中國建筑科學(xué)研究院.GB/T 50080—2002普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［5］ 趙順波，霍洪媛，宋晨曉，等.Binary superposition mix design method for SFRC Part I:principle and evaluation［J］.Advanced Materials Research，2011，168-170:2186－2190.