程舜

（山東省萊州市水務局，山東萊州 261400）

混雜纖維改善LC30輕骨料混凝土性能試驗研究

程舜

（山東省萊州市水務局，山東萊州 261400）

以LC30輕骨料混凝土為試驗對象，研究了輕骨料預濕時間對混凝土抗壓強度的影響，考慮了將體積率0.75%和1.5%的鋼纖維分別與摻量600g/m3和1200g/m3的聚丙烯纖維單摻或混摻對混凝土拌合物工作性能、抗壓強度、劈裂抗拉強度、拉壓比、靜力受壓彈性模量的影響。結果表明，輕骨料混凝土3d抗壓強度隨預濕時間的延長有所降低，28d抗壓強度有所增加；除單摻聚丙烯纖維對混凝土抗壓強度呈現(xiàn)負增強效應外，其余纖維均能有效改善混凝土的力學性能；采用混摻體積率0.75%的鋼纖維，600g/m3的聚丙烯纖維，在節(jié)省1/2鋼纖維的基礎上，表現(xiàn)出較好的協(xié)同混雜效應，尤以劈裂抗拉強度最為顯著。

輕骨料混凝土；鋼纖維；聚丙烯纖維；力學性能

隨著建筑技術的日新月異，建筑結構逐漸向超高層、大跨度、大尺寸的方向發(fā)展，為了縮小結構斷面，減輕結構自重，提高保溫隔熱等性能，對混凝土提出了高強輕質的要求。

輕骨料混凝土與普通混凝土相比，是一種新型的多功能材料，具有輕質、高強的特點，但其脆性大、劈裂抗拉強度低、易開裂等，限制了高性能輕骨料混凝土在實際工程中的應用。目前，利用纖維提高輕骨料混凝土性能是土木工程界研究的主要課題之一。

已有研究表明，相同水灰比的輕骨料混凝土24h開裂指數約為普通混凝土的40%～65%，輕骨料混凝土中單摻鋼纖維和聚丙烯纖維，或者混摻鋼纖維和聚丙烯纖維均能有效提高輕骨料混凝土抗裂性能。其中單摻體積率1.5%的鋼纖維，混摻體積率0.75%的鋼纖維和600g/m3的聚丙烯纖維輕骨料混凝土開裂現(xiàn)象基本消除，單摻質量分數1200g/m3聚丙烯纖維的輕骨料混凝土抗裂性能比也能夠提高95%以上。

本文在前期試驗的基礎上，進一步研究了9種單摻或混摻鋼纖維和聚丙烯纖維對LC30輕骨料混凝土坍落度、抗壓強度、劈裂抗拉強度、拉壓比、靜力受壓彈性模量的影響，為工程實踐和應用提供依據。

1 試驗概況

1.1 主要原材料

采用的P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥、輕骨料、鋼纖維及聚丙烯纖維（如圖1～圖3）的性能依次列入表1～表4，砂細度模數2.56，粉煤灰Ⅱ級。

圖1 輕骨料

圖2 鋼纖維

圖3 聚丙烯纖維

表1 水泥的物理和力學性能

表2 輕骨料的主要物理性能

表3 鋼纖維性能指標

表4 聚丙烯纖維性能

1.2 LC30混凝土配合比

LC30混凝土配合比如表5。

表5 輕骨料混凝土配合比［1］單位：kg/m3

1.3 試驗試件尺寸

（1）抗壓、劈裂抗拉強度：100mm×100mm× 100mm。

（2）靜力受壓彈性模量：150mm×150mm×300mm［2］。

2 試驗結果及分析

試驗共設計了9組纖維摻量，編號PF-ij，i= 0，1，2代表聚丙烯摻量分別為0，600，1200g/m3，j= 0，1，2分別代表鋼纖維體積率為0，0.75%，1.5%。

2.1 預濕時間對輕骨料混凝土抗壓強度影響

輕骨料與普通骨料在配置混凝土時不同之處在于需要提前進行預濕水處理［3］，不同的預濕水處理時間決定著輕骨料陶粒在混凝土內部吸水返水作用的發(fā)揮，進而影響著不同齡期混凝土力學性能。

隨著輕骨料預濕時間的延長，輕骨料混凝土3d抗壓強度依次降低，28d抗壓強度則依次增大，這是因為輕骨料孔隙率和吸水率較大，沒有經過預濕或預濕不充分的輕骨料，3d時從水泥漿體中吸取水分，造成骨料界面間水灰比降低，故不預濕時混凝土抗壓強度最大。預濕時間越長，骨料界面處水灰比越大，所以抗壓強度依次降低。28d時，輕骨料混凝土中的陶粒充分吸收了水泥漿體中的部分水，使得參與水泥水化反應的水減少，同時水的減少使得混凝土內部養(yǎng)護條件變差，因而抗壓強度變低。此外，經過充分預濕的輕骨料在后期還可以釋放一部分吸收的水，在利于水泥水化反應的同時，還增強骨料表面過渡區(qū)的密實度，表現(xiàn)為混凝土抗壓強度增加。

本文后續(xù)試驗對輕骨料均提前24h進行浸水預濕處理。

2.2 纖維對輕骨料混凝土拌合物坍落度的影響

混凝土摻入纖維后，其拌合物的坍落度都有所降低，究其原因是聚丙烯和鋼纖維的比表面積較大，輕骨料混凝土中加入纖維后，大量的水泥漿體包裹在纖維表面，使混凝土中包裹粗、細骨料的水泥漿體數量相對減少，混凝土拌合物的粘度增加，坍落度降低。其中混摻體積率1.5%的鋼纖維，1200g/m3聚丙烯纖維的混凝土坍落度最小，僅為素混凝土坍落度的66.7%，其余坍落度大致處在一個水平，約為素混凝土坍落度的76%～85%。試驗還測定了纖維輕骨料混凝土拌合物30min后的坍落度損失值，發(fā)現(xiàn)大致在98～108mm之間，即纖維種類和纖維摻量對混凝土拌合物后期坍落度損失值影響較小。試驗中還發(fā)現(xiàn)，雖然兩種纖維單摻或者混摻都會一定程度降低混凝土拌合物的流動性，但混凝土拌合物的黏聚性和保水性有所增強，明顯減少了輕骨料混凝土的離析泌水現(xiàn)象。

2.3 纖維對輕骨料混凝土抗壓強度影響

加入鋼纖維使LC30輕骨料混凝土28d抗壓強度分別提高8.3%和12.9%，表現(xiàn)為正增長效應，而聚丙烯纖維的加入使抗壓強度降低1.2%和4.6%，呈現(xiàn)一定的負增長效應。這主要是由鋼纖維和聚丙烯纖維的彈性模量決定的［4-5］。相比較素輕骨料混凝土，4組混雜纖維可以使LC30混凝土抗壓強度增加3.3%～9.8%。其中混摻鋼纖維體積率0.75%，聚丙烯纖維600g/m3可以使抗壓強度提高8.0%。

2.4 纖維對輕骨料混凝土劈裂抗拉強度影響

摻入鋼纖維和聚丙烯纖維后，輕骨料混凝土劈裂抗拉強度均有所增加。相比較素混凝土，4組混雜纖維可以使LC30混凝土劈裂強度提高19.4%～ 29.5%，表現(xiàn)出較好的協(xié)同混雜效應，其中混摻鋼纖維體積率0.75%，聚丙烯纖維600g/m3對劈裂抗拉強度增強效果最好。

2.5 纖維對輕骨料混凝土拉壓比影響

LC30輕骨料混凝土28d時摻入纖維后，拉壓比均有所增加，單摻聚丙烯纖維600g/m3，混凝土拉壓比最大，可以達到0.149。混摻鋼纖維體積率0.75%，聚丙烯纖維600g/m3的混凝土拉壓比為0.146，優(yōu)于單摻鋼纖維的0.137。

2.6 纖維對混凝土彈性模量影響

LC30輕骨料混凝土靜力受壓彈性模量試驗值為28.7GPa，摻入體積率0.75%和1.5%鋼纖維后，其靜力受壓彈性模量較素輕骨料混凝土的相應值分別提高6.6%和8.0%，鋼纖維摻量變化對其彈性模量的影響很小。這是因為在測定輕骨料混凝土靜力受壓彈性模量試驗中，施加荷載只有破壞荷載的40%，雖然鋼纖維具有一定的約束作用，但此時鋼纖維所受的應力較小，鋼纖維的增強增韌效果沒有得到完全發(fā)揮［6-7］。摻入600g/m3和1200g/m3的聚丙烯纖維后，LC30混凝土靜力受壓彈性模量略有降低，為素混凝土彈性模量的97.9%和93.4%。此外，同時混摻鋼纖維和聚丙烯纖維的4組彈性模量試驗值約為素輕骨料混凝土靜力受壓彈性模量的99%～105.2%，變化幅度不大?？梢哉J為，混摻纖維對LC30輕骨料混凝土靜力受壓彈性模量無明顯影響。

3 結語

混摻鋼纖維體積率0.75%，聚丙烯纖維600g/m3可以有效提高LC30混凝土抗壓強度、劈裂抗拉強度、拉壓比，其中劈裂抗拉強度的提高尤為明顯，建議采用。

［1］JGJ51—2002，輕骨料混凝土技術規(guī)程［S］.

［2］CECS13：2009，纖維混凝土試驗方法標準［S］.

［3］王海濤，王立成.鋼纖維改善輕骨料混凝土力學性能的試驗研究［J］.建筑材料學報，2007，10（2）:188-194.

［4］高建明，董祥.纖維增強高性能輕骨料混凝土物理力學性能、抗凍性及微觀結構研究［D］.南京:東南大學，2004.

［5］張寶生，孔麗娟，袁杰.輕骨料預濕程度對混合骨料混凝土力學性能影響［J］.混凝土，2006，204（10）:24-27.

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［7］Zhang.M.H，Gjorv.O.E.Mechanical properties of high-strength lightweight concrete［J］.ACI Material Journal，1981，88（3）: 240-247.

Experimental Study on Properties of Hybrid Fiber Reinforced LC30 Lightweight Aggregate Concrete

CHENG Shun
（Laizhou Water Authority of Shandong，Laizhou 261400，China）

Experiments were carried out to study the LC30 lightweight aggregate concrete affected by different pre-wetting time of lightweight aggregate，steel fiber volume fraction of 0.75%and 1.5%combined with polypropylene fiber of 600g/m3or 1200g/m3are considered to research influence on slump of concrete mixture，compressive strength，splitting tensile strength，tension and compression ratio and modulus of elastic。The results show that three days compressive strength of lightweight aggregate concrete will decrease with the increase of pre-time，however，28 days compressive strength will increase；except that compressive strength of concrete will show a negative enhancement effect with single polypropylene fiber，other fiber tests can effectively improve the mechanical properties of concrete；there is not only an positive hybrid effect when the steel fiber volume fraction is 0.75%mixed with polypropylene fiber of 600g/m3，especially on splitting tensile strength，but also save half steel fiber.

lightweight aggregate concrete；steel fiber；polypropylene fiber；mechanical properties

TU528

B

1672-9900（2014）03-0045-03

2014-03-06

程舜（1982-），男（漢族），山東萊西人，工程師，主要從事水工結構方面的工作，（Tel）15106502907。