吳 濤, 楊 雪, 劉 喜

(長(zhǎng)安大學(xué) 建筑工程學(xué)院, 陜西 西安 710061)

自密實(shí)輕骨料混凝土(SCLC)是一種兼具自密實(shí)混凝土良好工作性與輕骨料混凝土輕質(zhì)高強(qiáng)等特性的新型高性能混凝土.其澆筑時(shí)無需外力振搗,在自重作用下即可有效填充、密實(shí)鋼筋間隙和模板,尤其適用于在新建或加固工程中澆筑形體復(fù)雜、壁薄、配筋密集,以及其他振搗困難的場(chǎng)合[1].但相較于自密實(shí)混凝土,SCLC還具有輕骨料混凝土脆性突出、抗拉強(qiáng)度低等缺點(diǎn),是其進(jìn)一步推廣應(yīng)用急需解決的問題.

已有研究表明,鋼纖維和聚丙烯纖維可在自密實(shí)混凝土中發(fā)揮阻裂、增韌作用,能有效改善混凝土的材料性能[2].Grabois等[3]和Khaloo等[4]研究表明,鋼纖維摻量增加可顯著提高自密實(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度及彎曲韌性,但對(duì)其工作性能和抗壓強(qiáng)度有不利影響.Iqbal等[5]研究顯示,上述結(jié)論同樣適用于SCLC.Mazaheripour等[6]研究了聚丙烯纖維對(duì)SCLC的影響,發(fā)現(xiàn)隨著聚丙烯纖維摻量的提高,SCLC的抗拉強(qiáng)度提高明顯,而其工作性能受到不同程度削弱.羅素蓉等[1]研究證明,通過優(yōu)化外加劑摻量、調(diào)整配合比和砂率,可使自密實(shí)纖維混凝土的工作性能滿足要求.Sahmaran等[7]認(rèn)為，將混雜纖維增強(qiáng)混凝土與自密實(shí)混凝土相結(jié)合,可制備同時(shí)滿足新拌狀態(tài)下工作性及硬化狀態(tài)下力學(xué)性能要求的自密實(shí)混雜纖維混凝土.于婧等[8]采用混雜鋼纖維對(duì)自密實(shí)混凝土進(jìn)行改性,發(fā)現(xiàn)自密實(shí)混雜鋼纖維混凝土結(jié)合了鋼纖維與自密實(shí)混凝土的優(yōu)勢(shì),具有強(qiáng)度高,流動(dòng)性、黏聚性和間隙通過性良好等優(yōu)點(diǎn).

盡管國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)SCLC和自密實(shí)纖維混凝土的基本力學(xué)性能開展了大量試驗(yàn)研究,但對(duì)于摻入纖維,尤其是摻入混雜纖維的SCLC性能仍需進(jìn)一步明確.基于此,本文采用混雜鋼纖維和聚丙烯纖維來增強(qiáng)SCLC,通過鋼-聚丙烯混雜纖維SCLC工作性能、基本力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)試驗(yàn),研究了混雜纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)SCLC性能的影響,以期為混雜纖維自密實(shí)混凝土的研究和應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考.

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

輕骨料(LWA)：湖北宜昌產(chǎn)900級(jí)高強(qiáng)膨脹頁巖陶粒,顆粒呈碎石形且粒徑偏小,其物理力學(xué)性能及顆粒級(jí)配見表1.纖維：鋼纖維(ST)和聚丙烯纖維(PP),其中鋼纖維表面鍍銅膜作防銹處理,呈單絲狀態(tài),聚丙烯纖維呈束狀形式,2類纖維基本物理力學(xué)性能見表2.水泥：海螺牌P·O 42.5普通硅酸鹽水泥.細(xì)骨料：最大粒徑4mm的渭河中砂,細(xì)度模數(shù)為2.83.輔助膠凝材料：I級(jí)粉煤灰(表觀密度2.30kg/m3)、微硅粉(表觀密度2.79kg/m3).外加劑(SP)：BKS-199聚羧酸性高效減水劑.

表1 輕骨料物理力學(xué)性能及顆粒級(jí)配

表2 纖維物理力學(xué)性能

1.2 配合比設(shè)計(jì)

為研究不同類型和體積分?jǐn)?shù)纖維對(duì)SCLC工作性能和力學(xué)性能的影響,采用固定砂石體積法[9]和全計(jì)算法[10]相結(jié)合的配合比設(shè)計(jì)方法,同時(shí)考慮輕骨料特性,設(shè)計(jì)了4組混雜纖維SCLC和1組無纖維SCLC(對(duì)照組)配合比,見表3.上述5組SCLC的水膠比(質(zhì)量比,文中涉及的水膠比、摻量等除特別注明外均為質(zhì)量比或質(zhì)量分?jǐn)?shù))均取為0.3.膠凝材料、骨料及含水量固定不變,通過調(diào)整減水劑摻量,保證混凝土坍落擴(kuò)展度為(660±20)mm.4組混雜纖維增韌SCLC配合比中,將鋼纖維體積分?jǐn)?shù)固定為0.50%,聚丙烯纖維體積分?jǐn)?shù)分別為0%、0.50%、0.75%和1.00%.5組SCLC制備前均對(duì)輕骨料進(jìn)行預(yù)濕處理,使之達(dá)到飽和面干狀態(tài).

表3 SCLC配合比

2 試驗(yàn)方法

2.1 工作性能試驗(yàn)

根據(jù)歐洲規(guī)范EFNARC中的《European guidelines for self-compacting concrete:Specification, production and use》建議,通過坍落擴(kuò)展度、L型槽、V型漏斗和U型槽試驗(yàn)對(duì)新拌混凝土的工作性能進(jìn)行評(píng)估.相應(yīng)試驗(yàn)及試驗(yàn)裝置見圖1.新拌SCLC的工作性能可通過流動(dòng)性、黏聚性和間隙通過性3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià).采用坍落擴(kuò)展度來評(píng)價(jià)新拌SCLC的流動(dòng)性，以混凝土流動(dòng)擴(kuò)展直徑D達(dá)到500mm時(shí)所需的時(shí)間T500和通過V型漏斗所需的時(shí)間Tv表征新拌SCLC的流動(dòng)性和黏聚性;采用混凝土通過L型槽后兩端的高度比h2/h1和通過U型槽后兩側(cè)高度差Δh表征新拌SCLC的填充性和流經(jīng)鋼筋的間隙通過性.表4為EFNARC規(guī)范對(duì)SCLC拌和物工作性能相關(guān)指標(biāo)的建議值.

圖1 工作性能試驗(yàn)及試驗(yàn)裝置Fig.1 Workability tests and apparatus(size:mm)

表4 EFNARC規(guī)范對(duì)SCLC拌和物相關(guān)指標(biāo)的建議值

2.2 力學(xué)性能試驗(yàn)

SCLC的力學(xué)性能試驗(yàn)包括抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn),其具體試驗(yàn)過程和加載機(jī)制依據(jù)GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和CECS 13—2009《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》選取.SCLC的干表觀密度按JGJ 51—2002《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》中的破碎試件烘干法測(cè)定.每組SCLC成型6塊邊長(zhǎng)為100mm的立方體試件、3塊尺寸為100mm×100mm×400mm的棱柱體試件.混凝土澆筑過程不振搗,試件成型后用塑料薄膜覆蓋并置于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中,24h后拆模置于水中(水溫約23℃)養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期或28d.采用立方體試件測(cè)定28d抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度,加載速率分別為6、1kN/s;采用棱柱體試件測(cè)定28d抗折強(qiáng)度,加載速率為0.6kN/s.試驗(yàn)結(jié)果取3個(gè)試件的平均值.

2.3 微觀結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

選取表3中1#～3#SCLC制成微觀試樣,分別用于骨料-基體界面區(qū)、鋼纖維-基體界面區(qū)及聚丙烯纖維-基體界面區(qū)微觀形貌的觀測(cè).首先成型3塊尺寸為40mm×40mm×160mm棱柱形試件,同力學(xué)性能試件一同養(yǎng)護(hù);達(dá)到待測(cè)齡期后,對(duì)試件進(jìn)行劈裂破型,選取斷裂面中骨料或纖維與混凝土基體共存區(qū)域,制成厚度為7～10mm的試樣,將其置于丙酮中終止水化,以觀測(cè)相應(yīng)齡期下斷裂面的微觀形貌.需要說明的是,采用S-4800掃描電鏡觀測(cè)前,須將試樣烘干至恒重,涂抹導(dǎo)電膠帶并粘貼試樣,對(duì)試樣進(jìn)行噴金處理以提高導(dǎo)電性.

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 工作性能

圖2為新拌SCLC的坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)結(jié)果.由圖2可見,5組新拌SCLC的流動(dòng)擴(kuò)展直經(jīng)在660～760mm 或臨近區(qū)域內(nèi),根據(jù)EFNARC規(guī)范，可被劃分為SF2級(jí)(見表4).同時(shí),隨纖維體積分?jǐn)?shù)的變化,改變減水劑摻量,新拌SCLC的坍落擴(kuò)展度緩慢減小,但始終保持在一個(gè)較窄的范圍內(nèi)(645～680mm).坍落擴(kuò)展度結(jié)果表明,5組SCLC均具有足夠流動(dòng)性.

圖2 坍落擴(kuò)展度結(jié)果Fig.2 Result of slump flow

圖3為新拌SCLC坍落擴(kuò)展時(shí)間(T500)與V型漏斗通過時(shí)間(Tv)的試驗(yàn)結(jié)果.由圖3可見,新拌SCLC的T500和Tv均隨纖維體積分?jǐn)?shù)提高而增大,表明纖維的摻入提高了混凝土的黏聚性.這一現(xiàn)象可通過纖維在混凝土中的分散程度、取向和體積分?jǐn)?shù)解釋,纖維的存在有利于抑制輕骨料的離析,最終表現(xiàn)為混凝土黏聚性的增強(qiáng)[11].5組新拌SCLC均落在VS2VF2級(jí)區(qū)域,滿足自密實(shí)混凝土流動(dòng)性和黏聚性要求.EFNARC規(guī)范認(rèn)為VS2VF2級(jí)自密實(shí)混凝土有助于限制模板壓力,具有良好的抗離析性.

圖3 坍落擴(kuò)展時(shí)間與V型漏斗通過時(shí)間的關(guān)系Fig.3 Relationship between T500 and Tv

圖4、5分別為新拌SCLC L型槽和U型槽試驗(yàn)結(jié)果.2個(gè)圖中,灰色區(qū)域?yàn)镋NFARC規(guī)范建議值范圍(h1/h2≥0.8和Δh≤30mm),在此范圍內(nèi)的自密實(shí)混凝土具有良好的填充性和流經(jīng)鋼筋的間隙通過性.由圖4、5可見,h1/h2和Δh的最小值分別為0.91、10mm,最大值為0.98、21mm,分別對(duì)應(yīng)于無纖維SCLC和ST0.5PP1.0,表明纖維的摻入對(duì)SCLC的間隙通過性有不利影響.但5組SCLC仍在ENFARC規(guī)范的建議值范圍內(nèi),滿足自密實(shí)混凝土對(duì)L型槽和U型槽試驗(yàn)的指標(biāo)要求,具有良好的填充性和間隙通過性.綜上所述,5組SCLC均具有良好的流動(dòng)性、黏聚性和間隙通過性,滿足自密實(shí)混凝土工作性要求.

圖4 L型槽試驗(yàn)通過高度比結(jié)果Fig.4 Result of passing ratio in L-box test

圖5 U型槽試驗(yàn)高度差結(jié)果Fig.5 Result of height difference in U-box test

3.2 力學(xué)性能

3.2.1比強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度

比強(qiáng)度為強(qiáng)度與干表觀密度的比值,用以評(píng)價(jià)輕骨料混凝土質(zhì)輕高強(qiáng)的特性.SCLC試件28d抗壓強(qiáng)度及其對(duì)應(yīng)的比強(qiáng)度見圖6.由圖6可見,SCLC試件的比強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度變化趨勢(shì)一致,說明SCLC試件的抗壓強(qiáng)度與其干表觀密度成正相關(guān).SCLC的抗壓強(qiáng)度為56.7～61.7MPa,對(duì)應(yīng)干表觀密度為1794～1817kg/m3,既滿足輕骨料混凝土結(jié)構(gòu)的密度(1120～1920kg/m3)和強(qiáng)度(>17MPa)要求,也滿足高強(qiáng)輕骨料混凝土(>40MPa)的要求(ACI 213R-14《Guide for structural lightweight concrete》).

圖6 SCLC試件28d抗壓強(qiáng)度及其對(duì)應(yīng)比強(qiáng)度Fig.6 28d compressive strength of SCLC specimens and its relationship with specific strength

由圖6還可見：無纖維SCLC(1#試件)的28d抗壓強(qiáng)度為57.3MPa,單獨(dú)摻入鋼纖維后SCLC(2#試件)的抗壓強(qiáng)度下降較小,但其比強(qiáng)度明顯降低,可歸因于鋼纖維的高密度;保持鋼纖維體積分?jǐn)?shù)(0.50%)不變,摻入0.50%聚丙烯纖維后,SCLC(3#試件)的抗壓強(qiáng)度和比強(qiáng)度同時(shí)達(dá)到最大值61.7MPa和33.7MPa/(t·m-3),相較于無纖維SCLC分別提高15.1%和8.0%,說明2種纖維混雜后表現(xiàn)出正協(xié)同作用;之后隨著聚丙烯纖維體積分?jǐn)?shù)的增加,SCLC試件的抗壓強(qiáng)度及比強(qiáng)度逐漸降低,特別是聚丙烯纖維體積分?jǐn)?shù)為1.00%的5#試件,其抗壓強(qiáng)度低于無纖維SCLC(1#試件)及單摻鋼纖維SCLC(2#試件),2種纖維的正協(xié)同作用逐漸減弱.

纖維對(duì)混凝土強(qiáng)度的提高作用在于纖維可通過界面黏結(jié)力與混凝土共同承擔(dān)荷載,當(dāng)混凝土開裂時(shí),纖維可有效抑制裂縫的開展與延伸,改變裂縫發(fā)展方向,降低裂縫前端應(yīng)力集中效應(yīng).而當(dāng)摻入的纖維為低長(zhǎng)徑比纖維,如本研究中的鋼纖維(長(zhǎng)徑比65)時(shí),由于纖維與混凝土基體間的黏結(jié)長(zhǎng)度較短,鋼纖維發(fā)生拔出破壞,導(dǎo)致內(nèi)部缺陷增多,纖維阻裂作用發(fā)揮不充分[12].另外,纖維的增強(qiáng)作用又與纖維在混凝土中的分布情況密切相關(guān),在SCLC中摻入密度較大的鋼纖維后,由于纖維在自重作用下發(fā)生沉降,導(dǎo)致纖維分布不均勻,易在受力傳遞時(shí)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中現(xiàn)象[13].因此鋼纖維在多重因素共同作用下，最終導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度變化不明顯或輕微降低.

在鋼纖維體積分?jǐn)?shù)固定的基礎(chǔ)上摻入適量大長(zhǎng)徑比(長(zhǎng)徑比250)的聚丙烯纖維后,纖維與基體間的有效黏結(jié)面積增大,同時(shí)聚丙烯纖維的存在抑制了鋼纖維的沉降,在2種纖維共同作用下,混凝土中形成了均勻的三維纖維網(wǎng),有效限制了混凝土的橫向變形[14].此外,2種纖維的彈性模量相差較大,可在不同尺度上抑制裂縫的發(fā)展[15],鋼纖維與聚丙烯纖維相互混雜,發(fā)揮了正協(xié)同作用,可有效提高SCLC(3#試件)的抗壓強(qiáng)度.但當(dāng)聚丙烯纖維摻量超過某一限值時(shí),纖維易在SCLC(4#試件和5#試件)中產(chǎn)生結(jié)團(tuán)效應(yīng),使內(nèi)部缺陷增加,導(dǎo)致混凝土的抗壓強(qiáng)度和比強(qiáng)度出現(xiàn)略微降低.

3.2.2劈裂抗拉強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度

由于直接測(cè)量SCLC抗拉強(qiáng)度的限制條件較多,通常采用劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度來間接衡量其抗拉性能.SCLC試件劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度,以及拉壓比、折壓比隨纖維組合的變化分別見圖7、8.不同纖維組合下SCLC試件的劈裂抗拉強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)率見表5.由圖7、8可見,與無纖維SCLC(1#試件)相比,纖維的摻入使混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均有較大提升,當(dāng)纖維組合為0.50%鋼纖維+0.75%聚丙烯纖維和0.50%鋼纖維+1.00%聚丙烯纖維時(shí),SCLC(4#試件和5#試件)的劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別達(dá)到了最大值,與無纖維SCLC(1#試件)相比,分別提高了80.0%和61.1%,與單摻鋼纖維的SCLC(2#試件)相比,分別提高了22.0%和48.7%.由此可見：相較于單摻鋼纖維,鋼-聚丙烯纖維混摻可顯著提高SCLC的劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度,表現(xiàn)出正協(xié)同作用.在鋼-聚丙烯混雜纖維SCLC中,鋼纖維與聚丙烯纖維可在不同尺度、不同階段發(fā)揮阻裂作用,實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)疊加.在加載過程中,隨荷載增大,SCLC裂縫生成并延伸,開裂前期,開裂處的拉力由混凝土與跨越裂縫的纖維共同承擔(dān),裂縫寬度繼續(xù)增加,混凝土間傳力機(jī)制失效,拉力僅由纖維承擔(dān)，直至纖維拔出或拔斷.鋼纖維單根強(qiáng)度高,發(fā)生拔出脫黏,可有效橋接宏觀裂縫.聚丙烯纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng),跨越裂縫數(shù)量多,但由于其彈性模量較低,一般僅對(duì)微觀裂縫有抑制作用.

表5 SCLC試件的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

圖7 SCLC試件的劈裂抗拉強(qiáng)度及拉壓比Fig.7 Splitting tensile strength and splitting tensile-compressive strength ratio of SCLC specimens

圖8 SCLC試件的抗折強(qiáng)度及折壓比Fig.8 Flexural strength and flexural-compressive strength ratio of SCLC specimens

由圖7、8還可見：SCLC試件拉壓比和折壓比的變化趨勢(shì)分別與其劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度保持一致,分別在0.070～0.122和0.063～0.100內(nèi).這表明纖維的摻入可有效提高混凝土的拉壓比和折壓比,且隨纖維體積分?jǐn)?shù)的提高,增強(qiáng)作用亦有增加;纖維的摻入使得混凝土抗拉強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率超過抗壓強(qiáng)度,從側(cè)面證實(shí)采用纖維,尤其是混雜纖維可有效改善混凝土脆性,提高其韌性.

4 微觀結(jié)構(gòu)

硬化混凝土由骨料、水泥漿體及兩者間的界面過渡區(qū)(ITZ)組成,摻入纖維后會(huì)出現(xiàn)纖維-基體界面區(qū),混凝土宏觀性能受其影響顯著.本文采用S-4800掃描電鏡,重點(diǎn)觀測(cè)SCLC骨料-基體界面區(qū)微觀結(jié)構(gòu),以及鋼纖維-基體界面區(qū)和聚丙烯纖維-基體界面區(qū)3、28d齡期的微觀結(jié)構(gòu),以期從微觀層次揭示混凝土的宏觀性能特征.主要研究?jī)?nèi)容見表6.

表6 微觀試樣及研究?jī)?nèi)容

4.1 骨料-基體界面區(qū)微觀形貌

圖9、10分別為無纖維SCLC 3、28d齡期的骨料-基體界面過渡區(qū)微觀形貌.由圖9、10可見：圖片下部的輕骨料內(nèi)部充滿封閉密集的孔洞,而圖片上部混凝土基體結(jié)構(gòu)密實(shí),基本無肉眼可見孔洞;輕骨料靠近邊界處孔洞完整且距界面區(qū)有一定距離,表明輕骨料表面無明顯孔洞;輕骨料表層覆蓋一層致密結(jié)構(gòu),可從微觀層次解釋此種骨料輕質(zhì)高強(qiáng)、吸水率低的特性.

圖9 無纖維SCLC骨料-基體界面過渡區(qū)微觀形貌(3d)Fig.9 Microstructures of ITZ between aggregates and cement paste at 3d of plain SCLC

圖10 無纖維SCLC骨料-基體界面過渡區(qū)微觀形貌(28d)Fig.10 Microstructures of ITZ between aggregates and cement paste at 28d of plain SCLC

對(duì)比圖9、10可知：無纖維SCLC 3、28d齡期時(shí)，界面區(qū)微觀結(jié)構(gòu)差異明顯,早齡期(3d)界面區(qū)結(jié)構(gòu)疏松,有明顯孔隙;28d齡期時(shí)界面區(qū)結(jié)構(gòu)致密,無可見裂縫,輕骨料與基體間黏結(jié)緊密.界面區(qū)水化產(chǎn)物主要包括水化硅酸鈣凝膠(C-S-H)、氫氧化鈣晶體(CH)和鈣礬石(AFt),其中C-S-H凝膠為決定混凝土基體性能的主要相[16].水化早期,細(xì)長(zhǎng)針狀A(yù)Ft與板狀CH富集在界面區(qū),而C-S-H結(jié)晶度較低,呈纖維狀,水化反應(yīng)發(fā)生在未水化水泥熟料表面,水化產(chǎn)物相互重疊交錯(cuò),未水化水泥熟料被水化產(chǎn)物包裹,有助于提高骨料與漿體間機(jī)械咬合力.養(yǎng)護(hù)后期界面區(qū)含水率降低,與輕骨料內(nèi)部形成水壓差,此時(shí)由于輕骨料自身特有的“微泵效應(yīng)”[17],輕骨料返水起到內(nèi)養(yǎng)護(hù)的作用,使水化反應(yīng)充分發(fā)展,水化產(chǎn)物增多且相互嚙合,界面區(qū)密實(shí)度明顯提高(圖10(d)).另外,粉煤灰與CH間發(fā)生火山灰反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物可有效填充毛細(xì)孔,進(jìn)一步提高了骨料與基體間界面區(qū)的密實(shí)性,界面區(qū)微觀結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化.

4.2 纖維-基體界面區(qū)微觀形貌

圖11、12分別為混雜SCLC 28d齡期時(shí)鋼纖維/聚丙烯纖維-基體界面區(qū)微觀形貌.由圖11、12可見：鋼纖維和聚丙烯纖維表面均富集了大量水化物,說明纖維與水泥基體間黏結(jié)性良好;混凝土拌制過程中因骨料碰撞導(dǎo)致纖維表面有輕微損傷,增強(qiáng)了纖維與水泥基體間的摩擦和黏結(jié)行為[18].

圖11 混雜纖維SCLC鋼纖維-基體界面區(qū)微觀形貌(28d)Fig.11 Microstructures of ITZ between ST fiber and cement paste at 28d of hybrid fiber SCLC

圖12 混雜纖維SCLC聚丙烯纖維-基體界面區(qū)微觀形貌(28d)Fig.12 Microstructures of ITZ between PP fiber and cement paste at 28d of hybrid fiber SCLC

在混凝土硬化過程中,鋼纖維與聚丙烯纖維由于表面相對(duì)憎水,周圍出現(xiàn)泌水現(xiàn)象,水膜層厚度增大、離子濃度降低,導(dǎo)致纖維-基體界面區(qū)水膠比較高,易形成粗大晶體富集層,界面區(qū)孔隙率增大.因纖維表面光滑,與基體間機(jī)械咬合力較小,且兩者間不發(fā)生化學(xué)作用,纖維與基體間存在微細(xì)孔隙(圖11(c)和圖12(c)).另外,水泥漿體在水化過程中的自收縮作用增加了纖維與基體間距[19].在多重因素共同作用下,纖維-基體界面區(qū)結(jié)構(gòu)較為松散,與Li等[19]、董祥[20]研究結(jié)果一致.

5 結(jié)論

(1)5組新拌SCLC均具有良好的流動(dòng)性、黏聚性和間隙通過性,可滿足自密實(shí)混凝土工作性要求,隨著纖維體積分?jǐn)?shù)的增加,新拌SCLC的工作性輕微降低.

(2)單摻鋼纖維使SCLC抗拉強(qiáng)度提高,而對(duì)其抗壓強(qiáng)度影響較小;鋼纖維和聚丙烯纖維混摻可顯著提高SCLC的抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度.2種纖維可在混凝土中形成三維纖維網(wǎng),在不同結(jié)構(gòu)層次、不同受荷階段發(fā)揮阻裂效果,產(chǎn)生正協(xié)同作用.

(3)隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng),SCLC的骨料-基體界面區(qū)微觀結(jié)構(gòu)密實(shí)度明顯提高.早齡期該界面區(qū)結(jié)構(gòu)疏松,有明顯孔隙;養(yǎng)護(hù)后期,輕骨料返水起到內(nèi)養(yǎng)護(hù)的作用,使得水化反應(yīng)充分發(fā)展,28d齡期時(shí)界面區(qū)結(jié)構(gòu)致密且無可見裂縫,輕骨料與基體黏結(jié)緊密.

(4)纖維與水泥漿體間良好的黏結(jié)性能可通過纖維表面附著的密集水化物體現(xiàn).與骨料-基體界面區(qū)相比,纖維-基體間存在微細(xì)孔隙,該界面區(qū)結(jié)構(gòu)較為松散.