陳博洋，劉鑫，李卓珅，劉馳，葛文杰

（揚(yáng)州大學(xué) 建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州225127）

0 引言

UHPC是一種具有超高力學(xué)性能、高耐久性及高韌性的新型水泥基復(fù)合材料。與傳統(tǒng)高性能混凝土相比，UHPC水膠比低，并且通過剔除粗骨料使其密實(shí)性以及均質(zhì)性得到提升，從而使UHPC具有超高的力學(xué)性能及較低的孔隙率；高效減水劑的摻入使其具有良好的施工性能；纖維的摻入使其韌性和延性都有很大提升。

目前配制UHPC大多使用石英砂作為原料，但由于石英砂的供應(yīng)并不能滿足市場需求，且許多工程受環(huán)境及地理位置等因素的制約，若僅采用石英砂會(huì)增加成本。一些沿海沿江城市海砂與江砂資源豐富，因此可將海砂與江砂用于UHPC以取代石英砂，而山區(qū)則可采用生產(chǎn)建設(shè)時(shí)產(chǎn)生的巖石制作機(jī)制砂以取代石英砂。因此，在研究不同配合比對UHPC抗壓強(qiáng)度的影響基礎(chǔ)上，研究不同種類纖維及砂對UHPC抗壓強(qiáng)度的影響，對于促進(jìn)纖維以及海砂、江砂與機(jī)制砂在UHPC中的應(yīng)用具有推動(dòng)作用。

1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)過程

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：P·O 42.5級，揚(yáng)州綠揚(yáng)有限責(zé)任公司；硅灰：400目，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96.74%，河南鞏義市恒嵩濾材有限公司；礦渣粉：S95級，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.80%，河南鞏義市恒嵩濾材有限公司；粉煤灰：Ⅱ級，河南鞏義市恒嵩濾材有限公司；石英砂：40～80目，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99%，安徽勝利石英砂廠；海砂：細(xì)度模數(shù)1.849，過4.75 mm篩，江蘇揚(yáng)建集團(tuán)有限公司；江砂：細(xì)度模數(shù)1.978，過4.75 mm篩，江蘇揚(yáng)建集團(tuán)有限公司；機(jī)制砂：細(xì)度模數(shù)1.978，過4.75 mm篩，江蘇揚(yáng)建集團(tuán)有限公司；玄武巖纖維：規(guī)格BCS16-198；鍍銅鋼纖維：直徑0.22 mm、長13 mm，長徑比59.1，端部不帶彎鉤，抗拉強(qiáng)度＞2 850 MPa，河北德絲網(wǎng)制品廠；減水劑：聚羧酸高效減水劑，減水率32%，江蘇蘇博特新材料股份有限公司；拌合水：自來水。

1.2 UHPC制備步驟及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 制備步驟

由于UHPC剔除了粗骨料，其體系更接近于水泥砂漿，故攪拌裝置選用行星式砂漿攪拌機(jī)，具體制備過程如下：①稱料，根據(jù)設(shè)計(jì)的配合比稱量所需的各類材料。②攪拌，將稱量好的水泥、砂、硅灰、礦渣粉、粉煤灰依次倒入JJ-5型行星式水泥膠砂攪拌機(jī)，干拌3 min，然后將稱好的水與高效減水劑混合均勻后倒入攪拌機(jī)，先慢轉(zhuǎn)3 min，再快轉(zhuǎn)2 min至混合物出漿，混合均勻并觀察其流動(dòng)度，之后慢轉(zhuǎn)3 min，這期間將體積分?jǐn)?shù)為1%的鋼纖維或玄武巖纖維緩緩加入攪拌鍋，攪拌均勻并保證漿體完全包裹住纖維，最后快轉(zhuǎn)2 min，將漿體倒出。③成型，使用40 mm×40 mm×160 mm的鋼制模具澆筑成型，之后再放在振搗機(jī)上振搗1 min，確保UHPC試塊密實(shí)，減小UHPC試塊中的孔隙率，然后用保鮮膜包住，防止養(yǎng)護(hù)期間水分蒸發(fā)，導(dǎo)致水膠比改變。④養(yǎng)護(hù)，放入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)24 h后拆模，將UHPC試塊放入水箱中，讓水完全浸沒UHPC試塊，將水箱放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用三種配比（A1、A2、A3）研究不同配比對UHPC抗壓強(qiáng)度的影響并確定最佳配比，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究不同纖維及不同砂對UHPC抗壓強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)參照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T 17671—1999）[1]進(jìn)行，具體配比及試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 UHPC配合比及抗應(yīng)強(qiáng)度

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 最佳配合比的確定

選取表1中的a.SF組，在A1、A2、A3三種配比下同時(shí)加入等量的石英砂及鋼纖維，分別對其3 d、7 d、28 d的試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)以確定最佳配合比，如圖1所示。

從圖1中可以看出，三種配比下UHPC 28 d抗壓強(qiáng)度均達(dá)到125 MPa以上。硅灰摻量為30%時(shí)，UHPC的抗壓強(qiáng)度高于摻量為25%時(shí)的強(qiáng)度，摻入粉煤灰會(huì)使UHPC的抗壓強(qiáng)度略微降低。由此可見，A1配合比下的UHPC抗壓強(qiáng)度明顯高于A2和A3配合比下的強(qiáng)度，所以選定A1配合比為最佳配合比。

圖1 不同配合比的UHPC抗壓強(qiáng)度

2.2 纖維種類對UHPC力學(xué)性能的影響

選取表1中的A1a組，在最佳配合比A1下，以石英砂為基礎(chǔ)，分別選用不摻纖維、摻入1%鋼纖維以及摻入1%玄武巖纖維的組別，研究纖維類型對UHPC抗壓強(qiáng)度的影響，如圖2所示。

圖2 不同纖維類型的UHPC抗壓強(qiáng)度

由圖2可以看出，與不摻纖維的混凝土相比，在UHPC中摻入體積分?jǐn)?shù)為1%的鋼纖維有助于提高UHPC的抗壓強(qiáng)度；當(dāng)摻入體積分?jǐn)?shù)為1%的玄武巖纖維時(shí)，在混凝土齡期較短時(shí)，抗壓強(qiáng)度相較于同時(shí)間未摻纖維的UHPC有所提高。隨著混凝土齡期的增加，摻入玄武巖纖維的UHPC抗壓強(qiáng)度反而相較于原來有所下降，說明摻入玄武巖纖維的UHPC早期抗壓強(qiáng)度較高，但會(huì)降低最終的抗壓強(qiáng)度。

2.3 砂種類對UHPC力學(xué)性能的影響

選取表1中的A1a.SF組，在最佳配合比A1下?lián)饺?%的鋼纖維，以石英砂為基礎(chǔ)，分別用海砂、江砂、機(jī)制砂取代石英砂，研究不同類型砂對UHPC抗壓強(qiáng)度的影響，如圖3所示。

圖3 不同砂類型的UHPC抗壓強(qiáng)度

從圖3可以看出，摻石英砂UHPC的28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到144.73 MPa，而用海砂和江砂取代石英砂配制的UHPC抗壓強(qiáng)度只能達(dá)到129.14 MPa和137.45 MPa，均低于用石英砂配制的UHPC。可能原因在于海砂中的氯離子含量較高，大量氯離子的存在會(huì)在水泥的水化過程中產(chǎn)生不利影響，從而降低UHPC的抗壓強(qiáng)度[2]；江砂自身的強(qiáng)度較低，含有雜質(zhì)會(huì)對強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。用機(jī)制砂配制的UHPC，其28 d抗壓強(qiáng)度高達(dá)153.92 MPa，高于其他三種砂配制的UHPC，原因在于機(jī)制砂的石料是由人工破碎而成的，表面不規(guī)則、比較粗糙，可以增加顆粒之間的相互咬合力[3]，進(jìn)而提高UHPC的抗壓強(qiáng)度。

3 結(jié)論

通過對采用不同配合比、摻入不同纖維類型以及不同砂類型的超高性能混凝土進(jìn)行抗壓性能試驗(yàn)，分析了不同配合比、不同纖維類型以及不同砂類型對超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，得到如下結(jié)論。

（1）在一定范圍內(nèi)，增加硅灰摻量可以改善UHPC的抗壓強(qiáng)度，而用粉煤灰取代水泥會(huì)降低其抗壓強(qiáng)度。采用30%硅灰、15%礦渣粉以及不摻粉煤灰的配合比所配制的超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度較高。

（2）加入體積分?jǐn)?shù)為1%鋼纖維相較不摻加纖維的UHPC，抗壓強(qiáng)度明顯提高。而加入體積分?jǐn)?shù)為1%玄武巖纖維的UHPC的抗壓強(qiáng)度低于不加纖維和摻入等量鋼纖維的UHPC。

（3）與石英砂相比，海砂、江砂用于超高性能混凝土?xí)档推淇箟簭?qiáng)度，機(jī)制砂用于超高性能混凝土?xí)嵘淇箟簭?qiáng)度。將海砂、江砂以及機(jī)制砂用于超高性能混凝土仍待進(jìn)一步研究。