钢纤维高性能混凝土配合比设计研究.pdf
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1、第 54 卷第 23 期 2023 年 12 月Vol.54 No.23 Dec.20232899 建 筑 技 术 Architecture Technology钢纤维高性能混凝土配合比设计研究陈忠章1,王晓妍2,段木子1,蔡升宇1,朱克东1(1.广州市市政集团有限公司,510060,广州;2.重庆交通大学,400074,重庆)摘要:将水泥、硅粉、粉煤灰、石英砂、钢纤维、石子等作为原材料,以抗压强度 100 MPa、抗折强度 11.5 MPa 和流动度 600 mm 为标准进行试验,研究了 3 种不同尺寸的钢纤维对衬砌混凝土力学性能的影响。结果表明,3 种不同尺寸的钢纤维都满足高强混凝土性能,
2、但长径比为 65 的钢纤维性能更好,且当钢纤维掺量为 2%时,纤维沿裂缝面顺向分布,具有较好的增韧作用。加入粗骨料后其抗压强度显著提高,但是抗折性能会减弱。同时石子粒径较大会降低纤维和整个体系的粘结度,进而显著降低混凝土的流变性能,经综合评估,以总骨料质量的 30%为上限。关键词:衬砌混凝土;抗开裂性能;钢纤维;高性能混凝土中图分类号:TV 431+.3 文献标志码:A 文章编号:1000-4726(2023)23-2899-04RESEARCH ON THE MIX DESIGN OF HIGH PERFORMANCE CONCRETE WITH STEEL FIBERCHEN Zhong-
3、zhang1,WANG Xiao-yan2,DUAN Mu-zi1,CAI Sheng-yu1,ZHU Ke-dong1(1.Guangzhou Municipal Group Co.,Ltd.,510060,Guangzhou,China;2.Chongqing Jiaotong University,400074,Chongqing,China)Abstract:Cement,silica fume,fly ash,quartz sand,steel fiber and stones were used as raw materials,and the tests were carried
4、 out with compressive strength of 100 MPa,flexural strength of 11.5 MPa and fluidity of 600 mm as standards.The influence of three kinds of steel fibers with different sizes on the mechanical properties of lining concrete was studied through experiments.The results show that three kinds of steel fib
5、ers with different sizes meet the performance of high-strength concrete,but the steel fiber with length-diameter ratio of 65 has better performance,and when the fiber content is 2%,the fibers are distributed along the crack surface,which has better toughening effect.It is found that the compressive
6、strength is significantly improved after adding coarse aggregate,but the flexural performance will decrease.At the same time,due to the large particle size of stones,the adhesion between fibers and the whole system will be reduced,which will significantly reduce the rheological properties of concret
7、e.After comprehensive evaluation,the upper limit is 30%of the total aggregate quality.Keywords:lining concrete;anti-cracking performance;steel fiber;high performance concrete隧洞工程一般作为基础设施工程项目中的控制性工程,安全、快速、经济和绿色的施工是整体建设项目实施的关键因素。近年来,随着隧洞工程数量的增多,穿越的地质条件、地下水条件越来越复杂,隧洞支护衬砌混凝土受力状态也越来越复杂。隧洞衬砌混凝土的抗开裂性能是隧洞安全
8、运行的重要指标12,因此采用更高性能的混凝土是非常有必要的。纤维作为一种具备高韧性和高抗拉强度的材料,其加入混凝土之后会产生桥接作用3。通过纤维的桥接作用,混凝土的抗开裂能力和极限抗拉性能均会得到不同程度的提升。高强混凝土以致密堆积实现自身的高抗压强度,在抗拉强度层面,主要通过掺入纤维实现性能的提升46。目前工程中使用过的纤维种类包括聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、芳纶纤维、抗碱玻璃纤维、木纤维、碳纤维和钢纤维等78。鉴于目前高强混凝土普遍采用短直钢纤维作为原材料9,故将短直钢纤维作为高强混凝土的原材料,并对不同钢纤维尺寸进行试验研究10。同时在目前的研究中,高性能混凝土主要将
9、细砂等作为细骨料11,然而粗骨料的加入可以有效提高高性能混凝土的抗压强度和弹性模量12,针对粗骨料的影响的研究较少,因此其力学性能的影响有待进一步研究。本研究首先对 3 种不同尺寸的钢纤维进行力学性能试验,确定纤维尺寸,在此基础上,进行钢纤维不同掺量的试验,确定钢纤维最佳掺量,最后掺加粗细骨料,改变粗细骨料比例来测试骨料对高性能混凝土收稿日期:20230728作者简介:陈忠章(1967),男,福建南安人,教授级高级工程师,硕士,e-mail:.建 筑 技 术第 54 卷第 23 期2900性能的影响。研究结果可为隧洞工程中衬砌混凝土配合比设计提供参考。1 试验方案1.1 原材料高性能混凝土主要
10、是通过胶凝材料、掺合料、细集料、高强短细纤维和减水剂等加水拌和,经凝结硬化后形成的一种高强度、高韧性、高耐久性能的水泥基复合材料。考虑到隧洞结构混凝土的受力特点,本研究配备的高性能混凝土使用的粉体掺合料如下:PO 52.5 普通硅酸盐水泥、级粉煤灰、超细硅粉及粒径为 2 000 目(0.006 5 mm)的石灰石粉。细骨料采用4070目(0.20.4 mm)、70120目(0.10.2 mm)两种级配的石英砂,配合粗石英砂(0.54.75 mm)形成连续性级配;粗骨料采用 510 mm 的石子。试验采用的外加剂为高性能减水剂,其固含量为20%。采用筛分法、激光粒度仪等方法对本试验的原材料进行粒
11、径的系统测量,粉体材料的粒径分布如图 1所示。100806040200累积百分率/%0.1 1 10 100 1 000水泥 硅粉 粉煤灰颗粒粒径/m图 1 粉体材料粒径分布1.2 配合比设计按照 GB/T 313872015活性粉末混凝土中对高性能混凝土的最低强度(100 MPa)要求,本研究以水胶比为 0.20、硅粉掺量为 10%、粉煤灰掺量为 20%、砂胶比为 1.1,测试不同尺寸钢纤维对高性能混凝土的力学性能影响。配合比设计见表 1,其中,A、B、C 3 组钢纤维种类不同,F1F4 4 组钢纤维掺量不同,D1D9 9 组骨料比例不同,各组掺入的水泥均为 700 kg/m3,硅粉为 10
12、0 kg/m3,粉煤灰为 200 kg/m3,水为 200 kg/m3。1.3 试验方法试 验 采 用 100 mm100 mm100 mm 试 件 和100 mm100 mm400 mm 试件,根据标准养护方式 表 1 配合比设计 kg/m3编号细 中石英砂粗石英砂石子钢纤维A5505500157B5505500157C5505500157F155055000.0F2550550078.5F35505500157.0F45505500235.5D1001 100157D20400700157D30550550157D40700400157D501 1000157D6385385330157D
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