喷射钢纤维混凝土性能试验研究.pdf
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1、2 0 1 1年第 6期 煤炭工程 喷射钢纤维混凝土性 能试验研究 赵春孝 ,王兴国 ,程朝霞 ,王一新 ,徐 ( 1 平煤建工集团,河南 平顶山4 6 7 0 0 0 ;2 河南理工大学 土木工程学院, 平 河南 焦作4 5 4 0 0 3 ) 摘要 :通过不同的配合比和掺入不同体积率的钢纤维混凝土来进行对比,利用抗压、劈裂抗 拉和抗折试验分析钢纤维混凝土的性能。结果表明,水灰比为 0 5的钢纤维混凝土抗压、抗折、抗 拉强度分别比未加钢纤维混凝土提高了 1 0 3 、9 6 和 3 3 5 ,水灰比为 O 6的钢纤维分别提 高 了3 3 8 、1 0 8 和 8 4 ;而对于不同掺量的比较
2、中,掺量较高的混凝土强度提 高要 高一些。由 此可见 ,在不同的水灰比和不同的掺量下对混凝土的性能会产生不同的影响,但 总体看来钢纤维能 够提高喷射混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度等性能,能够为地下工程提供更好的支护作用。 关键词 :钢纤维混凝土;喷射混凝土;抗压强度 ;抗折强度 中图分类号 :T U 5 2 8 文献标识码 :A 文章编号 :1 6 7 1 0 9 5 9 ( 2 0 1 1 ) 0 6 - 0 0 9 1 -03 在煤矿巷道建设中,锚喷支护是一种成本较低而施工 效率较高的支护方式 ,一直被应用于工程中。喷射混凝土 的性能对隧道和巷道的施工质量和安全有很大影响,干喷 和潮喷的水
3、灰比随意性大,导致喷射混凝土的质量离散性 大、抗渗性能差等问题。随着材料科技 的发展,钢纤维等 外掺材料逐渐被应用于混凝土 中来提高混凝土的性能。钢 纤维混凝土具有抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、增韧等优良性 能 “ ,文章通过不同的配合比和外掺不同体积率的钢纤 维对喷射混凝土的性能进行研究,为工程应用提供参考。 1 试验材料 水泥 :采用的是4 2 5普通硅酸盐水泥,细度、凝结时 间和体积安定性等 常规测定均合格。砂、石集料:石子 , 最大粒径为 1 5 ram;砂子,细度模数为2 6 ,中砂,含泥量 0 0 5 ,含水率 1 。速凝剂:采用的是粉状速凝剂 ,初凝 和终凝时间均合格。钢纤维 :采用的
4、是 S F B剪切型波形钢 纤维 ,长径 比为 3 6 。 2试验方案 考虑现场的水灰 比不易控制 ,室内进行试验时,水灰 比分别选择了0 5 、0 6 ,而对于钢纤维的掺量 ,理论上讲, 钢纤维越多,长径比越大 ,增强的效果越好。但是,这样 可能会影响混凝土拌合 的和易性和振捣 的密实性 ,反而降 低混凝土的性能 ,因此试验选用体积率分别为 0 6 3 7 和 1 2 7 4 两种掺量利用外掺的方法进行对 比。速凝剂对于水 泥的最佳掺量一般选择 2 5 一 4 ,所以试验采用水泥质 量的4 作为试验掺量;对于粗细骨料的选择本试验根据现 场材料的级配( 见表 1 ) 进行了级配筛选。最后 ,参
5、照标准 钢纤维混凝土 ( J G T 3 0 6 41 9 9 9) 和 钢纤维混凝土 试验方法 ( C E C S 1 3 :8 9 ) E 6 进行试验。 表 1 材料的级 配 试验所用的配合比见表 2 。 表 2 混凝土 配合 比 3 试验结果对 比分析 3 1 不 同水灰 比钢 纤 维混凝 土试件 钢纤维混凝土在不同的配合 比条件下,由于不同的水 灰比,可能会影响钢纤维在混凝土中的分布,进而对钢纤 收稿 日期 :2 0 1 0 0 6 2 3 基金项目:平煤建工集团科技项 目( H 0 9 2 4 2 ) 作者简介:赵春孝( 1 9 6 5一) ,男 ,河南郾城人 ,高级工程师,主要从
6、事矿井建设技术与管理工作。 91 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 1年第 6期 维的抗压、抗拉等强度值产生影响,有关试验结果见表 3 。 表 3不同水灰 比试 件试 验结果 注 :抗 压 试 件 和 劈 裂 抗 拉 试 件 尺 寸 为 l O O m m l O O mm l O 0 m m,抗压试件尺寸为 l O O m m l O O m m 4 0 0 ra m, 结果分别乘以 折算系数。 3 1 1 抗压强度 当混凝土中掺人一定比例的钢纤维后,通过搅拌钢纤 维均匀分 布于混凝 土 中,抗压 试验 结果 显示 :水灰 比分 别 为 0
7、 5和 0 6两种配比在掺入钢纤维与未加钢纤维的素混 凝土 2 8 d抗压强度相比较能够分别提高 1 0 3 和 3 3 8 。 抗压试验中,不同水灰 比的配比产生了不同的增强效 果 ,水灰 比为 0 6的钢纤 维 混凝 土增 强 的效 果更 加 明显 , 这是 因为混凝 土在加入 钢纤 维和速 凝剂 后 ,由于速凝剂 中 的熟料与水泥中的熟料进行 了水化反应消耗 了一部分水 分 ,并且放出水化热,使得混凝土变得干燥而不易搅拌 和振捣 ,可能 出现钢纤 维分布 不均匀 及混 凝土振 捣不 密实 等问题,从而影响混凝土的抗压强度。因此 ,水灰比为0 5 的钢纤维 混凝 土的增强效果 不太显著 。
8、 一 般 认为 ,钢纤维混 凝土所 受力是 钢纤 维和 混凝 土基 体受力的总和,但是通过微观分析,混凝土的破坏是因为 混凝土中细微裂缝在受力状态下,裂缝端部出现应力集中, 使得裂缝进一步扩展,而掺人钢纤维后 ,钢纤维能够缓和 应力集中起到阻裂的效果 ;而且 ,通过空间模型分析 钢纤维混凝土的受力强度还受到钢纤维的方向系数和粘结 系数等因素的影响,当钢纤维方 向与混凝土受力一致时, 能够增强混凝土的受力强度,但当钢纤维与混凝土受力方 向垂直时,则不能起到增强效果。但是在进行喷射混凝土 时,钢纤维的分布将近似二维分布,所以通过空间模型受 力分析钢纤维的受力状态是能够提高混凝土的强度的,并 且其方
9、向与硐室的环向主应力方 向一致,对控制裂缝的发 展更加有利。其次钢纤维与混凝土集料之间的粘结也是影 响钢纤维混凝土增 强性能 的一 个重要 原 因,混 凝土 在受力 状态下,由于钢纤维的增强特性是通过粘结力来进行传递 的,一旦钢纤维拔出混凝土或受拉断裂将不能继续正常工 作,从而使得增强效果失效。这些增强的因素也影响着钢 纤维混凝土的阻裂和增韧性能 ,在抗折和劈裂抗拉试验结 果中也有体现。 3 1 2 抗折强度 从混凝土的抗折强度 ( 见表 4 ) 可以看出,当混凝土在 掺入钢纤维后 ,水灰 比为 0 5的钢纤维混凝土相 比较于未 加钢纤维的混凝土提高了9 6 ,水灰比为0 6的钢纤维相 92
10、比较于其未加钢纤维的混凝土抗折强度提高了 1 0 8 。在 试验过程中,未掺人钢纤维的试件在抗折破坏时,会瞬间 破坏断裂成两段;而掺入钢纤维试件,在抗折破坏时,并 未出现瞬间破坏,而只是出现裂缝使得不能继续加载受力。 通过试验结果和试验破坏状态,可以很好的得H l 掺入钢纤 维后,钢纤维通过其与混凝土之间的粘结力,能够通过其 自身强度 ,阻止裂缝 的发 展 。 。 J 。故通过试 验可 以得 出掺 人钢纤维能很好的增强混凝土的韧性,延缓混凝土的破坏。 钢纤维在掺人混凝土中与混凝土形成一个整体 ,共同受力 从而起到增强的效果 。 3 I 3 劈 裂抗拉强 度 劈裂抗拉试验过程中,也出现了抗折试验
11、过程的现象 , 在掺人钢纤维后 ,并没有出现断裂的现象能够延缓混凝土 的破坏,而素混凝土则出现 了断裂。而且试验结果中也显 示 出,水灰 比为 0 5的钢纤维 混凝 土相 比较于未 加钢 纤维 的混凝土抗拉强度提高了3 3 5 ,水灰比为 0 6的钢纤维 相比较于其未加钢纤维的混凝土抗拉强度提高了8 4 。虽 然提高的强度不同,但是总体上都是对混凝土的抗拉强度 有所提高的 。 通过不同水灰比对比,在掺人相同体积率的钢纤维的条 件下 ,钢纤维能很好 的增强混凝 土的性能 ,但是随着水灰 比 的减小 ,钢纤维 的掺入会影 响混凝土 的和易性 ,从而影 响钢 纤维在混凝土中的分布,进而影响钢纤维的增
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