钢纤维掺量对活性粉末混凝土力学性能影响研究

钢纤维掺量对活性粉末混凝土力学性能影响研究

吕尚波 黄颖 侯倩倩

山东协和学院 山东省济南市 250109

摘要：活性粉末混凝土是一种新型超高强度超高性能的高致密水泥复合材料。和常规混凝土相比，活性粉末混凝土的主要改进包括提高了材料的和易性，减少了材料的内部孔隙，提高了材料的密实度，致使材料内部结构得到改善。活性粉末混凝土采用合适的成型和养护工艺制成；采用尺寸尽可能小的粉状原材料改善均质性，添加高效减水剂降低水灰比，通过高温养护改善其内部结构，掺入镀铜钢纤维可增加活性粉末混凝土的抗拉强度。

关键词：活性粉末混凝土、钢纤维、力学性能

1引言

1994年法国首次公布使用 活性粉末混凝土材料，活性粉末混凝土满足各种技术指标。1998年8月在加拿大召开的高性能混凝土与活性粉末混凝土国际研讨会上，就活性粉末混凝土的原理、性能和应用进行了广泛的讨论，与会专家一致认为：作为一种新型混凝土，具有极高抗压强度，而且具有 30～60MPa的抗折强度，有效地克服了普通高性能混凝土的高脆性。 活性粉末混凝土的优越性能使其在土木、石油、核电、市政、海洋等工程及军事设施中有广阔的应用前景。活性粉末混凝土有很高的抗压强度和抗剪强度及优良的耐久性的水胶比是活性粉末混凝土的特点，所以聚羧酸特性，具有高韧性、抗震和抗冲击性能，耐高温 减水剂要有较高的减少率，并与各种材料之间粘聚性、耐火性及抗腐蚀能力远优于钢材。通过对活性粉末混凝土配合比优化,调整活性粉末混凝土材料构成, 使活性粉末混凝土用料大众化、工艺简单化、成本经济化,对活性粉末混凝土材料推广和应用具有十分重要意义。 

2实验方法

为了研究钢纤维掺量对性粉末混凝土力学性能的影响，我们设计了几种不同方案的实验配合比，将按实验配合比依次称量水泥，硅灰，粉煤灰，河砂倒入搅拌机，干搅3分钟是使搅拌机中的水泥，硅灰，粉煤灰，河沙混和均匀，减水剂全部倒入水中搅拌5-6分钟使之与水充分混合；再将混合后的水和减水剂的1/2加入搅拌机中；启动搅拌机搅拌三分钟，待搅拌机停止后加入剩余水和减水剂到搅拌机中，启动搅拌机搅拌三分钟，待搅拌机停止后加入的1%镀铜钢纤维后，启动搅拌机搅拌三分钟后，待搅拌机停止取出混凝土拌合物装入100mm×100mm×100mm的试模中作为第一组试件放在高频振动台上震动5分钟左右，直至试件震动成型。再加入2%镀铜钢纤维启动搅拌机搅拌三分钟待搅拌机停止后，取出混凝土拌合物装入100mm×100mm×100mm的试模中作为第二组试件放在高频振动台上震动5分钟左右。再将3%镀铜钢纤维启动搅拌机搅拌三分钟待搅拌机停止后，取出混凝土拌合物装入100mm×100mm×100mm的试模中作为第三组试件放在高频振动台上震动5分钟左右。再将4%镀铜钢纤维启动搅拌机搅拌三分钟待搅拌机停止后，取出混凝土拌合物装入100mm×100mm×100mm的试模中作为第四组试件放在高频振动台上震动5分钟左右。但随着镀铜钢纤维的掺量增加，混凝土的流动性逐渐下降，混凝土的粘聚性增加，混凝土越来越难以振捣。

3实验结果与分析

3.1纤维掺量对活性粉末混凝土力学性能影响

作为活性粉末混凝土受压试件，其力学性能极其优越，可与钢材媲美，但制约其大面积运用的一大劣势就是脆性较大。用掺入镀铜钢纤维增韧的方法，来增强材料的韧性和体积稳定性，其镀铜钢纤维掺量为1%、2%、3%、4%。表1是掺加镀铜钢纤维的混凝土的实验数据，分析数据可以得出混凝土试块在保持其他实验条件不变的情况下，镀铜钢纤维掺入量在1%时，平均抗压强度为130.97MP；镀铜钢纤维掺入量在2%时，平均抗压强度为1460.04MP；镀铜钢纤维掺入量在3%时，平均抗压强度为158.82MP；镀铜钢纤维掺入量在4%时，平均抗压强度为158.22MP；分析数据可以看出随着镀铜钢纤维掺量的增加抗压强度也在不断的提升，但是当镀铜钢纤维掺入量到达一定的比例，并不能继续使活性粉末混凝土的抗压强度增加，反而会影响活性粉末混凝土的性能。

未掺入镀铜钢纤维高温养护的混凝土试件，其平均抗压强度86.26MP，从表2掺入镀铜钢纤维对混凝土抗压强度变化折线图可形象的看出未掺入镀铜钢纤维高温养护的混凝土试件的抗压强度明显要比掺入镀铜钢纤维高温养护的混凝土试件的抗压强度低。镀铜钢纤维的掺入使活性粉末混凝土的内部结构发生了改变，由于镀铜钢纤维把各种组成部分紧紧地束缚在一起，使之减少了活性粉末混凝土的内部的缺陷（孔隙与微裂缝）使活性粉末混凝土获得了较高的强度与耐久性。说明了镀铜钢纤维的掺入使混凝土试件的抗压强度得到了提高，同样说明了镀铜钢纤维的掺入使活性粉末混凝土的力学性能得到很大改变。

3.2纤维掺量对活性粉末混凝土破坏状态影响

在实验过程中未加镀铜钢纤维的试件都会在破坏时发出爆裂声响，混凝土试件破坏形态较为严重，失去承载力，并且碎片四溅；混凝土试件中间被严重破坏，表现出混凝土的脆性。而加入钢纤维的试件虽然有巨大的响声，但是镀铜钢纤维与混凝土基体之间的粘结力具有一定的阻裂作用，产生明显的裂纹情况但是混凝土试件表面的碎片被镀铜钢纤维束缚在一起并没有四溅；掺入镀铜钢纤维的混凝土试件并没有完全破坏，可看出其抗拉性能比较好。掺入镀铜钢纤维的混凝土试件只是在表面出现了裂缝，并没有完全破坏并且还可以承受很强的力作用。显而易见，镀铜钢纤维掺入对活性粉末混凝土的脆性有了很好的改善。提高了活性粉末混凝土的抗压强度，使混凝土的力学性能得到改善。

3.3养护条件对活性粉末混凝土力学性能影响

通过数据分析，1-1常温养护其平均抗压强度为79.59MP，而0-0常温养护其抗压强度为86.26MP；1-3常温养护其平均抗压强度为94.49MP，而1-3高温养护其抗压强度为158.82MP。相比较掺入镀铜钢纤维对混凝土抗压强度变化记录表，其平均抗压强度有明显的所下降，不同的养护条件对未掺入镀铜钢纤维活性粉末混凝土抗压强度有影响。其中可以看出高温养护有利于活性粉末混凝土的抗压强度的提高，有利于活性粉末混凝土获得较高的强度。由于养护条件的差异，使活性粉末混凝土抗压强度产生差别，使之影响了活性粉末混凝土的力学性能。说明了养护条件也是影响活性粉末混凝土的抗压强度的因素之一。

4结论

在一定范围内镀铜钢纤维的掺入可以提高活性粉末混凝土的抗压强度，但当镀铜钢纤维掺量超过一定范围，镀铜钢纤维的掺入对活性粉末混凝土抗压强度的提高产生不利影响。单纯利用镀铜钢纤维掺量对增加活性粉末混凝土抗压强度是不可取的。所以镀铜钢纤维的掺入是影响活性粉末混凝土的力学性能的。镀铜钢纤维的掺入可以改变活性粉末混凝土内部结构，使活性粉末混凝土力学性能得到改善，影响了活性粉末混凝土破坏时的状态。

不同养护条件对活性粉末混凝土抗压强度也是有不同的影响，在常温养护与高温养护的条件对比下，显然高温养护有利于活性粉末混凝土抗压强度的提高，所以养护条件影响活性粉末混凝土的力学性能。

参考文献：

[1]王震宇，陈松来等，活性粉末商品混凝土的研究与应用进展[J]，商品混凝土，2003(11)：38-42

[2]张立军，安明晶等，活性粉末商品混凝土及其工程应用[J]，世界科技研究与发展。