硅粉摻量對(duì)鋼纖維混凝土抗凍性能影響試驗(yàn)研究

何思瑤 張?zhí)烀?龔愛(ài)民

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650201; 2.云南省水利廳，云南 昆明 650021)

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硅粉摻量對(duì)鋼纖維混凝土抗凍性能影響試驗(yàn)研究

何思瑤1張?zhí)烀?龔愛(ài)民1

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650201; 2.云南省水利廳，云南 昆明 650021)

制作了不同硅粉摻量的鋼纖維混凝土試塊，通過(guò)凍融試驗(yàn)，分析了鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度和質(zhì)量損失，指出10%的硅粉摻量是鋼纖維混凝土凍融后抗壓強(qiáng)度和抗剝落的最佳摻量。

鋼纖維混凝土，硅粉，抗壓強(qiáng)度，抗凍性

0 引言

我國(guó)寒冷地區(qū)多，隨著對(duì)寒冷地區(qū)的開(kāi)發(fā)，混凝土作為現(xiàn)有的主要建筑材料其耐久性提升十分重要。普通混凝土材料的耐久性和力學(xué)性能有一定的局限性，已不能適應(yīng)寒冷地區(qū)工程的要求。鋼纖維對(duì)混凝土的抗剝落能力有很大提升，很好的延緩和制止了混凝土裂縫的發(fā)展[1]，本次試驗(yàn)的鋼纖維摻量定為0.8%。優(yōu)良的抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強(qiáng)度和抗沖擊性能，良好的收縮性、抗疲勞性和耐久性能，使得鋼纖維混凝土在工程和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中應(yīng)用廣泛[2]。而在抗壓強(qiáng)度的提升方面，鋼纖維的摻入作用有限，故摻入一定量的硅粉用以改善鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度[3]。硅粉粒徑小，強(qiáng)度大，能提高鋼纖維混凝土的強(qiáng)度，還是一種膠凝材料，能提高其和易性，更適應(yīng)施工生產(chǎn)的要求。本次試驗(yàn)的研究目的就是研究硅粉在鋼纖維摻和量為0.8%的混凝土中的最佳摻量。

1 試驗(yàn)原材料

水泥采用的是PI52.5硅酸鹽水泥。各項(xiàng)指標(biāo)符合GB 175—2007通用硅酸鹽水泥[4]要求。鋼纖維為銑銷(xiāo)型鋼纖維，規(guī)格為20 mm×2 mm，細(xì)骨料的表觀密度為2 679 kg/m3，松散堆積密度為1 430 kg/m3，符合GB/T 14684—2011建設(shè)用砂[5]要求。粗骨料為直徑不超過(guò)40 mm的碎石，符合GB/T 14685—2011建設(shè)用卵石、碎石[6]的要求。減水劑為黃褐色的粉末狀早強(qiáng)高效減水劑。水為自來(lái)水。本次試驗(yàn)的硅粉SiO2超過(guò)了90%，密度為2.15 g/m3，符合GB 8076—2008混凝土外加劑的要求。試驗(yàn)設(shè)備為混凝土快速凍融試驗(yàn)機(jī)?；炷僚浜媳纫?jiàn)表1。

2 試驗(yàn)方法

采用的是手工攪拌混凝土，一次攪拌的量可制作9個(gè)混凝土試塊，共制作了135個(gè)150 mm×150 mm×150 mm鋼纖維混凝土試塊。制作后進(jìn)行標(biāo)記，分批進(jìn)入溫度為20 ℃±3 ℃，濕度為90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行28 d的養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)結(jié)束以后將混凝土試塊稱(chēng)重，稱(chēng)重后放到水箱內(nèi)浸泡3 d使混凝土試塊達(dá)到飽和。將混凝土試塊裝入試件盒中，注水覆蓋混凝土試塊表面，然后放置在試驗(yàn)機(jī)的凍融液內(nèi)分別進(jìn)行50次和75次的凍融循環(huán)。凍融結(jié)束后擦干試塊表面水分進(jìn)行稱(chēng)重和抗壓試驗(yàn)。

表1 混凝土配合比

3 試塊凍融后的數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì)

3.1 試塊抗壓強(qiáng)度

其中，P1為抗壓強(qiáng)度,MPa;PN為試塊破壞荷載,kN;S1為試塊承壓面積,mm2。

本試驗(yàn)采用的為標(biāo)準(zhǔn)試塊，所得抗壓強(qiáng)度不需要進(jìn)行尺寸換算。

3.2 試件凍融后重量損失率

其中，W1為試件重量損失率,%；G0為凍融循環(huán)前試件重量，kg；GN為N次凍融循環(huán)后試件重量，kg。

表2 抗壓試驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與討論

4.1 抗壓強(qiáng)度

從表2中可以發(fā)現(xiàn)：在不同的硅粉摻量下，鋼纖維混凝土凍融后的抗壓強(qiáng)度不會(huì)隨著硅粉摻量的增加而增加。硅粉摻量為0%～10%時(shí)，鋼纖維混凝土的抗凍性能呈遞增趨勢(shì)，在摻量為10%時(shí)達(dá)到峰值。當(dāng)硅粉摻量為10%～20%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度呈遞減趨勢(shì)。但是較未摻入硅粉的鋼纖維混凝土，15%硅粉摻量的鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度具有明顯提升，其提升程度接近于5%硅粉摻量的鋼纖維混凝土。在摻量達(dá)到20%時(shí)，硅粉對(duì)鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度影響降低，甚至產(chǎn)生負(fù)面影響。硅粉的制造工藝繁雜，市場(chǎng)價(jià)格高，從經(jīng)濟(jì)價(jià)值考慮不宜選擇15%及以上摻量。

4.2 質(zhì)量損失

從表2中可知：試驗(yàn)中抗剝落能力為C40>C35>C30?；炷恋念?lèi)別與質(zhì)量損失率成反比，與抗剝落能力成正比。三個(gè)試驗(yàn)對(duì)照組表明當(dāng)硅粉摻量為10%時(shí)，鋼纖維混凝土凍融后的質(zhì)量損失率達(dá)到最小值。硅粉摻量從5%到10%其質(zhì)量損失率在減少，超過(guò)10%以后，質(zhì)量損失率出現(xiàn)上升。其中C40試驗(yàn)組，硅粉摻量為10%的鋼纖維混凝土經(jīng)過(guò)50次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失率為負(fù)。這是因?yàn)殇摾w維對(duì)混凝土的抗裂性能的增加，混凝土試件水泥砂漿尚未產(chǎn)生剝落，而吸水率增加導(dǎo)致重量損失不大。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明硅粉摻量的改變對(duì)鋼纖維混凝土的質(zhì)量損失率改變較少，相對(duì)未摻入硅粉的鋼纖維混凝土的抗剝落能力提升甚微。

5 結(jié)語(yǔ)

1)硅粉摻量為10%的鋼纖維混凝土在經(jīng)歷50次和75次的凍融后抗壓強(qiáng)度最大。2)鋼纖維混凝土的的硅粉摻量不應(yīng)達(dá)到甚至超過(guò)20%，當(dāng)硅粉摻量達(dá)到20%時(shí)其凍融后的抗壓強(qiáng)度沒(méi)有提升。硅粉價(jià)格高，還會(huì)造成工程預(yù)算的增加。3)就抗剝落能力而言，硅粉對(duì)鋼纖維混凝土影響不大，當(dāng)硅粉摻量為10%時(shí)其抗剝落能力達(dá)到最大值。

[1] 陳升平,段小龍,滕 飛,等.鋼纖維混凝土凍融后的力學(xué)性能研究[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,31(1):94-97.

[2] 張榮斌,王民俠.鋼纖維混凝土在水利水電工程中的應(yīng)用[J].陜西水利,2008(5):37-38.

[3] 劉彩平,鞠 楊,周宏偉.鋼纖維高強(qiáng)混凝土力學(xué)性能的研究與應(yīng)用[J].混凝土與水泥制品,2000(Z1):16-19.

[4] GB 175—2007，通用硅酸鹽水泥[S].

[5] 陳家瓏，周文娟，牛 威，等.《建設(shè)用砂》(GB/T14684—2011)修訂解析[J].建筑技術(shù)，2012，43(7)：591-594.

[6] 周文娟，陳家瓏，李 飛，等.《建設(shè)用卵石、碎石》(GB/T14685—2011)修訂解析[J].建筑技術(shù)，2012，43(7):59.

[7] 王文奎，徐朝輝，沈文忠.對(duì)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》GB 8076—2008有關(guān)條款的探討[J].21世紀(jì)建筑材料，2010(4)：26-29.

Experimental research on the impact of ganister sand mixing amount upon steel fiber concrete frost-resisting performance

He Siyao1Zhang Tianming2Gong Aimin1

(1.YunnanAgricultureUniversityHydrologyCollege,Kunming650201,China; 2.YunnanDepartmentofWaterResources,Kunming650021,China)

The thesis steel fiber concrete testing pieces with different ganister sand mixing amount,analyzes compressive strength and quality loss of steel fiber concrete through freezing-thawing tests,and finally points out that: 10% of ganister sand mixing amount is the optimal compressive strength and anti-stripping mixing amount of freezing-thawing steel fiber concrete.

steel fiber concrete,ganister sand,compressive strength,frost-resistance

1009-6825(2016)29-0098-02

2016-08-07

何思瑤(1993- )，男，在讀碩士； 張?zhí)烀?1964- )，男，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師； 龔愛(ài)民(1962- )，男，博士，教授

TU528.572

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