减水剂对钢纤维混凝土技术性能的影响

山东农业大学学报( 自然科学版) ，2 0 1 0 ，4 1 ( 4 ) ：6 3 6 6 3 9 J o u r n a lo fS h a n d o n gA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ( N a t u r a lS c i e n c e ) 减水剂对钢纤维混凝土技术性能的影响 张庆芳1 ，姬新建2 ( 1 孝感学院土木工程系，湖北孝感4 3 2 0 0 0 ；2 滨州市滨城区公路管理局，山东滨州2 5 6 6 0 0 ) 摘要：本试验用4 2 5 普通硅酸盐水泥、钢纤维等材料。采用常规工艺配制C F 4 0 混凝土。通过对比法对试验 数据进行分析，加入减水剂后，抗压强度增幅降低，即随着钢纤维掺量的增加，抗压强度增加的幅度很小， 小于6 ；而抗拉强度增幅有较大增高。增幅最大值达到3 3 3 。此时的钢纤维掺量为1 4 。 关键词：钢纤维混凝土；抗压强度；抗拉强度；强度增幅 中图分类号：T V1 3 2 + 2 2文献标识码：A文章编号：1 0 0 0 2 3 2 4 ( 2 0 1 0 ) 0 4 - 0 6 3 6 0 4 旧A C T O FS U P E R P L A S C I Z E R o NT E C H N I C A LP E R F o R M A N E0 FS T E E LF I B E RC O N C R E T E Z H A N GQ i n g f a n 9 1 ，J IX i n j i 锄2 ( 1 D e p a r t m e n to fC i v i lE n g i n e e r i n g ，X i a n g a nU n i v e r s i t y ，X i a n g a n 。H u b e i4 3 2 0 0 0 。C h i n a ； 2 B i n c h e n gD i s t r i c tH i g h w a yA d m i n i s t r a t i o nB u r e a uo fB i n z h o uC i t y ，B i n z h o u2 5 6 6 0 0 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T h i se x p e r i m e n tw i t h4 2 5o r d i n a r ym a t e r i a la n d8 0o nP o r t l a n dc e m e n t 。s t e e lt e x t i l ef i b e r ，U g e $ t h e c o n v e n t i o n a lc r a f tt oc o m p o u n dt h eC F 4 0c o n c r e t e C a r r i e so nt h ea n a l y s i st h r o u g ht h ec o r r e l a t i o nm e t h o dt ot h e t e n t a t i v ed a t a ，a d dw a t e r r e d u c i n ga g e n t ，t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t hi n c r e a s e st or e d u c et h a t ，w i t ht h es t e e lf i b e r d o s a g ei n c r e a s e s ，c o m p r e s s i v es t r e n g t ho ft h er a t eo fi n c r e a s ei sv e r ys m a l l ，l e s st h a n6 ；w h i l et h et e n s i l e s t r e n g t hi n c r e a s e sh a v eh a dal a r g e ri n c r e a a e a ni n c r e a o ft h em a x i m u mr e a c h e d3 3 3 a tt h i st i m eo ft h e s t e e lf i b e rd o s a g eo f1 4 K e yw o r d s ：S t e e lf i b e rc o n c r e t e ；C o m p r e s s i v es t r e n g t h ；T e n s i l es t r e n g t h ；S t r e n g t hi n c r e a s e 1 绪论 钢纤维混凝土中乱向分布的短纤维主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和阻滞宏观裂缝的发生 和发展在受荷( 拉，弯) 初期，水泥基料与纤维共同承受外力，当混凝土开裂后，横跨裂缝的纤维 成为外力的主要承受者因此钢纤维混凝土与普通混凝土相比具有一系列优越的物理和力学性能。而钢 纤维混凝土在工程中的实际应用始于上世纪7 0 年代，由美国B a t t e l e 公司开发的熔抽钢纤维技术为钢纤 维混凝土的应用提供了条件。此后在加拿大、英国、瑞典、日本等国家也迅速进行这方面的应用研。我 国是从上世纪7 0 年代着手对钢纤维混凝土进行材料力学性能的实验研究，1 9 8 9 年颁布钢纤维混凝土 试验方法( C E C S l 3 ：8 9 ) 。直到1 9 9 2 年颁布了钢纤维混凝土结构设计与施工规程( C E C S 3 8 ：9 2 ) 。 才使钢纤维混凝土在桥梁工程、道路工程、地下结构及其他特种结构工程等领域得到了比较广泛的应 用。房屋建筑工程多数以混凝土结构为主体，那些对抗拉、抗剪、抗弯拉强度和抗裂、抗冲击、抗疲 劳、抗震、抗爆等性能要求较高的工程部位，若采用钢纤维混凝土会得到很好的效益。从目前国内 外发表的相关论文来看，当纤维体积率较小时，随体积率的增大，抗拉强度大致呈线性增长，而抗压强 度变化较小 1 3 。但对于大掺量的情况下，目前所能获得的试验数据甚少。主要是因为随纤维体积 收稿日期：2 0 0 9 0 9 2 9 基金项目：湖北省教育厅基金项目 作者简介：张庆芳( 1 9 6 6 一) ，女，硕士，主要从事房屋建筑学教学及混凝土等建筑材料方面的研究工作。 万方数据 第4 期张庆芳等：减水剂对钢纤维混凝土技术性能的影响 6 3 7 率的增大，对于含有粗细骨料的钢纤维混凝土的拌和成型越困难川，因此，在大掺量的情况下，需加 减水剂而2 0 世纪混凝土材料科学最突出的两大成就之一是高效减水剂的开发和生产应用，它涉及到 人面提高混和各项性能和混凝土科学进一步向前发展的根本课题，因此具有广泛的应用前景。 2 试验用原材料 2 1 水泥 本试验用水泥为武汉亚东有限公司生产的洋房牌强度等级为4 2 5 的普通硅酸盐水泥，其力学性能 良好。 2 2 粗骨料 粗骨料的粒径过大或过小，都将会影响钢纤维在混凝土中均匀分布及其增强的效果。本试验用粗骨 料粒径为5 2 0m l n 级配良好的碎石。 2 3 细骨料 本试验用细骨料为细度模数为2 7 4 、级配良好的中砂，其表观密度为P 。= 2 6 5g c m 3 。 2 4 钢纤维 本试验用钢纤维是武汉汉森钢纤维有限责任公司生产的汉森牌剪切型钢纤维，其密度为7 8 0 0 k r , m 3 。长径比l d = 3 3 。 2 5 减水剂 本试验用减水剂为武汉武钢实业浩源化工有限公司生产的N F J l 型萘系高效减水剂。 2 6 矿渣 本试验用矿渣为武汉钢铁厂生产的的粒化高炉矿渣，经磨细比表面积为4 3 2 0c m 2 g 。 在混凝土中加入减水剂，能使在不增加用水量和水泥用量的情况下，获得较好的和易性，增大流动 性和改善粘聚性，减少泌水性，从而提高混凝土基体的强度。 3 试验过程 本试验采用上述材料，配制C F 4 0 混凝土，其水灰比为0 4 1 ，采用不同的钢纤维掺量，配制出2 8 d 龄期的钢纤维混凝土，试验过程中混凝土拌合物的坍落度控制在1 0 0 3 0 0m m 之间。由于本试验采用 的粗骨料直径为5 2 0m m ，根据规定，配制的混凝土试块应采用1 0 0m mX1 0 0r a i nx1 0 0m i l l 的立方体 试件。混凝土制作采用机械搅拌，机械振捣成型，成型后的试件采用标准养护。 4 试验结果及分析 从表l 可以看出，钢纤维混凝土不掺入减水剂时，钢纤维掺量为0 2 、0 4 、0 6 、0 8 、1 0 、1 2 、1 4 、1 6 、1 8 、2 0 的2 8 d 抗压强度分别为4 9 6M P a 、5 2 7 M P a 、5 4 7M P a 、5 6 2M P a 、5 7 2M P a 、5 7 8M P a 、5 8 2M P a 、5 6 8M P a 、5 4 9M P a 和5 2 6 M P a 。加入减水剂后，抗压强度分别为5 1 2M P a 、5 4 3M P a 、5 6 8M P a 、5 7 6M P a 、5 9 0M P a 、 5 9 6M P a 、6 0 6M P a 、5 8 4M P a 、5 6 4M P a 和5 4 2M P a 。钢纤维掺量从0 2 增加到1 4 时， 强度呈上升趋势；钢纤维掺量从1 4 增加到2 O 时，强度呈下降趋势。 钢纤维混凝土不掺入减水剂时，钢纤维掺量为0 2 、0 4 、0 6 、0 8 、1 0 、1 2 、1 4 、1 6 、1 8 、2 0 的2 8 d 抗拉强度分别为3 5 M P a 、3 7 M P a 、3 8 M P a 、3 9 M P a 、4 0 M P a 、4 2 M P a 、4 4 M P a 、4 2 M P a 、4 1 M P a 和3 9 M P a 。加入减水剂后，抗拉强度分 别为4 5 M P a 、4 7 M P a 、4 8 M P a 、4 9 M P a 、4 9 M P a 、5 2 M P a 、5 3 M P a 、5 2 M P a 、5 1 M P a 和4 9 M P a 。钢纤维掺量从0 2 增加到1 4 时，强度呈上升趋势；钢纤维掺量从1 4 增加到2 0 时，强度呈下降趋势。 万方数据 山东农业大学学报( 自然科学版)第4 1 卷 表lC F 4 0 混凝土中加入减水剂的强度比较 T a b l elC o m p a r i s o no fs t r e n g t hO i lC F 4 0g o n c r e t eb ya d d i n gw a t e rr e d u c e r 从图1 、图2 看出，加入减水剂后，随着钢纤维掺量的增加，抗压强度和抗拉强度都在增加，当钢 纤维掺量达到I 4 时，抗压强度和抗拉强度都达到最大值，说明钢纤维最优掺入量在加入减水剂后 为0 8 1 4 。 名 a _ 羔 V 鲻 憩 甾 塔 名 山 至 V 越 蹬 蹬 蜗 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 l O O O O 20 40 60 8 l1 2 1 41 61 82 钢纤维掺盈( ) 1 3 无减水剂 育减水剂 图1 加入减水剂的抗压强度增强效果 F i g 1E n h a n c e m e n to ft h ec o m p r e s s i v es t r e n g t hb ya d d i n gw a t e r - r e d u c i n g 0O 20 40 60 8 l1 21 41 61 8 2 钢纤维掺量( ) 口无外加剂 一胄外加剂 圈2 加入减水剂抗拉强度增强效果 F i g 2T h ee n h a n c e m e n to ft e n s i l es t r e n g t hb ya d d i n gw a t e r - r e d u c e r 从图3 、4 可以看出，加入减水剂后，抗压强度增幅降低，即随着钢纤维掺量的增加，抗压强度增 加的幅度很小，小于6 ；而抗拉强度增幅有较大增高，增幅最大值达到3 3 3 。 万方数据 第4 期 张庆芳等：减水剂对钢纤维混凝土技术性能的影响 6 3 9 1 2 嘴 馨1 0 删 奢8 嘿 萋 6 傩 出 4 蹦 蝠 2 鹏 O 暇 O 00 20 40 60 81 01 21 4I 61 8 2 0 钢纤维掺量( ) 3 5 O 馨 3 0 o 罄2 5 0 9 粪徽 蠢 1 0 0 9 5 瞩 O 0 0 一2 8 d 抗压强 度增幅 图32 8d 抗压强度增幅曲线 F i g 3T h eg r o w t hc u r v eo fc o m p r e s s i v es t r e n g t ho fO n2 8d 0 0 2 0 40 60 81 01 2 1 41 61 82 0 钢纤维掺量( ) - - 4 - - 2 8 d 抗拉强 度增幅 图42 8 d 抗拉强度增幅曲线 F i g 4T h eg r o w t hc u r v eo ft h et e n s i l es t r e n g t h0 1 12 8 d 从上面的分析可看出，在钢纤维混凝土中掺入高效减水剂，能够使水泥水化产物形成的絮凝结构分 散开来，释放出包裹的游离水，改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度，因而能使强度提高。抗压 强度最大值为6 0 6 M P a ，抗拉强度最大值为5 。3M P a 。抗压强度提高幅度小于6 ，而抗拉强度提高 幅度较大，达到3 3 3 。在钢纤维混凝土中掺入高效减水剂还能显著降低混凝土的水灰比，节约水泥 用量，降低工程造价，提高钢纤维混凝土的强度，因而得到广泛的应用。 4 应用 钢纤维混凝土中的钢纤维一般呈三维乱向分布，沿每个方向都有增强和增韧作用钢纤维对混凝土 结构复杂应力区增强是非常有利的，而且容易浇筑成型，比钢筋更能适应各种复杂的结构形式；此外， 钢纤维限制混凝土裂缝的作用也是钢筋不能相比的因此，可用于大坝内廊道，泄水孔等孔口复杂应力 区和牛腿等受弯构件的抗剪以及板的抗冲切部位等；又由于钢纤维混凝土具有较高的抗拉强度，断裂韧 性和抗疲劳等性能，可用于承受动力荷载的机墩，抗震结构的框架节点等部位；钢纤维混凝土由于抗裂 性能好、收缩率低，因而防水、防渗性能较好，可用于低压输水管、蓄水池、地下室防渗等工程，而在 储水和防渗结构中钢纤维混凝土可作防水层，有时也可兼作结构层代替钢筋混凝土【3J 。 参考文献 1 王萱，赵星明，王建君钢纤维混凝土在房屋建筑工程中的应用 J 】山东农业大学学报( 自然科学版) ，2 0 0 6 ，3 7 ( 2 ) ：2 5 5 2 5 8 2 】葛涛，谭可可，唐廷，等钢纤维水泥基复合材料力学性能试验 J 混凝士，2 0 0 6 ( 9 ) ：6 2 6 4 3 陈希钢纤维混凝土性能与应用前景 J 】中国水利，2 0 0 3 ，( 5 ) ：6 l 一6 2 万方数据 减水剂对钢纤维混凝土技术性能的影响减水剂对钢纤维混凝土技术性能的影响 作者：张庆芳， 姬新建， ZHANG Qing-fang， JI Xin-jian 作者单位：张庆芳,ZHANG Qing-fang(孝感学院土木工程系,湖北,孝感,432000)， 姬新建,JI Xin- jian(滨州市滨城区公路管理局,山东,滨州,256600) 刊名： 山东农业大学学报（自然科学版） 英文刊名：JOURNAL OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE) 年，卷(期)：2010，41(4) 被引用次数：0次 参考文献(3条)参考文献(3条) 1.王萱.赵星明.王建君 钢纤维混凝土在房屋建筑工程中的应用 2006(2) 2.葛涛.谭可可.唐廷.王德荣 钢纤维水泥基复合材料力学性能试验 2006(9) 3.陈希 钢纤维混凝土性能与应用前景 2003(10) 相似文献(10条)相似文献(10条) 1.期刊论文 李凤兰.张吉红.LI Feng-lan.ZHANG Ji-hong 离心成型钢纤维混凝土轴心抗压强度试验研究 -华北水 利水电学院学报2007,28(4) 通过试验研究了离心成型钢纤维混凝土环形截面构件的轴心抗压性能,分析了离心成型中速阶段离心时间、离心加速度、骨料级配、钢纤维长度、钢 纤维体积率等因素对钢纤维混凝土轴心抗压强度的影响作用.结果表明:当钢纤维长度小于25 mm时,延长离心时间有利于提高钢纤维混凝土的轴心抗压强 度;增大离心加速度不利于钢纤维混凝土轴心抗压强度的提高;粗骨料粒径510 mm时的钢纤维混凝土轴心抗压强度高于粗骨料粒径515 mm时的钢纤维 混凝土轴心抗压强度;从材料的性价比角度考虑,宜选取长度为2532 mm、体积率为1.2%左右的钢纤维. 2.学位论文 陈华艳 超声波检测在钢纤维混凝土中的应用 2005 混凝土是当代建筑工程中最重要的结构材料之一，随着社会科技的发展，混凝土材料的组成也发生了变化，普通混凝土由水泥、砂、石和水组成 ，而钢纤维混凝土是由短钢纤维、水泥、砂、石和水以及必要的外加剂按一定的比例配制经凝结硬化后形成的复合材料，大大改善了混凝土的结构性能 。虽然混凝土的结构性能发生了改变，但混凝土质量事故仍然不断发生，因而加强对混凝土的质量监测与控制就成为当今建筑工程技术中的重要课题。 对混凝土进行非破损检验，就是在不影响结构或构件的受力性能或其它使用功能的前提下，直接在结构或构件上通过测定某些适当的物理量，并通过这 些物理量与混凝土强度的相关关系，进而推定混凝土的强度、均匀性、连续性、耐久性等一系列性能的检测方法。超声检测是混凝土非破损检测技术中 的一个重要方面，由于声波在混凝土中的传播速度能反映混凝土的密实度，而混凝土的密实度又与混凝土的强度直接有关，因此可以通过测定声波在混 凝土中的传播速度来推定混凝土的强度，超声波检测混凝土强度的方法在普通混凝土中已得到普遍应用，而在钢纤维混凝土中的应用尚属空白。本文采 用对比的设计方法，配制了一批C40普通混凝土和钢纤维混凝土，运用超声波分析检测仪，对该批两种混凝土进行了检验测试，结果表明，超声波在混凝 土中的传播速度与所测试件抗压强度的相关性好，从而说明超声波检测技术是可以应用于钢纤维混凝土的，而混凝土中钢纤维掺量和砂率是影响声波在 混凝土中传播速度的重要因素；同时在C40钢纤维混凝土中掺入高效减水剂、粉煤灰或矿渣后，可显著改善钢纤维混凝土的和易性，使硬化后的混凝土密 实度提高，从而提高声波在混凝土中的传播速度；论文最后拟合了钢纤维混凝土超声声速和抗压强度关系曲线，结果表明多项式回归方程精度较高，为 工程超声波检测提供了检测依据。 3.期刊论文 傅秀黛.吴二军.房淑玲 钢纤维混凝土反复极限荷载作用下残余抗压强度试验研究 -工业建筑 1998,28(8) 采用不同的纤维率,不同的基体配合比,进行了抗压强度与残余抗压强度的试验研究.实验表明:钢纤维混凝土在承受极限抗压强度后,试件未有较大的 破损,外观良好,仅有微裂,能够继续承受极限压力.通过对试验数据的分析,提出了残余支撑力及残余抗压强度的新概念,归纳出残余抗压强度的计算公式 .证明了钢纤维混凝土在开裂后仍具有相当大的承载力,能继续有效发挥作用.这种优良的力学性能将有效地将钢纤维混凝土应用于抗震抗爆结构工程中. 4.期刊论文 焦楚杰.孙伟.高培正.周云.JIAO Chu-jie.SUN Wei.GAO Pei-zheng.ZHOU Yun 钢纤维混凝土力学性能 试验研究 -广州大学学报（自然科学版）2005,4(4) 对钢纤维体积率(Vf)为O3%、基体强度为C50的钢纤维混凝土(SFRC)进行立方抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弯曲强度、弹性模量和泊 松比的测试,试验结果表明:SFRC抗压强度随Vf的增加仅仅有着小幅度的增长,正向立方抗压强度略大于侧向立方抗压强度;轴心抗压强度与立方抗压强度 之比值在0.750.77之间;钢纤维对SFRC的抗拉、抗弯性能起着明显的增强作用,正向、侧向劈裂抗拉强度比值随Vf的增加而增大;SFRC的弹性模量和泊松 比均是不敏感的材料参数,前者随材料抗压强度的提高而缓慢增加,后者随Vf的加大而略有减小. 5.期刊论文 汪益敏.贺军.焦楚杰.Wang Yi-min.He Jun.Jiao Chu-jie 钢纤维混凝土复合层路面材料的力学性能 - 华南理工大学学报（自然科学版）2010,38(11) 研究了钢纤维掺量为02.0%时对C40混凝土的力学性能的影响,并研究了最优配合比条件下不同组合尺寸的复合式混凝土的力学性能及经济性.结果 表明:钢纤维混凝土的抗压强度随钢纤维掺量增加而增大,在钢纤维掺量为1.5%时,抗压强度提高27%,弯拉强度提高50%;钢纤维的掺入使混凝土的荷载位移 关系由弹性变形破坏为主转变为弹塑性变形破坏形式,混凝土路面易脆性断裂的不良性能得到改善;钢纤维掺量为1.5%的钢纤维混凝土与普通混凝土按照 1 3的厚度比例组合成的两层式复合钢纤维混凝土具有良好的强度、抗变形性能和经济效益. 6.期刊论文 赵顺波.钱晓军.陈记豪.贺瑞春 粗骨料对钢纤维混凝土性能影响的试验研究 -混凝土与水泥制品 2006(5) 通过直接以普通混凝土配合比为基体组成不进行基体材料的调整配制钢纤维混凝土试验,研究了在用水量、钢纤维长径比和体积率变化条件下粗骨料 对薄板剪切型钢纤维增强混凝土的拌合物工作性能及立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度和弯拉强度的影响规律.结果表明,在连续级配粗骨 料的最大粒径为1625mm、钢纤维长度与粗骨料最大粒径之比为1.282.0、钢纤维体积率为.05%2.5%范围内,钢纤维混凝土拌合物的坍落度随着粗骨 料粒径的增大而增大,钢纤维在基体混凝土拌合物中的“棚架“效应导致了钢纤维混凝土拌合物坍落度降低,在基体混凝土易于振动成型的这况下,这种效应 迅速减弱而不明显影响钢纤维混凝土的振动成型.粗骨料粒径变化对钢纤维混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度和弯拉强度的影响规 律基本上不受用水量、钢纤维长径比和体积率变化的影响. 7.期刊论文 钢纤维混凝土的超声测强试验 -华侨大学学报（自然科学版）2005,26(4) 对240组钢纤维混凝土试件进行了超声波检测,研究其抗压强度并对试验结果进行回归分析,建立钢纤维混凝土检测的超声波波速与抗压强度之间的超 声波测强曲线.结果表明,利用该曲线测定超声声速可推定钢纤维混凝土的强度,超声波检测方法用于钢纤维混凝土无损检测是可行和适用的. 8.学位论