细集料对混杂纤维混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 3年 第 6期 ( 总第 2 8 4期 ) 混 凝 土 Nu mb e r 6 i n 2 0 1 3 ( T o ml No ． 2 8 4 ) Co nc r e t e 原材 料及辅助物料 M ATE RI AI AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ． 2 0 1 3 ．0 6 ． 0 1 2 细集料对混杂纤维混凝土性能的影响 李永鹏 a ，嵇绍华 ，何锐 ，陈拴发 ( 长安大学 a ． 交通铺面材料教育部工程研究 中心 ；b ． 公路学院，陕西 西安 7 1 0 0 6 4 ) 摘要： 通过对混杂纤维混凝土进行工作性试验 、 力学试验和弯曲韧性测试 ， 得到了细集料对混杂纤维混凝土性能的影响效果。 试验结果表明， 细集料的细度模数减小会降低混杂纤维混凝土的坍落度和泌水率， 对强度的影响不大， 但用低细度模数的细集料 配制的混杂纤维混凝土的荷载一 挠度曲线具备 明显的变形硬化特征 ， 极限挠度和弯曲韧性指数显著增大。 关键词 ： 细集料 ；混杂纤维混凝土 ；工作性 ；力学性能；弯曲韧性 中图分类号 ： T U 5 2 8 ． 0 4 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 6 — 0 0 4 0 — 0 3 I n f l u e n c e o f f i n e a g g r e g a t e o n pr o p e r t i e s o f h y b r i d f i b e r r e i n f or c e d c on c r e t e U Yo ng pe n ga , 皿 Sh a o h u ab , HE Ru i ． CHE N S hu a n f a ( a ． E n g i n e e r i n g Re s e a r c h Ce n t e r o f T r a n s p o r t a t i o n Ma t e ri a l s ， Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n； b ． S c h o o l o f H i g h w a y ， C h a n g a n U n i v e r s i t y ， X i ’a n 7 1 0 0 6 4 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： P r o p e r t i e s o f h y b r i d fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e wa s a n a l y z e d b y wo r k a b i l i ty t e s t ， me c h ani c s t e s t a n d fl e x u r a l t o u g h n e s s t e s t ． T h e r e s ul t s s h o we d t h a t s l u mp an d b l e e d i n g r a t e o f h y b rid fib e r c o n c r e t e r e d u c e d an d me c han i c a l s ~e n g t h c h an g e d l i t t l e wi th r e d uc t i o n o f fin e a gg r e g a t e fin e n e s s mo d u l u s ．But l o a d- d e fl e c t i o n c u r v e s o fh y b r i d fi be r c o nc r e ~ p r e pa r e d wi t h a l o w fin e ne s s mod u l us o ffin e a g g r e g a t e h a d s i g n i fi c an t d e f o r ma t i o n h a r d e n i n g c h ara c t e r i s t i c s ， l i mi t d d e fl e c t i o n s a n d b e n d i n g t o u g h n e s s i n d e x i n c r e a s e d s i gn i fi c an t l y ． Ke ywo r d s ： fi n e a g g r e g a t e ； h y b ri dfib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ； wo r k a b i l i ty； me c h ani c a l p r o p e r t y； fl e x u r a l t o u g h n e s s 0 引言 混凝土最为致命的缺点是脆性大， 且随着混凝土强度 的提高， 其破坏形式往往呈无征兆性的突变性破坏， 这对 大型复杂混凝土结构而言， 无疑增添了许多不安全因素， 同 时也限制了混凝土 的使用范 围[ 1 1 。 混凝土是一种复杂多相 的复合材料， 采用纤维混杂技术可从多个层次提高混凝土 的性能 ， 如低 弹模纤维可以通过缓解混凝土微裂缝 处的应 力集中来延缓微裂缝之间的贯通 ， 高弹模纤维能通过桥接 作用抑制宏观裂缝 的发展 ， 在不 同结构层次上抑制裂缝 的 产生与扩展 ， 从多层次改善混凝 土的性能[2 - 5 ] 。 通过 聚丙烯 粗合成纤维与聚乙烯醇纤维混杂增韧混凝土 ， 首次研究了 细集料对混杂纤维混凝土工作性 、 力学性能及弯曲韧性的 影响， 以期从混凝土基体方面为混杂纤维混凝土设计提供 借鉴资料。 1 试验设计 1 ． 1 原 材料 水泥： 冀东水泥厂生产的P O 4 2 ． 5 级水泥； 粉煤灰 ： I 级 低钙粉煤灰 ； 粗骨料 ： 5 ~ 2 01T l l n的碎石 ， 级配 良好 ； 细骨料 ： 收稿 日期 ：2 0 1 2 — 1 2 — 1 2 基金项目：“ 十二五” 国家科技支撑计划项 目( 2 0 1 1 B A E 2 7 B 04 ) 4 0 洁净河砂 ， 具体细集料性能指标见表 1 ； 聚丙烯粗合成纤维 ( C P P ) ： 长度 2 8 i n l r l ， 直径 O ． 8 m i l l ， 密度 O ． 9 5 g ／ c m , 抗拉强 度 5 3 0 MP a ， 模量 7 ． 1 G P a ； 聚乙烯醇纤维( P V A) ： 长度 1 2 mm， 直径 3 9 m， 抗拉强度 1 6 0 0 MP a ， 模量 4 2 G P a ； 减 水剂 ： 西卡高效减水剂 ， 固含量 1 8 ％， 减水率 2 5 ％。 表 1 细集料性能指标 1 ． 2 试件 制作与测试 方法 混杂纤维混凝 - [- ( H y b r i d F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e ， 简 称 H F R C ) 配合 比统一采用表 2中的配合 比， 按表 2中配合 比成型 1 5 0 m mx l 5 0 m mx l 5 0 m m的立方体试件和 1 0 0 m m x 1 0 0 mmx 4 0 0 n u n的小梁试件， 成型 1 d 后拆模 ， 标养 2 8 d 后进行力学性能和弯曲韧性测试。 表 2 中除纤维掺量为体 积掺量外， 其余均为与胶凝材料( 水泥+粉煤灰) 的质量比。 表 2 混凝土配合比 水泥粉煤灰 水 粗集料细集料C P P P V A减水剂 O ． 8 O 2 0． 3 5 1 ． 6 1 2 1 1 4 0 R H F R C的工作性和力学性能试验均参照 G B ／ T 5 0 0 8 1 — 2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验方法标准》 圈 。 弯曲韧性试 验参 照 A s T M—c 1 0 1 8 方法[6 1 ， 采用 三分 点加载梁进行韧 性试验， 梁跨度为 3 0 0 m m， 位移控制方式加载， 加载速率 为 0 ． 2 m m ／ mi n ， 计算机同步采集跨 中挠度和荷载数据 ， 从而 得到荷载一 挠度全曲线。 弯曲韧性试验加载装置如图 1 所示 。 1 ． 一 3 O 0 图 1 弯曲试验示意图( 单位： mm) 2 试验结果与分析 2 ． 1 工作 性 新拌 H F R C的工作性试验结 果见 图 2 。 由图 2可知 ， H F R C坍落度随细集料细度模数减小而降低。 这是因为细 集料粒径 变小 ， 表面积增大 ， 包裹细集料所需 的水泥浆增 多， 从而使起流动作用的水泥浆的量减少， 同时纤维的桥联 效应增强， 造成坍落度降低。 此外， 粗砂表面积相对要小 ， 饱水性差 ， 泌水率大； 细砂则饱水性好， 几乎不泌水。 细 集 料 种 类 图 2 细集料对 H F R C工作性的影响 2 ． 2 力学性能 H F R C的力学性能试 验结果见 图 3 。 由图 3 可 以看 出， 随着细集料细度模数减小 ， 抗压强度和抗弯拉强度略有波动 ， 但变化不大。 这说 明细集料 细度模数的变化不会 明显影响 强度 。 一般认为细砂混凝土的强度要低于粗砂混凝土 ， 图 3 结果说 明， 当水胶比不变 ， 细集料粗细不会显著影响混凝土 强度 。 在施工过程 中， 当砂子 比预定的细时 ， 拌 出的混凝土 坍落度偏小。 为保证施工操作需保持预定坍落度时， 往往采 取多加水的办法来解决( 正确的调整办法应是降低用砂量， 增加同样质量的粗骨料用量； 若增加用水量 ， 则应按水灰比 同时增加水泥用量) ， 结果增大了水灰比， 导致强度降低。 2 ． 3弯曲韧性 2 ． 3 ． 1 荷载一 挠度曲线 H F R C的荷载一 挠度曲线见图 4 ， 表 3 为荷载一 挠度曲线 细集料种类 挠度 ／ mm ( c ) S3 一 HF RC 图 4 荷载一 挠度曲线 表 3 HF R C的试验结果 注 ： 表中数据均为每组试件的试验结果平均值。 中的部分数据 。 由表 3 可知 ， 各 H F R C的初裂荷 载与初裂挠度变化不 大， S 1 ． H F R C的峰值荷载稍低于其余两组， 但 S 3 ． H F R C的 极限挠度显著增大 ， 较 s 1 ． H F R C和 s 2 ． H F R C分别增大了 1 0 0 ％和 6 2 ％。 说明细集料细度模数降低对 H F R C的初裂 性能影响不大， 却可以明显改善 H F R C的裂后性能， 使极限 挠度显著增大 。 从图 4可以看出 ， H F R C初裂后并没有迅速破坏 ， 其所 41 密实了浆体结构， 阻碍了硫酸盐溶液对硬化浆体的侵蚀作 用 ， 抗蚀系数提高 。 参考文献 ： 【 1 ]李建峰， 郝继红 ， 冀慧敏， 等． 我国循环流化床锅炉发展的现状 以及未来 电力技术， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 1 2 — 1 3 ． 『 2 ]AN T HON Y E J ， GR ANA T S T E I N D L ． S u l f a t i o n p h e n o me n a i n fl u — i d i z e d b e d c o m b u s t i o n s y s t e m s [ J ] ．P r o g r e s s i n E n e r g y a n d C o m b u s — t i o n S c i e n c e ， 2 0 0 1 ( 2 7 ) ： 2 1 5 — 2 3 6 ． 【 3 ] 侯于． 关于影响煤燃烧固硫反应的主要因素及其机理的研究进 展[ J ] ．节能， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 2 7 — 3 0 ． 【 4 ]宋远明， 钱觉时， 王智， 等脱硫灰渣对水泥胶砂耐久性影响研 究[ J 】 ．建筑材料学报， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 6 6 — 6 9 ． [ 5 ]5 梁宝瑞， 宋存义， 毛妍妮， 等． 脱硫灰用作钙质材料制备蒸压加 气混凝土砖块[ J J ．环境工程学报， 2 0 1 2 ( 4 ) ： 1 3 5 8 — 1 3 6 2 ． 【 6 ] 杜辉， 李秋义， 朱申红．石油焦脱硫渣加气混凝土的试验研究[ J 】 ． 新型建筑材料， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 4 0 — 4 2 ． 【 7 ] L I X G， C H E N Q B， H U A N G K Z ， e t a1． C e m e n t i t i o u s p r o p e r t i e s an d h y d r a t i o n me c han i s m o f c i r c u l a t i n g fln i d i z e d b e d c o mb u s t i o n ( C F B C )d e s u lf u r i z a t i o n a s h e s [ J ] ． C o n s t r u c t i o n and B u i l d i n g M a t e r i — a l s ， 2 0 1 2 ( 3 6 ) ： 1 8 2 — 1 8 7 ． 【 8 ]A N T HO N Y E J ， B E R R Y E E ， B L O N D I N J ， e t a1 ．A d v a n c e d a s h m a n — a g e m e n t t e c h n o l o g i e s f o r C F B C fl y ash [ J ] ． Wa s t e M a n a g e m e n t ， 2 0 0 3 ( 2 3 ) ： 5 0 3 — 5 1 6 ． 【 9 ]I RI B AR NE A J ， I RI B ARN EA A， B L ON DI NB J ， e t a1． Hy d r a t i o n o f c o m b u s t i o n ash e s — a c h e m i c a l and p h y s i c al s t u d y [ J ] ． F u e l ， 2 0 0 1 ( 8 0 ) ： 7 7 3 — 7 8 4 ． 【 1 O 】 赵秀娟， 邢奕， 贾建勇， 等． 烧结烟气脱硫灰作水泥缓凝剂的试 上接第 4 2页 p o s i t e ， 2 0 0 3 ( 2 5 ) ： 3 — 9 ． 【 6 ]G B ／ r 5 0 0 8 1 --2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准[ S 】 ． j E 京： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 3 ． 【 7 】A S T M C 1 0 1 8 —9 8 ， S t and a r d t e s t m e t h o d fo r fl e x u r al t o u g h n e s s a n d fi r s t - c r a c k s t r e n g t h o f fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e [ S ] ． 【 8 ] L I V C， L E U N G C K Y ． S t e a d y s t a t e and m u l t i p l e c r a c k i n g o f s h o r t r a n d o m fi b e r c o m p o s i t e s [ J ] ．J o u r n al o f E n g i n e e ri n g Me c h a n i c s ， A S — C E ， 1 9 9 2 ， 1 8 8 ( 1 1 ) ： 2 2 4 6 — 2 2 6 4 ． 【 9 ]L I V C ， WU H C ． C o n d i t i o n s f o r p s e u d o s t r a i n - h ar d e n i n g i n fi b e r r e i n f o r c e d b ri t tl e ma t ri x c o mp o s i t e s [J ] ． A p p l i e d Me c h ani c s Re v i e w s ， 1 9 9 2 ， 4 5 ( 8 ) ： 3 9 0 — 3 9 8 ． 【 1 0 ] L I V C ． F r o m m i c r o m e c h a n i c s t o s t ruc t u r al e n gi n e e ri n g - t h e d e s i g n 上接第 4 6页 【 9 】Z H U T O V S K Y S ， K O V L E R K， B E N T U R A ．S c i e n c e o f l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e s fo r i n t e r n al c u ri n g o f h i gh s t r e n gt h c o n c r e t e t o e l i m i n a t e a u t o g c n o u s s h ri n k a g e [ J ] ． M a t e ri al s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 0 2 ， 3 5 ( 3 ) ： 9 7 一 l 01 ． [ 1 0 ] S e m i o n Z h u t o v s k y ， K o n s t ant i n K o v l e r ， A mo n B e n t u r ． I n fl u e n c e o f c e m e n t p ast e m a t ri x p r o p e rt i e s o n t h e a u t o g e n o u s c u ri n g o f h i gh— per f o r m a n c e c o n c r e t e L 玎 ． C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 5 ) ： 4 9 9 — 5 0 7 ． 【 1 1 】 张宝生， 孔丽娟， 袁杰， 等． 轻骨料预湿程度对混合骨料混凝土 力学性能的影0 R [ J ] ． 混凝土， 2 0 0 6 ( 1 0 ) ： 2 4 — 2 6 ． 『 1 2 ] B A S H E E R L ， B A S H E E R P A M． ， L O N G A E ． I I 1 l l u e n c e o f c o a r s e a g g r e g a t e o n p e rm e a t i o n， du r a b i l i t y an d mi c r o s t r u c t u r e c h a r a c t e ris — t i c s o f o r d i n a r y P o r t l a n d c e m e n t c o n c r e t e [ J ] ． C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d - i n g M a t e ri al s ， 2 0 0 5 ， 1 9 ( 9 ) ： 6 8 2 — 6 9 0 ． [ 1 3 1 陈露一， 郑志河沼B 慧权混凝土界面过渡区不均匀特性研究【 J ] ． 验研究[ J 】 ． 水泥， 2 0 1 2 ( 7 ) ： 1 0 — 1 3 ． 『 1 1 ] L I X G ， C H E N Q B， M A B G， e t a1 ． U t i l i z a t i o n o f m o d i fi e d C F B C de s u l f uriz a t i o n ash as an a d mi x t u r e i n b l e n d e d c e me nt s ．． Ph y s i c o— m e c h ani c al and h y d r a t i o n c h a r a c t e ri s t i c s [ J ] ．F u e l ， 2 0 1 2 ( 1 0 2 ) ： 6 7 4 — 6 80 ． [ 1 2 ] S H E N G G H， L I Q， Z H A I J P ， e t a1 ． S e l f - c e m e n t i t i o u s p r o p e r t i e s o f fly ashe s f r o m CF BC b o i l e r s c o-fi rin g c o al a n d h i g h- s ul p h ur p e t r o l e u m c o k e 叨．C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 7 ( 3 7 )： 8 7 1 — 8 7 6 ． 【 1 3 ] S O N G Y M， Q I A N J S ， WA N G Z ， e t a1 ． S e l f - c e m e n t i n g m e c h ani s m o f C F B C c o al ash e s a t e a r l y a g e s [ J ] ． J o u r n al o f Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o gy— Ma t e r ．S c i ．E d 。 2 0 0 8 ( 2 3 ) ： 3 8 — 4 1 ． 【 1 4 ] Q I A O D ， Q I A N J S ， WA N G Q z ， e t a1 ． U t i l i z a t i o n o f s u l f a t e - ri c h s o l i d wa s t e s i n rur al r o a d c o n s t ruc t i o n i n t h e T h r e e G o r g e s R e s e r - v o i ~ [ J ] ．R e s o u r c e s C o n s e r v a t i o n and R e c y c l i n g ， 2 0 1 0 ( 5 4 ) ： 1 3 6 8 - 1 3 7 6 ． 【 1 5 】 范志勇． 干法烟气脱硫渣在水泥与道路材料中的应用研究[ D 】 ． 武 汉， 武汉理工大学 ， 2 0 1 0 ． 【 1 6 ] 卢迪芬， 胡海鹏， 王秀龙， 等． 大掺量粉煤灰基多组分矿物掺合 料的制备 华南理工大学学报： 自然科学版， 2 0 0 5 ( 1 0 ) ： 1 4 — 1 8 ． 【 1 7 】 孟云芳， 眭克仁， 买文智． 复合矿物掺和料对混凝土的增强效应叨． 建筑材料学报， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 7 2 4 — 7 3 0 ． 作者简介： 联系地址 ： 联系电话 ： 陈全滨( 1 9 8 7 一 ) ， 男， 硕士， 研究方向： 高性能混凝土， 工业固体废弃物的综合利用。 天津市塘沽区营口道 9 3 1 号大泛华国际商务中心 1 6 层 A 中建商品混凝土天津有限公司( 3 0 0 4 5 0 ) 1 8 2 0 2 5 95 8 2 9 o f c e m e n t i t o u s c o m p o s i t e s fo r c i v i l e n g i n e e ri n g a p p l i c a t i o n s [ J ] ． J o u rnal o f S t ruc t u r a l Me c h a n i c s a n d E a r t h q u a k e E n g i n e e ri n g ， J S C E， 1 9 9 3 ， 1 0 ( 2 ) ： 3 7 — 4 8 ． 【 1 1 ] L I V C， MI S HRA D K， WU H C． Ma t ri x d e s i gn f o r p s e u d o s t r a i n - h ard e n i n g fi b e r r e i nf o r c e d c e m e n t i t i o u s c o m p o s i t e s [ J ] J o u r n al of M a - t e r i al s and S t ruc t u r e s ， R I L E M， 1 9 9 5 ， 2 8 ( 1 8 3 ) ： 5 8 6 — 5 9 5 ． 作者简介： 李永鹏( 1 9 8 7 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向为高性能 路面材料。 联系地址： 陕西省西安市南二环中段 长安大学本部交通科技 大厦 5 0 1 室( 7 1 0 0 6 4 ) 联系电话 ： 1 5 8 2 9 7 8 3 8 7 1 武汉理工大学学报， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 9 ) ： 1 1 1 - 1 1 4 ． [ 1 4 】 钱春香， 黄蓓， 董华． 集料尺寸和形状及掺合料对混凝土界面的 影响f J 1 ．东南大学学报： 自然科学版， 2 0 0 9 ， 3 9 ( 4 ) ： 8 4 0 — 8 4 3 ． 【 1 5 瑚 曙光， 王发洲， 丁庆军． 轻集料与水泥石的界面结构[ J ] _硅酸盐 学报 ， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 7 1 3 — 7 1 7 ． 【 1 6 ] K O N G Hj u an， Z H A N G B a o s h e n g ， G E Y o n g ， e t al ~ ff e c t o f c e r a m s i t e s t r u c t u r e o n mi c r o s t ruc t u r e o f i n t e rf a c i al z o n e a n d d u r ab i l i t y o f c o m- b i n e d a g g r e g a t e c o n c r e t e [ J ] J o u rn al o f Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l — o g y - Ma t e r ， 2 0 0 9 ， 2 4 0) ： 1 4 5 - 1 4 9 ． 作者简介 ： 联系地址 联系电话 ： 孔丽娟( 1 9 8 1 一 ) ， 女， 博士， 副教授， 研究方向： 高性能 水泥基材料。 河北省石家庄市北二环东路 1 7 号 石家庄铁道大学 材料学院( 0 5 O o 4 3 ) 0 3 1 1 - 8 7 9 3 9 2 3 3 5 1