冻融对塑钢纤维轻骨料混凝土强度和韧性的影响研究.pdf
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1、2 0 1 6年 第 2 期 (总 第 31 6 期) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 6 ( T o t a l No 3 1 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORE TI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 0 , i s s n 1 0 0 2 5 5 0 2 0 1 6 0 2 0 0 2 冻融对塑钢纤维轻骨料混凝土强度和韧性的影响研究 牛建刚 ,王佳 雷 ( 内蒙古科技大学 建筑与土木工程学院,内蒙古 包头 0 1 4 0 1 0 ) 摘要: 在轻骨料混凝土中掺人塑钢纤维, 通过对冻融后混凝土进行立方体抗压
2、强度与劈裂抗拉强度试验, 研究冻融对轻骨料 混凝土抗压强度 、 劈拉强度及拉压 比的影响。 参照标准试验方法 , 按不同纤维掺量和不同冻融循环次数设计了 1 2组纤维轻骨料 混凝土试件以及 4 组未掺纤维轻骨料混凝土对 比试件, 塑钢纤维掺量为 3 、 6 、 9 k g m , 冻融循环次数为 0 、 5 0 、 1 0 0 、 1 5 0 。 试验结果 表明 , 经冻融作用后的不同纤维掺量轻骨料混凝土拉压比均有不同程度的衰减, 纤维掺量 3 k g m 轻骨料混凝土在经受不 同程 度的冻融作用下仍能保持较高的韧性。 关键词: 塑钢纤维 ; 轻骨料混凝土; 拉压 比; 韧性 中图分类号: T
3、 U 5 2 8 5 7 2 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 0 5 0 3 R e s e a r c h o f s t r e n g t h a n d t e n a c i t y o f p l a s t i c- - s t e e l f i b e r a n d l i g h t - - we i g h t a g g r e g a t e c on c r e t e u n d e r t h e e ffe c t o f f r e e z i n g a n d t h a wi
4、n g c y c l e NI U J i a n g a n g ,W ANG J i a l e i ( Co l l e g e o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g , I n n e r Mo n g o l i a Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , Ba o t o u 0 1 4 0 1 0, Ch i n a ) Abs t r a c t: Add i n g p l a s t i cs
5、 t e e l fib e r i n t o l i g h twe i g h t a g g r e ga t e c o n c r e te, b y t e s tin g t h e c u b i c c o mp r e s s i v e s t r e n gt h a n d s pl i t tin g t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e a f t e r f r e e z e t i n g a n d s t ud y i n g o n i n flu e n c e o f f r e e
6、z i n g a n d t h a wi n g c y c l e o n s e n g t h a n d r a t i o o f t e n s i o n a nd c o mp r e s s i o n o f l i g ht we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e te Re f e r t o t h e s t a n d a r d t e s t me t h o ds , d e s i g n i n g f o r 1 2 g r o u p s o f t e s t s p e c i me n s o f
7、fib e r r e i n f o r c e d l i g h t we i g ht a g g r e g a t e c o n c r e t e a n d 4 g r o u ps o f c omp a ris o n o f t e s t s pe c i me ns o f l i g h twe i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e a c c o r d i ng t o t he d i f f e r e n t fib e r c o nt e nt a n d f r e e z e t i n g c y
8、c l e s P l a s t i cs t e e l fib e r c o n t e n t s a r e 3, 6, 9 k g m , f r e e z i n g a n d t h a wi n g c y c l e s a r e 0, 5 0, 1 0 0, 1 5 0 Th e r e s ul t s s h o w tha t t h e t e n s i o n a n d c o mp r e s s i o n r a t i o o f l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e w
9、i th d i f f e r e n t fi be r c on t e n t s ha v e d i f - f e r e n t d e g r e e s o f a t t e n u a ti o n a f t e r f r e e z i n g a n d tha wi n g c y c l e s Th e fib e r c o n t e n t s o f 3 k g m o f l i g h twe i g h t a gg r e g a t e c o n c r e t e c a n s ti l l k e e p a h i g h t
10、e n a c i t y un d e r t he dif f e r e n t d e g r e e o f f r e e z i n g a n d t h a wi n g Ke y wor d s: p l a s ti cs t e e l fi b e r ; l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e ; t e n s i o n a n d c o mp r e s s i o n r a ti o ; t e n a c i t y 0 引言 轻骨料混凝土具有轻质 、 高强 以及 良好的抗 冻耐久性 等特点
11、 , 其在工业与 民用建筑及其他工程得到了广泛 的应 用 , 直接或 间接的取得 了较好 的经济效益 。 然而应用于结 构构件中的高强轻骨料混凝土随着强度的增加其高脆性、 韧性小的缺点显得更为突出, 已有研究表明在轻骨料混凝 土 中掺人一定量的纤维可 以有效克服混 凝土脆 性大的缺 点 , 本试验所采用 的塑钢纤维兼具 了高 、 低 弹性模量纤 维 的特点 , 即在一定范 围内提高轻骨料混凝 土强度 , 又 明 显提高轻骨料混凝土 的韧性 。 目前 , 国内学者对塑钢纤维 增强轻骨料混凝土力学强度及韧性进行了一系列 的研究 , 但在北方寒冷地区, 受环境因素影响的塑钢纤维增强轻骨 料混凝土力学
12、强度及韧性仍需进一步研究 , 本试验通过对 冻融环境作用后混凝土抗压强度和劈拉强度 的测定 , 分析 混凝土力学性能受纤维掺量和冻融影响的原 因, 对不 同纤 维掺量和冻融循环次数的混凝土拉压比进行拟合, 建立塑 钢纤维轻骨料混凝土韧性指标随冻融次数变化模型 。 1 试验概 况 1 1 试验原材料 水泥 : 试验采用蒙西水泥股份有限公司生产 的蒙西牌 P O 4 2 5级水 泥。 细骨料 : 中砂 5 i 1 n , 细度模数 2 9 4 , 含泥量 3 , 空 隙率 6 4 0 2 。 粗骨料 : 采用包头市精正陶粒厂生产的圆球形粉煤灰 陶粒 , 粒径 5 2 0 mm, 表观密度为 1 7
13、 6 0 k g m , 筒压强度 为 8 3 MP a , 1 h吸水率 1 2 2 5 。 塑钢纤维 : 浙江宁波大成新材料股份有 限公司生产 的 高性 能异型塑钢纤维 , 纤维密度 0 9 7 g c m , 长度 3 0 m m, 直径 1 2 1 T i m, 抗拉强度 5 4 3 MP a 。 外加剂 : 减水剂选用钢路牌萘系 b 2高效减水剂 , 减水 收稿日期: 2 0 1 5 0 3 1 8 基金项 目: 国家自然科学基金( 5 1 3 6 8 0 4 2 ) ; 内蒙古自然科学基金( 2 0 1 4 M S 0 5 2 8 ) 5 学兔兔 w w w .x u e t u
14、t u .c o m 率为 2 0 ; 引气剂选用 A H一1 型引气剂 , 含气量为 2 2 。 1 2配合 比设 计 配合 比设计根据 J G J 5 1 2 O 0 2 轻骨料混凝土技术规 程 采用松散体积法进行, 水灰比0 3 2 , 砂率 4 4 , 水泥用 量 4 4 0 k g m , 外加剂掺量为水泥质量 的 1 5 作为基准配 合 比, 配合比详见表 1 。 表 1 试验 配合 比 注: 配合比中水灰 比为净水灰 比, 水为净用水量。 1 3 试件 的制作 、 养护及试验 方法 塑钢纤维轻骨料混凝土试件在制备过程 中与普通混 凝土的不同之处在 于, 纤维掺量过 大时会 出现结
15、 团情况 , 而且在搅拌前轻骨料需要预湿 1 h 。 为了使塑钢纤维在搅 拌时能够均匀分散 , 而且避免结 团, 试验采 用小型强制式 混凝土搅拌机进行拌和 , 通过分段加料来完成塑钢纤维轻 骨料混凝土搅拌 。 首先将水泥 、 粗细骨料及外加剂加入搅 拌机干拌 , 均匀后将 塑钢纤 维均匀撒人 , 继续干拌 1 ra i n , 最后加入水湿拌 2 m i n 。 装模后在振动台振捣充分 , 4 8 h后拆除模具并将试块 放在标准养护室 ( 湿度 9 5 以上 , 温度 ( 2 0 2 ) ) 内养护 2 8 d , 需要冻融 的试 件在养护到 2 4 d时取 出 , 放 在 ( 2 0-4-
16、 2 ) 的水中浸泡 4 d , 养护龄期到达 2 8 d时即可取出进行 冻融试验 。 塑钢纤维轻骨料混凝土冻融试验 、 抗压强度和劈 拉强 度分别参照 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通 混凝土 长期性能 和 耐久性能试验方法标 准 E 2 3 和 C E C S 1 3 : 2 0 0 9 纤维混凝 土 试验方法标准 中的规定进行 。 2 试验 结果与分析 2 1 立方体抗压强度 与劈 裂抗拉强度 混凝 土抗压 强度 、 劈拉 强度是 最基本 的力学性能指 标 , 通常将两者 的关系参数作为衡量混凝土脆性指标的基 本参数。 已有相关研究表 明, 在混凝土 中掺入纤维对其
17、抗 压强度 的改 善 并不 明显 , 对其 劈 拉 强 度 的改 善 有 大 有 小 。 本试验在此基 础上附加了一个环境 因素, 并 通过 试验来分析该环境对混凝土强度 以及纤维增韧效果造 成 的影响。 试验每种纤维掺量 、 每个冻融次 数各做 3个试 件 , 试 验共测 4 8个试件 的立 方体抗压强度和 4 8个试件 的劈裂 抗拉强度 。 表 2为不同纤维掺 量、 不 同冻融 次数的混 凝土 立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验平均值 。 经冻融 作用后 无 纤维 轻 骨料混 凝 土抗 压强 度损 失 2 5 1 - 2 0 6 8 , 劈拉 强度损失 3 7 6 2 2 2 5 , 拉压
18、比损 失 1 2 4 2 0 2 ; 纤维掺量 3 m 轻骨料混凝土抗压强 度损失 1 4 1 - 1 3 9 4 , 劈拉强度损失 5 2 6 2 4 1 , 拉压 比损失 3 8 2 1 1 7 2 ; 纤维掺量 6 k g m 轻骨料混凝 土抗 压强度损失 1 6 9 - 7 0 2 , 劈拉强度损失 7 2 7 1 6 6 2 , 拉压 比损失 5 7 7 1 0 3 9 ; 纤维掺量 9 k g m 轻骨料混凝 土 抗压强 度损失6 1 3 2 4 4 6 , 劈拉强 度损失7 1 4 6 表 2 混凝土抗压、 劈拉试验结果 3 7 2 4 , 拉压比损失 9 8 2 1 6 8 3
19、 。 2 2 抗压强度与劈拉 强度 受冻融作用影响原 因 由混凝土冻融破坏 的机理可知 , 混凝土 的抗冻性与空 气 间距 、 降温速度 、 可冻水的含量 、 材料的渗透 系数 以及抵 抗破坏的能 力等 因素有 关 , 主要 影响 因素有平 均气泡 间 距 、 含气量 、 水灰 比、 集料 、 水泥品种与用量 、 掺合料以及纤 维的掺入等 。 塑钢纤维 的掺人适 当增加 了混凝土 的含气 量 , 改善了混凝土的微观结构 , 提高 了混凝土的抗裂性能。 从 表 2中可以看出, 纤维掺 量 3 、 6 k g m 的轻骨料混凝土 经 5 0 、 1 0 0 、 1 5 0次冻融后的抗压强度损失均
20、比无纤维轻骨 料混凝土冻融后的强度损 失小, 纤 维掺量 9 k g m 的试件 强度损失率要高于无纤维轻骨料混凝土 , 这是由于轻骨料 的吸水与供水作用 , 使骨料与水泥浆体界面区不再是混凝 土中的薄弱区, 而纤维与浆体界面取之成为纤维轻骨料混 凝土中的最薄弱环节 , 随着纤维掺量 的增 多 , 导致其 与水 泥浆体的薄弱界 面增多 , 由于孔溶液 的流动, 会 在薄弱界 面产生静水压 , 从而导致微裂纹 的产 生 , 同时水结冰产生 的冻胀应力加快微裂纹的开展 , 导致混凝土整体强度受冻 融的影响较大 , 因此过多的掺入塑钢纤维会削弱轻骨料混 凝土的强度。 由于冻融 的作用 , 基准混凝土
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