掺钢纤维的活性粉末混凝土（ＲＰＣ）力学性能影响的研究

武文娟

[摘要]分析钢纤维对RPC抗压强度以及抗折强度的影响,通过试验研究不同种类的钢纤维在不同的掺量下对RPC的抗压强度以及抗折强度的影响,研究结果表明在其它条件不变的情况下,钢纤维的直径对于RPC的强度的影响的区别;钢纤维对RPC强度的影响当掺量大于一定值后有放缓的趋势。

[关键词]钢纤维掺量 抗压强度 抗折强度

中图分类号:TU5文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0810009-01

活性粉末混凝土是一种超高强、高韧性、高耐久、体积稳定性良好的新型水泥基复合材料,它主要由水泥、石英砂、石英粉、硅灰、钢纤维和高效减水剂组成,采用适当的成型和养护工艺制成的。它的制备原理是:剔除粗骨料,采用尺寸尽可能小的粉末状原材料改善匀质性;添加高效减水剂降低水灰比;通过加热养护改善其微结构;掺人纤维增加混凝土韧性。RPC抗压强可达200～800MPa,抗折强度可达20～100MPa,断裂能可达40kJ/m2。

活性粉末混凝土具有的优越性能的获得主要是钢纤维的掺入,这对提高活性粉末混凝土的力学性能起到了十分重要的作用。钢纤维构成了在RPC中的原材料之一,由于它的价格高、使用量较大,直接影响到RPC的经济性,并且钢纤维的掺量和品种的选择对RPC的强度、和易性也有很大的影响。本文通过一系列的试验研究,首先通过试验对比G1、G2两种钢纤维对RPC强度的影响,定性的比较不同钢纤维对RPC强度的影响;其次通过试验对比G1在不同钢纤维掺量对RPC强度的影响,定量的描述出钢纤维对RPC强度的影响。

一、试验工作

(一)原材料性能

水泥:采用河北太行山水泥厂出产的太行山牌普通硅酸盐水泥42.5。

石英砂:采用河北省灵寿产的石英砂。

硅灰(SF)微硅粉:灰白色粉末,平均粒径0.2µm,最大粒径1µm,SiO2含量大于90%,密度为2.21g/cm3,比表面积为18m3/g。

石英粉(QP):150目石英粉,平均粒径为59µm。

高效减水剂:JM一2型p一萘磺酸亚甲基高效减水剂,黄褐色液体,含固量大于40%。

钢纤维:采用两种钢纤维,G1是长径比是25:0.65,抗拉强度590Mpa;G2长径比是12:0.22抗拉强度2314Mpa。

(二)RPC配合比

W/B=0.2,SF/C=0.25,QP/C=0.37S/C=1.1,JM一2/C=0.015。其中:B代表胶凝材料,钢纤维的掺量分别为0、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%,均为体积比。

(三)试验制作程序及养护

采用JJ一5型行星式水泥胶砂搅拌机搅拌,搅拌程序如下:

1.将水泥、石英粉和硅灰钢纤维按照配合比称量,倒人搅拌锅内,干拌120S;

2.加入溶有减水剂的一半用水量,搅拌180S;

3.倒人另一半用水量,搅拌270S;

混凝土搅拌完后,成型:采用40mmx40mmxl60mm三联模成型,在胶砂振动台上分两次装料振动4min,用塑料薄膜盖上,再将其放入标准养护室。试件成型24h拆模,置于(80±2)℃水中预养48h。

二、试验现象、结果及分析

表1是G1、G2两种钢纤维在掺量分别为0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%

情况下RPC的抗压强度和抗折强度。

从试验看出钢纤维的加入可以提高RPC的抗压强度,在相同的掺量下G1对抗压强度的影响要大于G2,这是因为在同样的体积掺量下,纤维G1在混凝土中的数量大于G2,纤维的分散程度也更高。

纤维G2对RPC抗折强度的影响很有限,以掺量2%为例,在掺入纤维后,抗折强度仅提高了11%,而同样掺量下的纤维G1在掺入后抗折强度提高了57%,抗折强度的提高十分显著。这是因为一是纤维G1的材料本身的强度很高,达到了2314MPA,二是纤维G1在混凝土中的分布比G2要均匀的多。这对提高RPC的抗折强度提高都有有利的影响。在试验中可以看出掺有G1的试件在破坏时纤维多数是拔出,试件表现为延性破坏,而掺有G2的试件在破坏时纤维多数被拉断,试件多表现为脆性破坏,G2这种纤维对混凝土的抗折作用不明显。

从以上的对比可以看出在制备RPC选择钢纤维时,应考虑以下因素:一是选择高强度的钢纤维,在构件破坏时避免发生纤维的拉断破坏,尽量多发生纤维的拔出破坏,这样在破坏的过程中可以消耗更多的能量,保证构件发生延性破坏;二是在长长径比基本相同的情况下应选择直径细的纤维,这样纤维在混凝土中的分散度更高,更能提高构件的抗折强度。

三、钢纤维的增强原理分析

混凝土材料是一种脆性材料,掺一定量的纤维可以在保证混凝土自身的优点的基础上,对混凝土基体产生了增强、增韧、和阻裂的效应,同样对于RPC来说也可以达到这一目的。在掺有钢纤维的RPC受力过程中,钢纤维与水泥基的界面特性和界面粘结影响到纤维的粘结与拔出的全过程,从而影响到RPC的力学性能;钢纤维的特性、RPC基体特性、钢纤维与RPC的粘结是影响掺入钢纤维的RPC增强的关键。要提高钢纤维和水泥基体的截面性能除了选择合理组成的水泥、骨料外,还应加入适量的减水剂,掺入适量的硅灰等活性材料。

从试验的结果可以看出在同样的体积掺量下由于G1在混凝土中的分散度要比G2高,所以G1对抗折强度的提高比G2明显得多。随着掺量的增加,混凝土中的纤维的数量在不断的增大,纤维间距不断的缩小;这一作用在1.5%至3%这一区间内更为显著。

四、结论

通过以上的试验研究可以得出下面的结论:

1.在选择钢纤维时不仅仅要考虑纤维的长径比、强度,纤维的直径对纤维的其它特性参数的影响也比较大,比如分散度、比率等,当纤维的直径大于一定程度后,对混凝土的延性提高的作用就不明显了。

2.当钢纤维掺量小于1%时,对RPC强度的影响有限,在配制RPC时钢纤维的掺量不能小于1%;当钢纤维大于3%时,纤维的增加对RPC强度增长的影响放缓,在考虑经济成本的情况下,钢纤维的掺量一般地说不要超过去3%。