硅粉掺量对钢纤维混凝土抗冻性能影响试验研究

何思瑶 张天明 龚爱民

(1.云南农业大学水利学院，云南 昆明 650201; 2.云南省水利厅，云南 昆明 650021)



硅粉掺量对钢纤维混凝土抗冻性能影响试验研究

何思瑶1张天明2龚爱民1

(1.云南农业大学水利学院，云南 昆明 650201; 2.云南省水利厅，云南 昆明 650021)

制作了不同硅粉掺量的钢纤维混凝土试块，通过冻融试验，分析了钢纤维混凝土的抗压强度和质量损失，指出10%的硅粉掺量是钢纤维混凝土冻融后抗压强度和抗剥落的最佳掺量。

钢纤维混凝土，硅粉，抗压强度，抗冻性

0 引言

我国寒冷地区多，随着对寒冷地区的开发，混凝土作为现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学性能有一定的局限性，已不能适应寒冷地区工程的要求。钢纤维对混凝土的抗剥落能力有很大提升，很好的延缓和制止了混凝土裂缝的发展[1]，本次试验的钢纤维掺量定为0.8%。优良的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度和抗冲击性能，良好的收缩性、抗疲劳性和耐久性能，使得钢纤维混凝土在工程和基础设施建设中应用广泛[2]。而在抗压强度的提升方面，钢纤维的掺入作用有限，故掺入一定量的硅粉用以改善钢纤维混凝土的抗压强度[3]。硅粉粒径小，强度大，能提高钢纤维混凝土的强度，还是一种胶凝材料，能提高其和易性，更适应施工生产的要求。本次试验的研究目的就是研究硅粉在钢纤维掺和量为0.8%的混凝土中的最佳掺量。

1 试验原材料

水泥采用的是PI52.5硅酸盐水泥。各项指标符合GB 175—2007通用硅酸盐水泥[4]要求。钢纤维为铣销型钢纤维，规格为20 mm×2 mm，细骨料的表观密度为2 679 kg/m3，松散堆积密度为1 430 kg/m3，符合GB/T 14684—2011建设用砂[5]要求。粗骨料为直径不超过40 mm的碎石，符合GB/T 14685—2011建设用卵石、碎石[6]的要求。减水剂为黄褐色的粉末状早强高效减水剂。水为自来水。本次试验的硅粉SiO2超过了90%，密度为2.15 g/m3，符合GB 8076—2008混凝土外加剂的要求。试验设备为混凝土快速冻融试验机。混凝土配合比见表1。

2 试验方法

采用的是手工搅拌混凝土，一次搅拌的量可制作9个混凝土试块，共制作了135个150 mm×150 mm×150 mm钢纤维混凝土试块。制作后进行标记，分批进入温度为20 ℃±3 ℃，湿度为90%的标准养护室进行28 d的养护。养护结束以后将混凝土试块称重，称重后放到水箱内浸泡3 d使混凝土试块达到饱和。将混凝土试块装入试件盒中，注水覆盖混凝土试块表面，然后放置在试验机的冻融液内分别进行50次和75次的冻融循环。冻融结束后擦干试块表面水分进行称重和抗压试验。

表1 混凝土配合比

3 试块冻融后的数据整理与统计

3.1 试块抗压强度

其中，P1为抗压强度,MPa;PN为试块破坏荷载,kN;S1为试块承压面积,mm2。

本试验采用的为标准试块，所得抗压强度不需要进行尺寸换算。

3.2 试件冻融后重量损失率

其中，W1为试件重量损失率,%；G0为冻融循环前试件重量，kg；GN为N次冻融循环后试件重量，kg。

表2 抗压试验测定数据

4 试验数据分析与讨论

4.1 抗压强度

从表2中可以发现：在不同的硅粉掺量下，钢纤维混凝土冻融后的抗压强度不会随着硅粉掺量的增加而增加。硅粉掺量为0%～10%时，钢纤维混凝土的抗冻性能呈递增趋势，在掺量为10%时达到峰值。当硅粉掺量为10%～20%时，其抗压强度呈递减趋势。但是较未掺入硅粉的钢纤维混凝土，15%硅粉掺量的钢纤维混凝土的抗压强度具有明显提升，其提升程度接近于5%硅粉掺量的钢纤维混凝土。在掺量达到20%时，硅粉对钢纤维混凝土抗压强度影响降低，甚至产生负面影响。硅粉的制造工艺繁杂，市场价格高，从经济价值考虑不宜选择15%及以上掺量。

4.2 质量损失

从表2中可知：试验中抗剥落能力为C40>C35>C30。混凝土的类别与质量损失率成反比，与抗剥落能力成正比。三个试验对照组表明当硅粉掺量为10%时，钢纤维混凝土冻融后的质量损失率达到最小值。硅粉掺量从5%到10%其质量损失率在减少，超过10%以后，质量损失率出现上升。其中C40试验组，硅粉掺量为10%的钢纤维混凝土经过50次冻融循环后，质量损失率为负。这是因为钢纤维对混凝土的抗裂性能的增加，混凝土试件水泥砂浆尚未产生剥落，而吸水率增加导致重量损失不大。试验数据表明硅粉掺量的改变对钢纤维混凝土的质量损失率改变较少，相对未掺入硅粉的钢纤维混凝土的抗剥落能力提升甚微。

5 结语

1)硅粉掺量为10%的钢纤维混凝土在经历50次和75次的冻融后抗压强度最大。2)钢纤维混凝土的的硅粉掺量不应达到甚至超过20%，当硅粉掺量达到20%时其冻融后的抗压强度没有提升。硅粉价格高，还会造成工程预算的增加。3)就抗剥落能力而言，硅粉对钢纤维混凝土影响不大，当硅粉掺量为10%时其抗剥落能力达到最大值。

[1] 陈升平,段小龙,滕 飞,等.钢纤维混凝土冻融后的力学性能研究[J].湖北工业大学学报,2016,31(1):94-97.

[2] 张荣斌,王民侠.钢纤维混凝土在水利水电工程中的应用[J].陕西水利,2008(5):37-38.

[3] 刘彩平,鞠 杨,周宏伟.钢纤维高强混凝土力学性能的研究与应用[J].混凝土与水泥制品,2000(Z1):16-19.

[4] GB 175—2007，通用硅酸盐水泥[S].

[5] 陈家珑，周文娟，牛 威，等.《建设用砂》(GB/T14684—2011)修订解析[J].建筑技术，2012，43(7)：591-594.

[6] 周文娟，陈家珑，李 飞，等.《建设用卵石、碎石》(GB/T14685—2011)修订解析[J].建筑技术，2012，43(7):59.

[7] 王文奎，徐朝辉，沈文忠.对标准《混凝土外加剂》GB 8076—2008有关条款的探讨[J].21世纪建筑材料，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

何思瑶(1993- )，男，在读硕士； 张天明(1964- )，男，硕士，教授级高级工程师； 龚爱民(1962- )，男，博士，教授

TU528.572

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