混杂纤维高强轻骨料混凝土配合比试验研究

成 松 松

(解放军理工大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室，江苏 南京 210007)

混杂纤维高强轻骨料混凝土配合比试验研究

成 松 松

(解放军理工大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室，江苏 南京 210007)

运用绝对体积法，对混杂纤维轻骨料混凝土的多次试配研究，得到和易性良好，抗压强度超过40 MPa，干表观密度低于1 950 kg/m3的混杂纤维高强轻骨料混凝土，具有良好的工程应用前景。

高强轻骨料混凝土，混杂纤维，配合比设计，绝对体积法

1 配合比设计

1.1原材料

试验中，水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥；粗骨料选用粒径为5 mm～15 mm的900级高强页岩陶粒；细骨料为天然河沙；纤维采用塑钢纤维和聚丙烯纤维；外掺料选用98硅灰；减水剂是聚羧酸高性能减水剂。

1.2设计方法

合理的配合比需要保证适当的强度和良好的施工性，是长期试验和工程实践经验总结出来的。对于高强轻骨料混凝土的设计方法不仅需要满足普通混凝土的设计方法，还需要满足轻质高强的原则。根据JGJ 51—2002轻骨料混凝土技术规程，以轻粗骨料配制出的干表观密度不大于1 950 kg/m3的混凝土称为轻骨料混凝土，而抗压强度高于30 MPa称为高强轻骨料混凝土。本文选用绝对体积法[1]进行混凝土配合比的设计。

2 参数设计

本文改进王丹等[2]的研究成果，在每立方米混凝土的水泥、粗骨料、沙、硅灰用量不变的情况下，通过调整水胶比和减水剂的用量，经过多次试配，确定最终的配合比。

表1 混凝土试配工况

从表1中工况A，B，C可以看出，水胶比越大，减水剂用量越多，混凝土拌和物的和易性越好；对比工况C,D发现，相同配比的情况下，含纤维的混凝土拌和物和易性明显优于不含纤维混凝土拌和物的和易性，原因可能是聚丙烯纤维和塑钢纤维表面均经过表面疏水处理，早期与水泥浆之间基本没有粘结强度，在粗骨料与水泥浆之间起到了“滚轴”的作用，提高了混凝土拌和物的和易性。本文所得到坍落度相比一般混凝土拌和物明显偏小，原因有两点：一是所采用的页岩陶粒多孔隙，与水泥浆之间有较强的吸附作用；二是页岩陶粒表面多棱角，与水泥浆有加大的摩擦阻力，导致混凝土拌和物的流动性相对较差。

根据GB 5014—92混凝土质量控制标准，试配的混凝土坍落度均小于50 mm，属于低塑性混凝土。为得到高强轻骨料混凝土，在满足和易性良好的情况下，应选择较小的水胶比，所以本文将水胶比定为0.35，减水剂用量定为2%，见表2。

表2 轻骨料混凝土试验配比

3 试块密度测量

表3 混凝土试块测量

如表3所示，本次试验结果得到的混凝土干表观密度均小于1 950 kg/m3，符合《轻骨料混凝土技术规程》的有关规定，故本试验所配置的混凝土均属于轻骨料混凝土。两者密度差距在2%以内，说明纤维的有无对混凝土干密度基本没有影响。

4 混凝土试块抗压强度试验

4.1试验简介

按照GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准进行试验，采用的是100×100×100的28 d养护龄期的立方体试块，含纤维试块(A31,A33,A35)和不含纤维试块(A21,A22,A23)各挑选3块进行密度测量。

4.2试验现象与分析

如表4所示，含纤维的轻骨料混凝土试块抗压强度明显高于不含纤维的轻骨料混凝土，强度高出37.8%，通过复合材料理论和纤维间距理论可以对强度的提高进行解释。

表4 混凝土立方体试块抗压强度试验结果 MPa

根据复合材料理论，轻骨料混凝土强度可以看作是由轻骨料和水泥砂浆两种组分共同提供，即:

f=fT+fS+f(T,S)

(1)

其中，f为轻骨料混凝土的抗压强度；fT为粗骨料分担的抗压强度；fS为水泥砂浆集体分担的抗压强度；f(T,S)为粗骨料与水泥砂浆之间粘结产生的弱化强度，f(T,S)<0。

聚丙烯纤维在混凝土硬化的早期能减少微小孔隙，塑钢纤维在后期受力过程中能有效阻止裂缝的延伸和发展。混凝土中的纤维在内部形成网格结构，有效的阻止了轻骨料的上浮，改善了陶粒在混凝土中的均匀性，粗骨料承担的应力fT得到提高，即ΔfT>0；由表1发现相同配比情况下，含纤维的轻骨料混凝土比不含纤维的坍落度要大，说明纤维的存在改善了混凝土的和易性，水泥砂浆中孔隙率降低，提高了混凝土的密实性，另外塑钢纤维具有一定的抗拉强度，有效的限制了裂纹的产生和发展，水泥砂浆承担的应力fS得到进一步提高，即ΔfS>0。由于采用的纤维与水泥基体间具有良好的粘结性能，适量的纤维能够改善粗骨料与水泥砂浆之间的界面缺陷，即Δf(T,S)>0，最终导致含适量纤维的轻骨料混凝土强度高于不含纤维的轻骨料混凝土强度。

如图1所示，含纤维和不含纤维的轻骨料混凝土试块的破坏模式差别较大。不含纤维的试块(见图1a))，破坏表面和棱角处混凝土层剥落，而整体基本保持完好，破坏面贯穿轻骨料，是一种脆性破坏，说明不含纤维的轻骨料混凝土均匀性较差，由于陶粒密度低于水泥砂浆，导致试块破坏时出现分层现象，同时陶粒强度低于水泥砂浆基体的强度，才会出现陶粒被压碎，破坏面贯穿陶粒。含有纤维的混凝土试块破坏外观上，只有3条沿受力方向的纵向贯穿裂缝，没有出现混凝土剥落和其他明显的破坏现象，属于具有一定预兆的延性破坏，对比说明纤维的存在改善了轻骨料混凝土的分层和不均匀现象，纤维良好的抗拉性能，能有效控制混凝土裂缝的产生和发展。

5 结语

混杂纤维的高强轻骨料混凝土，轻质高强，而且具有良好的韧性，不仅能满足工程结构中的强度要求，同时也解决了混凝土的脆性问题，具有良好的力学性能和重大的工程实践意义。采用本文设计的混杂纤维高强轻骨料混凝土配合比，不仅强度能达到40 MPa以上，而且干表观密度低于1 950 kg/m3，满足高强轻骨料混凝土强度高，密度低的设计要求。

[1] 李道西,韩 俊.基于简化的绝对体积法自密实混凝土配合比设计研究[J].中国农村水利水电,2014(5):105-106.

[2] 王 丹,郭志昆,陈万祥.混杂纤维轻骨料混凝土性能试验研究[J].建筑结构,2014(14):21-23.

Experimentalstudyonmixproportionofhybridfiberhighstrengthlightweightaggregateconcrete

ChengSongsong

(StateKeyLaboratoryofDisasterPrevention&MitigationofExplosion&Impact,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

Hybrid fiber high strength lightweight aggregate concrete with good workability, over 40 MPa compressive strength and less 1 950 kg/m3oven-dry density was made by many times research, and has a good prospect of engineering application.

high strength lightweight aggregate concrete, hybrid fiber, mix design, absolute volume method

1009-6825(2017)30-0107-03

2017-08-12

成松松(1992- )，男，在读硕士

TU528

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