高强轻质混凝土力学特性试验研究

王永娥 李英帅 郑军涛

（1长安大学公路学院，陕西 西安 710064；2深圳中铁二局工程有限公司，广东 深圳 518000）

关键字：高强轻质混凝土；钢纤维 抗压强度试验；抗折强度试验

0 引言

混凝土作为土木工程必不可少的材料，始终朝着高强、轻质、绿色和高性能的方向发展0。高强轻质混凝土不但保证了混凝土结构有强度，而且为减轻混凝土结构的自重提供了有效的途径0，具有高强轻质、保温隔热性好、节能效果显著、工程综合造价低等优点0，是一种良好发展前景的绿色建筑材料0，已经在高层、大跨、桥梁、海洋等建筑中得到了广泛的应用0。但随着轻集料混凝土强度的提高，其脆性也显著增加，如何改善高强轻集料混凝土的脆性需要深入研究。目前已有的关于高强轻质混凝土材料的研究表明，钢纤维对普通混凝土具有良好的增强、增韧和阻裂效果。本文通过力学性能试验，对比分析了未掺入钢纤维的普通轻质混凝土和掺入钢纤维的高强轻质混凝土力学特性，研究钢纤维对轻质混凝土抗压及抗折强度的影响。

1 高强轻质混凝土材料与试验方法

1.1 原材料

水泥：水泥在高韧性轻集料混凝土中主要作为胶结材料，使用时和水拌合形成水泥砂浆，把轻集料、砂、钢纤维以及其他组分粘结成为整体的同时，还可填充高韧性轻集料混凝土中的空隙，增加其密实性。试验采用华润生产的 P.042.5R水泥。

粉煤灰：粉煤灰可改善了混凝土拌和物的和易性，提高混凝土抗渗能力，同时可节约水泥和砂并减少了用水量。试验采用沙角电厂生产的Ⅰ级粉煤灰，需水量为93%。

钢纤维：试验采用深圳恒驰远生产的长30mm，长径比为65的熔抽端多锚点型钢纤维，具有较高的强度、韧性和较低的干缩值，抗拉强度＞600MPa。

轻集料：轻集料主要是作为混凝土中的骨架。高韧性轻集料混凝土采用的轻集料粒径一般为钢纤维长度的2/3，最大粒径低于20mm。轻集料选用湖北汇腾生产的5～16mm、800级破碎页岩陶粒，其堆积密度780kg/m3。

细集料：细集料主要是用于填充轻集料之间的空隙，和轻集料一起共同组成高韧性轻集料混凝土的骨架。本实验使用的细集料为中砂，细度模数为2.8，含泥量小于0.8%。

外加剂：减水剂是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度。本试验采用深圳天地生产的高性能缓凝型，聚羧酸系高效减水剂，减水率为25%。

1.2 试验方法

1.2.1 试件

高强轻质混凝土力学性能按照《轻集料混凝土技术规程》JGJ51-90进行，试验分别采用15cm立方体，15cm×15cm×55cm的模具成型抗压及抗折的混凝土试件。

1.2.2 试验

1）压强度试验

采用尺寸为15cm立方体试件，如图1。每种类型的试件制作2个，共4个，利用万能试验机进行抗压强度试验。

图1 抗压强度试验立方体试件

2）抗折强度试验

采用尺寸为150×150×550mm的混凝土试件，如图2。每种类型的试件制作2个，共4个，利用抗折试验机进行抗折强度试验。

1.3 试验配合比

本次试验中混凝土的设计抗压强度50MPa，抗折强度7MPa。具体配合比如表1。

表1 各类型混凝土配合比（单位：kg/m3）

图2 抗折强度试验棱柱体试件

2 力学特性试验结果

2.1 抗压强度试验

表2为28天龄期抗压强度试验结果：

表2 高强轻质混凝土材料抗压强度试验结果（单位：kg/m3）

由表2可知：1）每种配合比的试件试验得出的抗压强度，均与其平均值接近，偏差小于 1%，试验结果可靠；2）未掺入钢纤维的常规轻质混凝土材料，抗折强度未满足要求，掺入钢纤维后，其抗压强度得到明显提高，即钢纤维可提高轻质混凝土抗压强度。

2.2 抗折强度试验

表3抗折强度试验结果：

表3 高强轻质混凝土材料抗压强度试验结果（单位：kg/m3）

由表2可知：1）每种配合比的试件试验得出的抗折强度，均与其平均值接近，偏差小于 1%，这表明试验结果可靠；2）与常规未添加钢纤维的混凝土材料，添加钢纤维可明显提高材料的抗折性能。因为钢纤维的掺入极大改善了轻集料混凝土的脆性，增加其韧性。

3 结果总结

本文通过力学性能试验，对比分析了未掺入钢纤维的普通轻质混凝土和掺入钢纤维的高强轻质混凝土力学特性，得出以下结论：

1）每种配合比的试件试验得出的抗压及抗折强度，均与其平均值接近，偏差均小于1%，试验数据可靠；

2）向混凝土材料中添加钢纤维，可明显提高材料的抗压强度及抗折强度。