砌体加固用高延性混凝土材料研究

柴宠舂,徐国孝,柴炳烽

(1.浙江建科新材料开发有限公司, 浙江 杭州 310012;2.浙江省建筑科学设计研究院有限公司,浙江 杭州 310012；3.杭州富阳建筑工程质量检测有限公司,浙江 杭州 311400)

高延性混凝土是由胶凝材料、集料、外加剂和合成纤维等原材料组成,按一定比例加水搅拌、成型之后,具有高强度、高延性、高韧性和高耐损伤能力的特种混凝土[1]。其变形能力可达普通混凝土的200倍,也被称为“可弯曲混凝土”。采用该材料加固墙体面层,可以节约成本且施工方便,是目前市场上比较前沿的加固材料之一。目前，西安建筑大学邓明科教授及其团队已成功研制出具有可弯曲性能的高延性混凝土,并首创用于砌体房屋抗震加固,显著提高了房屋的抗震性能,可抵抗9度及以上地震。

本项目以合成纤维为增韧材料,通过掺入不同的合成纤维(聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维),经过大量对比试验,以陕西省工程建设标准《高延性混凝土应用技术规程(DBJ61/T 112—2016)》为参考[2],结合其他因素,成功制备出加固用高延性混凝土材料。

1 试验用原材料

1)水泥：采用PO42.5水泥作为主要胶凝材料,其物理性能见表1。

表1 普通硅酸盐水泥物理性能

2)砂：一般高延性混凝土中不用粗骨料,本试验采用建德产石英砂,其性能见表2。

表2 石英砂的性能指标

3)粉煤灰：绍兴某电厂Ⅱ级粉煤灰。

4)纤维：K-Ⅱ聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维。

5)减水剂：苏州某品牌聚羧酸减水剂。

2 配比设计及试验

2.1 配比设计

根据陕西省工程建设标准《高延性混凝土应用技术规程(DBJ61/T 112—2016)》相关性能要求,以抗压强度、抗折强度、等效弯曲韧性和等效弯曲强度作为高延性混凝土的技术指标。本文重点研究了聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维,以及粉煤灰掺量的变化对高延性混凝土各项性能的影响。

根据相关资料,控制砂胶比在0.8以下,固定砂子用量(记作A),以水泥(B)、粉煤灰(C)、聚乙烯醇纤维(D)、聚丙烯纤维(E)为研究对象,选取具有代表性的配合比,见表3。

表3 高延性混凝土配合比设计

2.2 试验方法

高延性混凝土应采用强制式搅拌机进行搅拌,搅拌机转速不宜小于45 r/min。

试验时,先加入全部的水和外加剂,边搅拌边加入骨料、水泥、矿物掺合料等。搅拌3 min待拌合物搅拌均匀后加入纤维,使纤维均匀分散且无聚团后停止搅拌。当纤维体积率超过1.5%时,应适当提高搅拌机的转速和延长搅拌时间。按照陕西省工程建设标准《高延性混凝土应用技术规程(DBJ61/T 112—2016)》相关要求,成型养护后进行各项性能测试,本试验抗拉韧性试件尺寸取40 mm×40 mm×160 mm,抗压试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm。

2.3 试验结果分析

由表4～6可知,在满足拌合物设计和施工要求的同时,纤维掺量在1.4%～2%，粉煤灰掺量在8%～12%时,均符合陕西省工程建设标准《高延性混凝土应用技术规程(DBJ61/T 112—2016)》规范要求,而聚乙烯醇纤维对高延性混凝土韧性的改善优于聚丙烯纤维。纤维对高延性混凝土的韧性影响较大,适量的粉煤灰也能增强高延性混凝土的韧性,但过多的粉煤灰会影响高延性混凝土的抗压强度。结合以上情况,拟定高延性混凝土的配比见表7。

表4 不同聚乙烯醇纤维掺量性能试验结果

表5 不同聚丙烯纤维掺量性能试验结果

表6 不同粉煤灰掺量性能指标

表7 高延性混凝土配比 kg

3 试验结果

根据陕西省工程建设标准《高延性混凝土应用技术规程(DBJ61/T 112—2016)》技术要求及试验方法,对高延性混凝土材料进行试验,其拌合物的和易性好,不泌水,纤维不聚团,力学性能也符合要求。见表8。

表8 LD高延性混凝土材料试验结果

4 结 语

本项目研制的高延性混凝土材料,各项性能指标均符合陕西省工程建设标准《高延性混凝土应用技术规程(DBJ61/T 112—2016)》要求,同时,在试验过程中发现有下列因素影响高延性混凝土的性能：

1)纤维掺量不宜过多,通常在1.5%～2%范围内比较恰当。当掺量超过2.5%,纤维会出现明显聚团。

2)选用K-Ⅱ聚乙烯醇纤维对高延性混凝土的性能影响更佳。

3)掺入一定量的粉煤灰可以提高高延性混凝土的韧性。

4)在保证高延性混凝土强度的同时, 为提高高延性混凝土的拉伸应变,水胶比应控制较低,所以要选用聚羧酸高效减水剂,其掺量在1%左右。