基于正交试验的钢纤维自密实混凝土配合比设计分析

顾广娟

（建筑结构安徽省普通高校重点实验室（安徽新华学院），安徽 合肥 230088）

1 钢纤维自密实混凝土配合比设计分析

1.1 自密实钢纤维混凝土特点

混凝土是常用于建筑领域，因其能耗低、易助材、强度高、耐久度高、施工方便、成本较低等一系列优点而成为建筑业的主要材料。但混凝土也有其缺点，就是其重量比较大，且相较于其他材料脆性也更大。本课题主要研究在保留混凝土的原有优点之上对于混凝土缺点的改造实验。在漫长的试验过程中发现，轻骨料混凝土可以对传统混凝土取其精华去其糟粕，近年来相关专家还发现，在轻骨料混凝土中加入钢纤维，可以让轻骨料混凝土原来的可泵性能差和脆性进行填充。一般来说，自密实混凝土在进行现场作业时，常常会出现上浮现象，但是加入钢纤维之后的混凝土往往流动性变得更好，并且其密实度也有大幅度提高，可以扬长避短，避免轻骨料混凝土原有弊端，更大限度实现自密实。

1.2 国外自密实钢纤维全轻混凝土研究现状

人们对于建筑物的要求越来越高，相关专家也都对混凝土加大研究力度，原本的纤维混凝土在我国的研究已经较为完整，但是关于自密实轻骨料混凝土还远远落后于国外的步伐，国内对于自密实轻骨料混凝土的研究还十分罕见。混凝土添加入纤维后可以顺利将传统混凝土的抗击拉扯能力以及弯曲能力和耐久性改变，这对于自密实混凝土来讲，是一个质的飞跃。到现在为止，包括在国外，对于混凝土的添加物质也只有钢纤维。

1.3 国内自密实钢纤维混凝土研究现状

自密实轻骨料混凝土和纤维轻骨料混凝土的基本资料和实验基本上都来源于国外，国内对于此类研究尚浅，更不用提钢纤维自密实混凝土的研究了。但自密实轻骨料混凝土更适用于我国的工业建设，并且其优点也很多。截止到现在，我国在进行混凝土的实验研究时，一般都是通过轻骨料混凝土以及自密实混凝土两种方法交替进行。并且通过已有的实验资料可以了解到，专家们更加注重于自密实轻骨料混凝土的配合比及耐久度研究。

2 钢纤维自密实混凝土配合比设计实验分析

2.1 钢纤维自密实混凝土的配合比的实验研究

本课题的关键所在就是对于钢纤维自密实混凝土的配合比的实验分析。项目组在已有经验和文献调研的基础上，进行钢纤维自密实混凝土的配合比范围的确认和分析研究，并在此范围内进行制备试验。实验过程中主要采用坍落扩展度、T500流动时间、J环试验评价钢纤维自密实混凝土的水平自由流动性和填充性；利用L型仪、坍落扩展度和J环试验差值评价混凝土拌合物的间隙通过性和抗离析性；采用离析率筛析法测试抗离析性。项目组还在实验过程中凭借不同配合比的钢纤维自密实混凝土的流动性、抗离析性、间隙通过性、填充性和强度，分析骨料尺寸和百分比、水泥百分比、黄沙百分比、硅灰百分比、粉煤灰百分比及钢纤维体积比对工作性和力学性能的影响和敏感程度。并对工作度、力学性能和配合比的关系进行函数拟合，采用回归分析方法对配合比进行参数优化。最后配制出造价低、工作度满足工程要求、强度和韧性大幅增强的钢纤维自密实混凝土。

2.2 钢纤维自密实混凝土含损伤的动静态本构关系分析

在MTS试验机上对钢纤维自密实混凝土进行准静态压缩、三轴围压实验，获得钢纤维自密实混凝土准静态下的应力应变曲线；在霍普金森杆上对钢纤维自密实混凝土进行不同应变率下的动态压缩实验，获得其不同应变率下的动态拉压应力应变关系曲线。研究不同强度不同钢纤维体积比的钢纤维自密实混凝土的动静态抗压，确定不同体积比钢纤维含量对自密实混凝土力学性能的增强效果。研究动静态的应力应变曲线，采用连续介质损伤力学理论推导含损伤、含应变率、含钢纤维体积比的钢纤维自密实混凝土本构，为钢纤维自密实混凝土在动静态载荷作用下的工程应用提供理论指导。

2.3 纤维自密实混凝土的掺加性能分析

在进行自密实混凝土的掺加性能分析时发现，可以利用折算系数和试块尺寸的区别，从而通过钢纤维数量掺加的多少来进行自密实混凝土的力学性能实验分析。

透过分析可以了解到，随着钢纤维的掺量的不断增加，自密实混凝土的抗压强度、抗折强度、劈拉强度和弹性模量都在逐渐地增大，相较于未掺加钢纤维的基准配合比自密实混凝土，钢纤维的掺加能够有效地提高自密实混凝土的力学性能，尤其是对提高抗压、劈拉强度和抗折强度最为有效，进而对提高混凝土的强度和抗裂性能具有显著的作用。

综上所述，在进行自密实混凝土的抗弯抗折抗压能力实验时，当测试进入混凝土的最大限度时，会出现破碎或者直接整块损坏的状态。但是加入了钢纤维的自密实混凝土在进行实验时，其在到达极限状态时还可以维持原有状态，不会出现碎块掉落，其外在表现只是表面上会有条状裂隙的出现。

2.4 自密实混凝土工作性能实验过程

本课题主要采用的自密实混凝土的研究方法有：首先，测试自密实混凝土的流动性以及测试钢纤维自密实混凝土流动性采用的方法是坍落度筒法，坍落度筒法的扩展度越大，则说明混凝土的流动性越好，并且填充能力也比较强，在建筑过程中比较容易施工。其次，对于自密实混凝土骨料通过性检测以及对于钢纤维自密实混凝土中混凝土在钢筋间隙的通过能力测试时采用的方法是J-环法，J环法的扩展度越大，说明混凝土的流动性越好，并且不容易出现离析、泌水等问题。最后，在进行自密实混凝土的骨料通过性以及抗离析性实验和在对钢纤维自密实混凝土进行填充能力和抗离析性实验时，采用的是U型仪法和GTM稳定法，通过两种试验方法可以了解到，自密实混凝土的流动性较好并且混凝土离析率在5%以上时不离析，在5%以下时离析。

2.5 应用前景和发展趋势

从目前针对我国的钢纤维自密实混凝土的实验研究以及国外的研究记录来看，国内外的自密实纤维轻骨料的研究已经日趋完善，并且在国际上也十分活跃。但是从目前已经得出结论的研究结果来看，国内外对于自密实钢纤维轻骨料混凝土的具体工作性能以及钢纤维分布规律的研究仍然比较少。正因如此，相关学者对于钢纤维轻骨料混凝土工作性能和钢纤维分布规律的研究还应再接再厉，希望未来可以进一步发展相关应用从而为我国建筑业提供帮助。

3 结语

本文通过对正交试验的钢纤维自密实混凝土配合比设计分析，得出钢纤维的加入可以直接影响自密实混凝土的性能以及受到冲击时的状态，从而通过相关实验顺利得到了具有高性能的钢纤维自密实混凝土，更新了原有传统的自密实混凝土，这对我国的混凝土领域是一个新的突破。并且相关人员也致力于钢纤维自密实混凝土配合比的后续研究。这项研究，无论是对于国内还是国外，都是一个质的飞跃。