关于钢纤维混凝土抗裂性能的试验研究

关于钢纤维混凝土抗裂性能的试验研究

摘要：钢纤维混凝土是一种新型的复合材料，相比混凝土本身它的力学性能要好很多，在施工中也因其优越的特性而受到广泛的应用，因此关于钢纤维混凝土抗裂性能的试验研究具有非常重要的实践意义。本文从原材料的选取，关键参数的选择与计算出发，对试验结果进行了分析与探讨，旨在为钢纤维混凝土抗裂性能研究起到了一定的指导作用。

关键词：钢纤维混凝土；抗裂性能；实验研究；

Abstract: the steel fiber concrete is a new type of composite materials, compared to the mechanical properties of the concrete itself it a lot better than, in construction, but also because of the superior characteristic and widely application, so about steel fiber concrete anti-cracking performance test research has important practical significance. This article from the selection of raw materials, the key parameters of the selection and calculation of the test results are analyzed and designed for steel fiber concrete anti-cracking performance study has some guiding role.

Keywords: steel fiber concrete; Crack resistance; Experimental research; 1、引言

在道路、桥面、水力等施工中路面用接缝不仅要对路面荷载产生的剪应力起到很好的承受作用，还要对因为混凝土热胀冷缩所产生变形起到承受的作用，所以在接缝材料的选择上我们一般选取黏结能力比较强、脆性比较好以及力学性能比较优越的混凝土材料。不过由于普通混凝土材料属于脆性材料，这就很容易出现抗拉的强度低以及容易开裂的问题。

而钢纤维混凝土指的是在普通的混凝土中加入乱向分布的短钢纤维以后形成的一种复合材料。通过乱向分布钢纤维的加入可以遏制混凝土内部的微裂缝扩散，这就有效的防止了宏观裂缝的形成，对于改善混凝土的抗拉、抗弯以及抗疲劳性能等有着明显的效果，本文将着重对其抗裂性能的提升进行探讨。

2、原材料的选择

在关于钢纤维混凝土抗裂性能的实验研究中，原材料的选择非常重要，其中钢纤维所采用的是长径比为50的剪切型钢纤维，水泥选取的等级是P-O52.5级，细骨料使用的是天然河砂，粗骨使用的是粒径小于20毫米的碎石，水为普通水，外加剂为高效减水剂。

在具体的参数及性能上，细骨料级配去0.16到5毫米，细度模数取2.6，表观密度取2435kg/m³，含泥量取2.4%。

而在粗骨料的物理指标上，级配取5到20毫米。表观密度为2680kg/m³，压碎指标取5.8%，含泥量取0.3%。

水泥的主要性能有：标准稠度用水量取28.4%，初凝时间为204min，终凝时间为285min。

3、参数计算

参数的正确选择对于试验结果的正确性有非常大的影响，在本次试验中关键的参数选取如下：

（1）对试配抗压强度及试配抗折强度

首先要对钢纤维混凝土的试配强度进行确定，钢纤维混凝土强度等级取C50，则其试配强度可根据强度选取95%。相应保证率系数可以取为1.5，那么所取的试配抗压强度可计算得59.84MPa。

其次，对抗折强度进行计算，试配时的抗折强度应该等于设计抗折强度的1.1倍。我们通过计算可以得出为8.8MPa。

（2）通过计算可以得到钢纤维混凝土的水灰比取为0.4.

（3）对钢纤维的体积率与单位提及用量进行确定，通过计算得出体积率为1%，单位体积用量为78kg/m³

（4）对单位体积的用水量和用水泥的量进行确定。在考虑到外加剂的因素以后经计算得出用水量为180kg，用水泥量为450kg。

（5）对砂率进行确定，钢纤维混凝土的砂率与其体积率和水灰比有直接关系。本次经计算后合计砂率为46%。

（6）对单位体积砂以及石用量进行确定，我们可以使用绝对体积法的到砂用量为931kg，而石用量为795kg。

4、对于钢纤维混凝土抗裂性能的试验结果分析

（1）掺入钢纤维对混凝土和易性的影响

和易性关系到混凝土在拌合、浇注等过程中是否方便操作，和易性高则代表

着我们获取的混凝土质量更加均匀。我们一般从流动性、粘聚性以及保水性三个方面对混凝土的和易性进行评估。主要方法是对于其拌合物的流动性进行测试，然后将其作为一个评估时使用的指标，最后再综合其粘聚性以及保水性对其的出评价。

在这次试验之中，我们对于流动性的测试方法使用的是坍落度法，经过测量我们获取的坍落值是82毫米。这一数据说明掺入钢纤维的混凝土流动相比较好。此外，在观察中，我们未发现离析以及沁水的现象，也就是说它的粘聚性与保水性比较好。

（2）掺入钢纤维对混凝土抗压强度的影响

在试验中我们发现钢纤维的掺入与混凝土抗压能力之间基本没有关系，7d龄期的时候提高值为2.8%，而在28d龄期的时候对应的是4.7%，其改善效果非常微小，对于这一现象的原因可能是因为掺入钢纤维以后，没有充分的水泥浆提来对骨料进行包裹，这必然会使得其抗压强度不可能出现较大的改善。另外，我们还可以从破坏形态上进行分析，由于一般混凝土是比较典型的四角锥的形态，在钢纤维加入以后，其试件的完整性没有出现大的改变，这也是导致在掺入钢纤维以后没对混凝土抗压强度带来很大改善的原因之一。

（3）掺入钢纤维对混凝土劈拉强度的影响

在试验中，我们发现钢纤维的掺入对于混凝土的抗劈拉强度有着非常明显的改善，在7d龄期的时候提高值为23.7%，而在28d龄期的时候对应的增幅高达39.3%。出现这种情况的原因主要是因为钢纤维对于应力的传递有着很好的效果，此外，钢纤维还可以长时间承受外力，这种特点决定了其变形不可能太严重，也就是说其抗劈拉强度会出现较大的改善。

针对掺入钢纤维对混凝土抗压强度的影响以及掺入钢纤维对混凝土劈拉强度的影响，我们在其试验的过程中可以看出通过钢纤维的掺入可以很好的改善混凝土的脆性，这是因为在钢纤维加入以后，试件的整体性得以很大的加强。

（4）掺入钢纤维对混凝土抗折强度的影响

我们通过试验发现，通过加入钢纤维，混凝土的抗折强度在7d的时候提高了25.4%，在28d的时候提高了32.1%。这就可以看出通过掺入钢纤维可以有效地改善混凝土的抗折强度，这是因为在普通的混凝土中当出现裂缝的时候会非常快的进行扩散进而破坏其结构，这时试件的承载能力基本就不存在了。钢纤维的掺入会使得试件整体性加强，而且钢纤维会和基体产生粘结力，这就使得在试件被破坏时，这种粘结力可以在一定程度上承担弯拉应力，防止裂缝的扩散，进而提升了混凝土的抗折强度。

5、结论

（1）通过加入钢纤维会对混凝土拌合物的坍落度造成影响，较使用同一配合比的混凝土，前者的坍落度会小3毫米。

（2）钢纤维的加入对于混凝土抗压强度的改变影响不大，7d龄期的时候提高值为2.8%，而在28d龄期的时候对应的是4.7%。

（3）钢纤维的掺入对于混凝土的抗劈拉强度有着非常明显的改善，在7d龄期的时候提高值为23.7%，而在28d龄期的时候对应的增幅高达39.3%。

（4）加入钢纤维会给混凝土的抗折强度带来非常明显的改善。通过加入钢纤维，混凝土的抗折强度在7d的时候提高了25.4%，在28d的时候提高了32.1%。

因此，我们可以通过将钢纤维掺入到混凝土中以起到提升其工作性能与力学特性的作用。通过这种方式得到的钢纤维混凝土将是一种在未来会非常有前景的材料。

参考文献

[1]曹小霞;郑居焕;;钢纤维和聚丙烯粗纤维对活性粉末混凝土强度和延性的影[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2011年02期.

[2]方晓燕;田韫智;费建刚;;钢纤维混凝土在桥面铺装中主要物理力学性能研究[J];安徽建筑;2010年05期.

[3]张秀成;;钢纤维混凝土在下穿式立交桥桥下路面翻修中的应用研究[J];安阳工学院学报;2008年02期.

[4]刘丰军;朱合华;廖少明;于宁;;纤维混凝土在盾构隧道衬砌管片中的应用研究[J];地下空间与工程学报;2007年01期.

[5]杜修力;田予东;田瑞俊;张磊;;钢纤维超高强混凝土的力学性能试验[J];北京工业大学学报;2009年09期.

[6]焦楚杰,孙伟,高培正,蒋金洋;钢纤维高强混凝土力学性能研究[J];混凝土与水泥制品;2005年03期.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。