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钢纤维轻骨料混凝土基本物理性能研究 　　【摘要】通过对钢纤维掺量为0kg/m3、20kg/m3、40kg/m3和60kg/m3的膨胀粘土轻骨料混凝土基本物理性能进行研究，表明钢纤维能大幅提高抗弯屈服强度和能量吸收值。而对密度、弹性模量、抗压强度和劈拉强度的影响较小。 　　【关键词】钢纤维；轻骨料混凝土；物理性能 　　0 前言 　　轻骨料混凝土的使用可以追溯到五千多年前古印度文明时期，举世闻名的罗马斗兽场也得益于轻质混凝土的应用[1]。十九世纪以来，特别是二战时期，天然骨料较为匮乏，人造轻骨料便因此得到发展。随着技术的创新，能源价格的上涨，轻骨料混凝土在当代更是成为高层、大跨结构必不可少的材料。但是与此同时，轻骨料混凝土也因较大的脆性而受诟病，纤维的引入，有效的改善了轻骨料混凝土的物理性能，特别是抗弯性，有了大幅度的提升[2]。常见的纤维有聚丙烯纤维、玻璃纤维，碳纤维和钢纤维，钢纤维因其经济性，以及对混凝土性能的提升而最为常用。膨胀粘土作为轻骨料，相比浮石、陶粒具有低密度、绝热、隔音、防火等优势，每年以超过4%的增幅被广泛[3]，但是研究较为有限。本试验便以膨胀粘土作为人造轻骨料，加以工程常用含量范围内的钢纤维，对混凝土基本物理性能进行研究。 　　1 实验材料与实验设计 　　1.1实验原材料 　　粗骨料为球形膨胀粘土颗粒，表观密度为1191kg/m3，直径为2-10mm，吸水率为15%；细骨料为天然沙，表观密度为2570 kg/m3，直径为0-2mm，颗粒级配良好；混凝土为普通波特兰水泥（CEM-1/42.5N）；减水剂为BASF公司生产的GLENIUM ACE 391高效减水剂；拌合水为自来水。 　　Jian Gao[4]等人指出高宽比过大容易造成施工搅拌困难，所以为了方便施工，本实验采用长为35mm，直径为0.5mm，长径比为70，端部带弯钩的钢纤维，以0-60 kg/m3的常用掺量为区间，20 kg/m3作为含量梯度，细化低含量钢纤维对混凝土各项性能的影响。 　　1.2实验配合比 　　1.3实验材料与方法 　　本实验中，抗压强度和劈拉强度的测定采用150*150*150mm3的立方体；定静力受压弹性模量的测定采用Φ10mm*300mm的圆柱；抗弯强度的测定采用150mm*150mm*700mm的小梁，每组3个试块。 　　进行拌合混凝土前，首先润湿搅拌机和盛装混凝土的容器，并遵循以下顺序依次投料：投入粗、细骨料，开始搅拌，与此同时加入润湿粗骨料的水，计时30s；随后停止搅拌；加入水泥后，再次搅拌，并加入溶入高强减水剂的剩余水，计时3min， 期间均匀加入钢纤维；搅拌完毕后，静置3min，并再次搅拌2min。 　　钢模浇筑，在振捣台振动密实后，72h后拆模，用塑料膜包裹试块，并将其移入气候实验室，养护28天。 　　2实验结果与分析 　　为了便于分析，作者以相应素混凝土的各个物理性质为基准，对测试结果进行归一化处理，见图1： 　　2.1和易性 　　报道称[5]，加入1.5Vol%的玻璃纤维或者钢纤维后，标准坍落度测试结果只有25mm，但实际上，经过振捣，混凝土的可灌注性和紧实性依旧较为满意，所以，传统的坍落度测试并不能很好的反映纤维混凝土的和易性，故本试验采用DIN12350-2[6]规范进行测试。实验表明， 　　纤维的加入，使混凝土的和易性和流动性大大降低，但是依旧符合规范要求。在实际浇筑中，60kg/m3钢纤维参量的混凝土浇筑时候较为困难。 　　2.2弹性模量 　　从图1可看出，低含量钢纤维降低了混凝土的弹性模量，特别是在20kg/m3含量中，降幅为2%，其原因可能在于较低钢纤维影响了膨胀粘土和水泥浆之间的粘结性能，而随着钢纤维含量的增加，这种粘结性能得以改善。 　　2.3密度 　　由于钢纤维的比重较大，所以随着含量增加，混凝土的密度也相应增大，当纤维含量在60kg/m3时，出现4%的最大增幅。所以，低含量的钢纤维并没有明显影响混凝土的密度。 　　2.3抗压强度 　　钢纤维加入后，抗压强度并没有得到较为明显的改善，从图1可以看出，20kg/m3和60kg/m3钢纤维分别提高了6%和10%，作者认为钢纤维的加入，特别是端部带弯钩的钢纤维，能够阻值微裂缝的发展，因此可以提高其抗压承载力。 　　2.4抗弯强度 　　图1和图2都很明显的表明，钢纤维可以有效改善混凝土的抗弯性能。当第一条裂缝出现后，混凝土的各项性能开始退化，对于素混凝土，会突然断裂。观察断裂面，膨胀粘土几乎全部被破坏，而与水泥浆体依旧保持良好的粘结形态，这表明此类混凝土的薄弱域取决于膨胀粘土的各项物理性能。随着钢纤维的加入，即使是较低含量，混凝土的抗弯性能都大幅提升，裂缝从试块下部纯弯段任意位置出现后，随着弯