摘要：通过在混凝土中掺入不同的钢纤维试验掺量，研究钢纤维对混凝土抗压、劈拉、抗折强度的变化规律。结果表明，钢纤维对道路混凝土强度的增强效果，对劈拉强度影响最大，对抗析强度影响次之，对抗压强度影响最小。
关键词：钢纤维 劈拉强度 抗折强度 抗压强度
0引言
钢纤维混凝土(SFRC)是在普通混凝土中掺入适量乱向分布的短钢纤维而形成的一种多相、多组分水泥基新型复合材料，具有优异的物理、力学性能[1]，它克服了混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、性脆等缺点，SFRC优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能，已在建筑、路桥、水工等工程领域得到应用Ⅲ。本文通过在混凝土中掺入不同的钢纤维量试验。研究钢纤维混凝土的强度变化规律，以探索钢纤维的合适掺量。
为满足钢纤维的增强效果与施工性能，通常采用钢纤维长度为15～60mm。直径或等效直径为0.3～1．2mm，长径比为30~100。
国内外对钢纤维的作用机理做了大量的研究[41．一般认为，钢纤维混凝土中乱向分布的短纤维主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和阻滞宏观裂缝的发生和发展，提高基体的抗裂强度和抗冲击性，改善混凝土的韧性及混凝土结构的延性。美国R0mualdi提出的“纤维间距机理”根据线弹性断裂学来说明纤维对于裂缝发生和发展的约素作用：英国Swamy、Mangat等人提出的“复合材料机理”将纤维看作混凝土基体的增强体系，并用混和原理来推定纤维混凝土的抗裂强度。在受荷(拉、弯)初期，水泥基料与纤维共同承受外力，当混凝土开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。因此钢纤维混凝土与普通混凝土相比具有一系列优越的物理和力学性能。其中，钢纤维的长径比、体积率和几何形状是决定钢纤维混凝土性能的重要参数。
1试验
1．1试验材料
水泥采用强度等级为425的普通硅酸盐水泥，技术性能满足国家标准的相关要求；粗集料采用级配良好的碎石，表观密度2．991g／cm ，堆积密度1．53g／cm ， 颗粒级配为5—10ram、10—20mm连续级配；细集料为普通河砂，最大粒径5mm，连续级配．细度模数2．83；钢纤维：一种是普通钢纤维，另一种为短细钢纤维．两种钢纤维均为江西赣州利发金属材料公司生产。试验用无引气功能的萘系高效减水剂，减水率为15％～18％。
1.2试验方案
参照《钢纤维混凝土试验方法》(CECS 13：89)t~进行，试验包括抗压强度、劈拉强度和抗折强度试验三部分。抗压强度和抗折强度采用500t静载试验机．抗折强度采用50t静载试验机和标准的三等分点加载。试验按照普通道路混凝土配合比设计方法设计弯拉强度标准值为5．0MPa的基准混凝土。并以0.4l和0.42两个水灰比来调整基准混凝土配合比。然后选择较优配合比作为基准配合比。最终确定的基准混凝土配合比见表1。
在基准配合比的基础上，分别以钢纤维体积率为0.6％ 、0.7％、0.8％ 、0.9％ 、1．0％、1．1％ 、1．2％进行钢纤维混凝土试验，普通钢纤维和微细钢纤维按1：1组合， 以充分发挥混杂效应，提高钢纤维混凝土的强度和韧性，综合考察钢纤维混凝土强度变化规律。钢纤维混凝土配合比见表2。
抗压强度试验采用100mmx100mmx100mm 的试件，测定其无约束受力状态下的抗压强度。劈拉强度试验采用l00mmxl00mmx100mm的试件。加荷速度为0.05—0.08MPa／s。按式1计算劈拉强度。
2试验结果和分析
从图1可以看出，在钢纤维掺量为0.6％～1．2％时，其抗压强度随钢纤维掺量增加呈现出明显的规律性变化，7组试件的平均抗压强度增幅为6．6％。其中在掺量为0.8％时出现一个明显的峰值，其增幅为25．8％，从整体趋势看，钢纤维掺量小于0.8％时，强度随掺量增加而增大：钢纤维掺量大于0 8％时．强度随掺量增加而减小。并且钢纤维掺量为0.8％时．其强度在各个龄期内都最高。在本次试验范围内，钢纤维最佳掺量为0 8％ ．大于或小于最佳掺量时增强效果不明显。由图1(b)可知，多组试件3d强度增强作用不明显，掺量为0 8时有明显增强作用。
试验结果表明，掺人钢纤维后，混凝土的抗压强度有较大增长 其中，混杂钢纤维混凝土的劈裂抗拉强度增长尤其明显．基本上都较基体混凝土劈拉强度增长了1倍以上，较单一钢纤维混凝土有更好的增强效果。从图2可以看出，钢纤维混凝土28d劈拉强度随着钢纤维体积掺量的增加而增大，并且都高于基准混凝土，其中体积率为1．2％时达到最高增幅27％ ，0.6％体积率的增幅最小，为10.1％。七组试件的平均增幅为17．5％ ，而对抗压强度的平均增幅只有6．6％ ，说明钢纤维对混凝土劈拉强度的增强效果要比对抗压强度的增强效果显著。如图2fb1所示，从3d强度看，其增强作用不明显，其中有四组强度明显低于基准强度，有一组强度基本与基准强度持平，只有两组强度较基准有明显增强。说明钢纤维的加入并不能有效提高混凝土早期劈拉强度
钢纤维体积掺量为0.6％～1．2％时抗折强度较基准混凝土增长了7．1％～19 8％ ，其中，掺量为0.9％对应的抗折强度较基准强度增幅最大．达到19．8％，所有试件的平均增幅为10 7％ 。钢纤维掺量在0.6％一0.9％范围时，抗折强度随掺量增加而提高，随后却有降低趋势，其中最高掺量1．2％对应最低增幅7．1％。在试验条件下，钢纤维的最佳掺量为0 9％。抗折强度的平均增长幅度要比抗压强度的平均增幅大又比劈拉强度的增幅小。体积率对抗折强度的影响跟抗压强度的相似，钢纤维掺量在0.6％～1．2％之间存在一个最佳掺量，超过这个最佳掺量，强度随着体积率的增加而减小。
3结论
单掺钢纤维对混凝土强度有增强作用。掺量为0I8％时，可使抗压强度达到最佳效果，较基准强度提高了25．8％ ；掺量为0.9％时，使抗折强度达到最高，较基准强度增长了19．8％：掺量为1．2％时对劈拉强度达到最佳增强效果，较基准强度提高了27％。钢纤维的增强效果，对劈拉强度的影响最大，对抗折强度的影响次之，对抗压强度的影响最小。
参考文献
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