鋼纖維形狀特征對(duì)鋼纖維混凝土力學(xué)性能的影響
......
為使鋼纖維得到更好的應(yīng)用,筆者研究了幾種異形鋼纖維對(duì)鋼纖維混凝土力學(xué)性能的影響。
1 原材料及試驗(yàn)方法 1.1原材料性能 鋼纖維:浙江嘉興七星鋼纖維廠剪切法生產(chǎn)的異形鋼纖維,其形狀規(guī)格見(jiàn)表1。 1.2 纖維混凝土配合比 為便于比較,摻用鋼纖維的基準(zhǔn)混凝土均采用同一配合比:水灰比為0.25,膠合料(包括水泥、礦渣、粉煤灰)為680kg/m3,砂率為30%,減水劑摻量為膠合料質(zhì)量的1%。摻加不同外觀形狀鋼纖維的鋼纖維的鋼纖維混凝土的力學(xué)性能見(jiàn)表1。 表1 不同外觀形狀的鋼纖維對(duì)鋼纖維混凝土力學(xué)性能的影響
![]() 1.3 試驗(yàn)方法
試驗(yàn)按CECS13:89《鋼纖維混凝土試驗(yàn)方法》進(jìn)行。 試件尺寸:抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)的試件尺寸為100mm×100mm×100mm,抗折強(qiáng)度試驗(yàn)的試件尺寸為100mm×100mm×400mm。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 長(zhǎng)徑比對(duì)鋼纖維混凝土力學(xué)性能的影響 通常把長(zhǎng)度為20~40mm,長(zhǎng)徑比40~120的鋼纖維定為普通短鋼纖維;長(zhǎng)度為5~15mm,長(zhǎng)徑比10~30的鋼纖維定為超短鋼纖維。表1中1、2、3、4形鋼纖維為普通短鋼纖維,5形為超短鋼纖維。從表1的試驗(yàn)結(jié)果可以看出;對(duì)于鋼纖維體積摻量小于3%的鋼纖維混凝土來(lái)說(shuō),摻普通短鋼纖維時(shí)其抗壓、抗拉、抗折強(qiáng)度分別可提高14.7%~25.0% 、104.3% ~130.4%、 15.2%~38.1%;摻超短鋼纖維時(shí),抗壓、抗拉、抗折強(qiáng)度分別可提高39.2%、56.5%、14.3%。其中超短鋼纖維對(duì)抗壓強(qiáng)度提高的幅度比普通短鋼纖維大,而普通短鋼纖維對(duì)抗拉、抗折強(qiáng)調(diào)提高的幅度比超短鋼纖維大得多。這是因?yàn)榭箟簭?qiáng)度對(duì)鋼纖維的邊壁效應(yīng)敏感,而抗拉、抗折強(qiáng)度對(duì)邊壁效應(yīng)遲鈍。鋼纖維邊壁效應(yīng)就是在模板或粗骨料表面邊壁附近,由于受邊壁的限制,鋼纖維趨于在平行于邊壁方向取向。普通短鋼纖維相對(duì)較長(zhǎng),邊壁效應(yīng)較強(qiáng),鋼纖維沿粗骨料界面分布,即與鋼纖維混凝土第一級(jí)破壞(粗骨料和砂漿結(jié)合面上產(chǎn)生微裂縫)的裂縫平行,故在此階段鋼纖維起不到什么阻裂作用;而超短鋼纖維較短,邊壁效應(yīng)相對(duì)較弱,即有一定數(shù)量的鋼纖維與粗骨料界面相交,一旦平行界面的初始微裂縫有發(fā)展的趨勢(shì),這一部分鋼纖維就能很好地阻止其發(fā)展,超短鋼纖維在第一級(jí)破壞中有較好的阻裂作用,推遲了初裂縫的產(chǎn)生,因而有效地提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度。而抗拉、抗折強(qiáng)度對(duì)纖維邊壁效應(yīng)遲鈍,普通短鋼纖維比超短鋼纖維長(zhǎng)度長(zhǎng),與混凝土粘結(jié)力和握裹力更大,所以其抗拉、抗折強(qiáng)度高。在試驗(yàn)過(guò)程中,我們還發(fā)現(xiàn)超短異形鋼纖維混凝土攪拌和成型性能很好,在后續(xù)研究中還發(fā)現(xiàn),當(dāng)鋼纖維摻加的體積率達(dá)7%時(shí),攪拌均勻,無(wú)成團(tuán)現(xiàn)象,且它的抗壓強(qiáng)度隨鋼纖維體積率成線(xiàn)性增長(zhǎng),抗拉、抗彎、抗折等性能也不錯(cuò),所以適應(yīng)在工程中推廣應(yīng)用。普通鋼纖維中波紋形初始纏結(jié)現(xiàn)象較明顯,攪拌時(shí)易成團(tuán),對(duì)工作性影響較嚴(yán)重,成型困難,影響混凝土的力學(xué)性能;其它幾種普通短鋼纖維還比較好攪拌、成型。 2.2 鋼纖維外觀形狀對(duì)鋼纖維混凝土力學(xué)性能的影響 由表1的試驗(yàn)結(jié)果知,1、2、3、4形鋼纖維長(zhǎng)徑比差不多,但對(duì)應(yīng)的鋼纖維混凝土的各種強(qiáng)度相差很大:凸痕形鋼纖維混凝土的抗壓、抗拉、抗折強(qiáng)度均最高,說(shuō)明凸痕形鋼纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)、增韌效果最好;異混形、波紋形鋼纖維次之,球痕形最差。這主要是由于它們的外觀形狀不同,與混凝土基體的粘結(jié)強(qiáng)度和握裹強(qiáng)度也不一樣。凸痕形為變截面異形鋼纖維,兩端頭均有增大截面的凸痕,凸痕在混凝土中起較強(qiáng)的錨固作用。鋼纖維在混凝土基體中的作用除粘結(jié)強(qiáng)度外,尚有因形狀變異在凸痕拐點(diǎn)處的握裹強(qiáng)度。在鋼纖維材質(zhì)相同的情況下,這種握裹強(qiáng)度與鋼纖維拐點(diǎn)處的剛度成正比,剛度越大,綱纖維在混凝土中就越難拔出,其握裹強(qiáng)度就越大。異混形拐點(diǎn)形狀看似很好,但其剛度不如凸痕形大,所以其增強(qiáng)、增韌效果也不如凸痕形好。所以,要提高鋼纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)、增韌效果,就要加大鋼纖維形狀變異處的剛度,這一點(diǎn)對(duì)鋼纖維生產(chǎn)和應(yīng)用有很大的指導(dǎo)作用。 3 結(jié) 論 (1)超短鋼纖維對(duì)混凝土抗壓增強(qiáng)效果比普通短鋼纖維好,且它的攪拌、成型性能也很好。普通短鋼纖維對(duì)混凝土抗拉、抗折增強(qiáng)效果比超短纖維好得多。 (2)當(dāng)鋼纖維長(zhǎng)徑比差不多時(shí),其外觀形狀對(duì)混凝土的增強(qiáng)、增韌效果影響很大,要提高鋼纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)、增韌效果,就要加大鋼纖維形狀變異處的剛度,本文研究的幾種普通異型鋼纖維中,以凸痕形鋼纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)、增韌效果最佳,異混形、波紋形次之,球痕形最差。 |
原作者: 曹?chē)?guó)娥 歐志華 劉雅軍 |
(中國(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處)
編輯:
監(jiān)督:0571-85871667
投稿:news@ccement.com