钢纤维混凝土强度性能试验研究

摘 要：通过试验研究在不同的钢纤维掺量情况下，钢纤维混凝土的抗压、劈拉、抗折强度的影响规律，从而总结出钢纤维混凝土的增强效应规律，最终确定出合理的钢纤维掺量，可以为道路桥梁等工程的实际应用提供有效参考。

关键词：钢纤维；劈拉强度；抗折强度；抗压强度

1 试验材料及试验方案

1.1 试验材料

本试验所用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/cm3，堆积密度1.53 g/cm3，颗粒级配为5～10mm、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；本试验用了两种钢纤维，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。本试验用了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

本试验参照《钢纤维混凝土试验方法》（CECS 13：89）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，采用标准的三等分点加载。本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0.41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。

在确定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，以此考察钢纤维对混凝土的各种强度性能的影响。并且采用普通钢纤维和微细钢纤维按1:1比例组合，以充分发挥混杂效应，提高钢纤维混凝土的强度和韧性。以此综合考察钢纤维混凝土强度变化规律。

抗压强度试验采用100mm×100mm×100mm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100mm×100mm×100mm的试件。加荷速度为0.05~0.08MPa/s。按式(1-1)计算劈拉强度。

FT为三分点加载模式下试件破坏荷载。

2 钢纤维混凝土强度试验结果分析

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，当钢纤维掺量小于0.8%时，强度随掺量增加而增大；当钢纤维掺量大于0.8%时，强度随掺量增加而减小。并且可以看出钢纤维掺量为0.8%时，其强度在各个龄期内都最高，说明钢纤维对混凝土抗压强度的影响存在一个最佳掺量。在本次试验范围内，对钢纤维混凝土抗压强度来讲，存在一个最佳掺量0.8%。掺量大于或小于这个最佳掺量时都会造成增强效果不明显。 由图2-1(b)可知，多数组试件3d强度增强作用不明显，不过掺量为0.8时却有明显增强作用。

钢纤维对混凝土的增强作用主要体现在抗压强度上，许多研究都说明了这一点。本文的试验结果也表明，掺入钢纤维后，混凝土的抗压强度有较大地增长。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。其增幅普遍较大，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%。这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许多。另外，如图2所示，从3d强度看，其增强作用就不明显了，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%~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%。因此可以认为在本次试验条件下，对抗折强度的最佳掺量为0.9%。另外还可以发现抗折强度的平均增长幅度达到要比抗压强度的平均增幅大又比劈拉强度的增幅小。并且其体积率对抗折强度的影响趋势跟抗压强度的很相似，都是在掺量在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。从而可以得出结论，就钢纤维的影响效果而言，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。此结论符合已知的结论。

4 结论

通过综合分析得出如下结论：(1) 单掺钢纤维对混凝土强度有增强作用。当掺量为0.8%时，可以使抗压强度达到最佳效果，较基准强度提高了25.8%；当掺量为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%。

参考文献

［1］赵国藩，彭少明，黄承逵.钢纤维混凝土结构［M］.北京：中国建筑工业出版社，1999:1-50.

［2］徐至均. 纤维混凝土技术及应用［M］. 北京：中国建筑工业出版社，2002: 3-150.

［3］关宇.钢纤维混凝土的组成、特点及应用［J］.当代建设，2003，（6）.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。