钢纤维自密实混凝土工作性能及抗压强度试验研究_赵燕茹
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* 国家自然科学基金项目（ 11362013） ［作者简介］ 赵燕茹，教 授，博 士 生 导 师，E-mail： zhaoyanru710523 @ 126． com ［收稿日期］ 2016 -06 -30
实混凝土在一些国家的实际工程中被大量应用［3］。 典型的实例有： 美国西雅图双联广场、法国的诺尼 桥等著名工程［4-5］。
2017 年 2 月上
施工技术
第 46 卷 第 3 期
CONSTＲUCTION TECHNOLOGY
61
DOI： 10. 7672 / sgjs2017030061
钢纤维自密实混凝土工作性能及抗压强度试验研究*
赵燕茹，郝 松，高明宝，范晓奇，时金娜
（ 内蒙古工业大学土木工程学院，内蒙古 呼和浩特 010051）
3. 0
1. 2 钢纤维自密实混凝土配合比 钢纤维自密实混凝土配合比设计方法比普通
混凝土更为 复 杂，且 对 工 作 性 能 要 求 较 高，必 须 采 用严格的 技 术 方 法，对 自 密 实 混 凝 土 进 行 准 确 设 计，确定各组成材料的合理比例［9］。本文试验配合 比设计采用固定砂石体积含量方法［10］，经过多次计
水泥为普通硅酸盐水泥（ P·O42. 5） ，具体性质 如表 1 所示； 粗骨料采用搅拌站的粉碎型碎石，最大 粒径不 超 过 20mm，针 片 状 骨 料 含 量 ＜ 10% ，空 隙 率 ＜ 40% ； 砂子采用级配合格、含泥量 ＜ 1% 本地区 河砂； 活性掺和料采用一级粉煤灰； 减水剂为聚羧 酸高效减水剂，减水率在 20% 以上； 钢纤维采用弓 字切断型，长度为 35mm，直径为 0. 8mm。
注： 表中试件代号 SCC 代表自密实混凝土，后面数字代表钢纤维的wk.baidu.com积含量，如“04”表示钢纤维的体积率为 0. 4%
kg·m － 3
钢纤维
0 15. 6 31. 2 46. 8
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2017 No． 3
赵燕茹等： 钢纤维自密实混凝土工作性能及抗压强度试验研究
性能，但选取合理的试验配合比及正确的搅拌方法，同样能够配制出满足施工要求的钢纤维自密实混凝土。钢纤
维会小幅提高自密实混凝土的抗压强度，且随钢纤维掺量的增加而增加。
［关键词］ 混凝土； 钢纤维自密实混凝土； 工作性能； 抗压强度； 试验研究
［中图分类号］ TU502 + ． 6
［文献标识码］ A
［文章编号］1002-8498（ 2017） 03-0061-04
Ｒesearch of Steel Fiber Self-compacting Concrete Workability and Compressive Strength
Zhao Yanru，Hao Song，Gao Mingbao，Fan Xiaoqi，Shi Jinna
（ School of Civil Engineering，Inner Mongolia of Technology，Hohhot，Inner Mongolia 010051，China）
算及试配，最终确定本试验钢纤维自密实混凝土的 配合比如表 2 所示。 1. 3 钢纤维自密实混凝土拌合方法
钢纤维自密实混凝土中由于钢纤维的掺入，特 别是钢纤 维 掺 量 较 大 时，若 搅 拌 过 程 中 控 制 不 当， 就会影响钢纤维的分散性，出现钢纤维抱团成球的 现象。试验采用了 30L 的强制式搅拌机，具体搅拌 过程如下： ①将细骨料、水泥和粉煤灰投入搅拌机 内大约拌 制 30s； ② 加 入 粗 骨 料 和 水 搅 拌 1min 以 上； ③将减水剂均匀倒入，并搅拌 1min； ④最后将钢 纤维撒入拌合物中继续搅拌 3min 左右后出料。 1. 4 试验方法 1. 4. 1 工作性能测试方法
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SCC-06
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Abstract： In this paper，the working performance of steel fiber reinforced self-compacting concrete was investigated by slump flow test and J-ring test． The effect of strength grade and steel fiber proportion on structural viscosity，filling performance，self-leveling properties and penetration through voids of fixed steel reinforcement were also studied． The change of 28d compressive strength of self-compacting concrete with different steel fiber proportion was discussed by compression testing of concrete cubes． The results show that the steel fiber could reduce the working performance of self-compacting concrete，but by selecting appropriate test mix and proper mixing methods，the steel fiber reinforced self-compacting concrete could meet the construction requirements． The steel fiber could slightly improve the compressive strength of self-compacting concrete which will continue to increase by adding the steel fiber． Key words： concrete； steel fiber reinforced self-compacting concrete； workability； compressive strength； testing
近年来，国内外许多学者通过试验研究自密实 混凝土的工作性能及力学性能，刘思国等［6］综合使 用坍落流动度、J-Ｒing，L-Box 和 U-Box 4 种工作度试 验方法，较为全面地评价了纤维自密实混凝土的流 动性能、钢 筋 间 距 通 过 性 能、自 流 平 能 力 和 抗 离 析 性能。刘运 华 等［7］ 总 结 了 已 有 的 对 自 密 实 混 凝 土 研究成果，分 析 了 自 密 实 混 凝 土 的 流 变 特 性、硬 化 后的性能 及 其 微 观 结 构 特 征。 陶 津 等［8］ 通 过 试 验 分析磨细矿渣含量、胶凝材料总量、砂率、减水剂掺 量对自密实混凝土流动性和强度的影响，配制了高 工作性能和力学性能的自密实混凝土。
表 1 P·O42. 5 级普通硅酸盐水泥性能指标
Table 1 Performance of P·O42. 5 ordinary
silicate cement
标准 稠度
安定性
29. 6% 合格
抗折 强度 / MPa
3d
28d
4. 5
7. 6
抗压 强度 / MPa
3d
28d
28. 3 47. 9
密度 / （ g·cm － 3 ）
新拌自密实混凝土的流变性能随时间而变化， 传统的静态方法（ 如坍落度试验） 无法描述其动态 特性及流变性能（ 如黏度以及钢纤维混凝土流经钢 筋时的阻塞情况） ，本文采用坍落流动度试验、J-环 试验综合评价钢纤维自密实混凝土拌合物的工作 性能。
在坍落流 动 度 试 验 中，主 要 仪 器 有 坍 落 度 筒、 硬质不吸水的光滑正方形平板（ 边长为1 000mm，最 大挠度 ＜ 3mm，在平板表面标出坍落度筒的中心位 置和直径分别为 500，600，700，800，900mm 的同心 圆） 、铲子、钢尺、秒表等。试验步骤［11］为： 润湿底板 和坍落度筒，底 板 放 在 坚 实 的 水 平 地 面 上，把 坍 落 度筒放在标出的底板中心，用脚踩住两边的脚踏板 准备装料。在装料时，每次用铲子加入量应为筒体 的 1 /3，中间间隔 30s，不用振捣。加满后用抹刀抹 平，清除盘底多余混凝土。然后垂直平稳地提起坍 落度筒（ 此过程应在 5s 内完成） ，使混凝土自由流 出。从开始装料到提起坍落度筒开始立即用秒表
［摘要］ 采用坍落流动度试验、J-环试验检测了新拌钢纤维自密实混凝土的工作性能，研究了混凝土强度等级、钢纤
维掺量对拌合物黏度、填充性能、自流平性能及间隙通过性的影响规律； 通过混凝土立方体抗压试验，探讨了不同
钢纤维掺量时自密实混凝土 28d 抗压强度变化规律。研究结果表明： 钢纤维的掺入虽会降低自密实混凝土的工作
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记录时间，直到混凝土扩展至 500mm 圆圈为止，这 个时间为 T500 流动时间，此方法可用以评价拌合物 的黏度。拌合物停止流动后，测出拌合物的最大扩 展直径 D1 及与之垂直的直径 D2 ，计算平均值，即为 坍落扩展度。评价钢纤维自密实混凝土拌合物的 填充性能和自流平性能［6］。
在 J-环试验中，主要仪器有： J 环仪、坍落度筒、 硬质不吸水平板。首先将平板放在坚实的水平地 面上，用水 润 湿 坍 落 度 筒 及 底 板，并 保 证 坍 落 度 筒 内壁及底板上无明水，将坍落度筒放在 J-环中央并 一起置于平板的中心位置，具体操作步骤同坍落流 动度试验。最后用钢尺测量混凝土扩展后相互垂 直方向上的两个最终直径并计算平均值，从不同的 方向测量 J-环内外混凝土的高度并作差。以此评价 钢纤维 自 密 实 混 凝 土 拌 合 物 流 经 钢 筋 的 间 隙 通 过性［12］。 1. 4. 2 抗压试验
0 引言 自密 实 混 凝 土 （ self-compacting concrete，SCC）
又称自流 平 混 凝 土 或 免 振 捣 混 凝 土［1］。 它 是 指 不 需要外加振捣完全依靠重力作用就能充满模板的 每一个角落，达到充分密实，且能够保持不离析、不 泌水和匀 质 性 的 优 质 混 凝 土［2］。 为 了 达 到 更 好 的 抗拉、抗渗和抗裂性能，可向 SCC 基体中掺加纤维， 这就出现了纤维自密实混凝土，钢纤维自密实混凝 土即为其 中 的 一 种，它 能 够 利 用 纤 维 的 力 学 性 能， 从而扩展自密实混凝土的应用范围。钢纤维自密
表 2 钢纤维自密实混凝土配合比
Table 2 Mix proportion of steel fiber self-compacting concrete
混凝土 强度
混凝土 类型
水
水泥
粉煤灰
砂
石子
水灰比
减水剂
SCC-00
190
400
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0. 37
8. 4
SCC-02
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普通混凝土工作性能已有大量研究报道，但对 于新型材料纤维自密实混凝土工作性能及抗压强 度的研究比较少。本文研究了钢纤维自密实混凝 土的配制及搅拌方法，通过坍落流动度试验、J-环试 验测试了钢纤维自密实混凝土的工作性能，在满足 自密实混凝土工作性能指标要求的基础上，进一步 研究了不同钢纤维掺量对 28d 自密实混凝土立方体 抗压强度的影响，可为钢纤维自密实混凝土在实际 工程中的应用提供一定的参考。 1 试验概况 1. 1 试验材料
实混凝土在一些国家的实际工程中被大量应用［3］。 典型的实例有： 美国西雅图双联广场、法国的诺尼 桥等著名工程［4-5］。
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第 46 卷 第 3 期
CONSTＲUCTION TECHNOLOGY
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DOI： 10. 7672 / sgjs2017030061
钢纤维自密实混凝土工作性能及抗压强度试验研究*
赵燕茹，郝 松，高明宝，范晓奇，时金娜
（ 内蒙古工业大学土木工程学院，内蒙古 呼和浩特 010051）
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1. 2 钢纤维自密实混凝土配合比 钢纤维自密实混凝土配合比设计方法比普通
混凝土更为 复 杂，且 对 工 作 性 能 要 求 较 高，必 须 采 用严格的 技 术 方 法，对 自 密 实 混 凝 土 进 行 准 确 设 计，确定各组成材料的合理比例［9］。本文试验配合 比设计采用固定砂石体积含量方法［10］，经过多次计
水泥为普通硅酸盐水泥（ P·O42. 5） ，具体性质 如表 1 所示； 粗骨料采用搅拌站的粉碎型碎石，最大 粒径不 超 过 20mm，针 片 状 骨 料 含 量 ＜ 10% ，空 隙 率 ＜ 40% ； 砂子采用级配合格、含泥量 ＜ 1% 本地区 河砂； 活性掺和料采用一级粉煤灰； 减水剂为聚羧 酸高效减水剂，减水率在 20% 以上； 钢纤维采用弓 字切断型，长度为 35mm，直径为 0. 8mm。
注： 表中试件代号 SCC 代表自密实混凝土，后面数字代表钢纤维的wk.baidu.com积含量，如“04”表示钢纤维的体积率为 0. 4%
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钢纤维
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赵燕茹等： 钢纤维自密实混凝土工作性能及抗压强度试验研究
性能，但选取合理的试验配合比及正确的搅拌方法，同样能够配制出满足施工要求的钢纤维自密实混凝土。钢纤
维会小幅提高自密实混凝土的抗压强度，且随钢纤维掺量的增加而增加。
［关键词］ 混凝土； 钢纤维自密实混凝土； 工作性能； 抗压强度； 试验研究
［中图分类号］ TU502 + ． 6
［文献标识码］ A
［文章编号］1002-8498（ 2017） 03-0061-04
Ｒesearch of Steel Fiber Self-compacting Concrete Workability and Compressive Strength
Zhao Yanru，Hao Song，Gao Mingbao，Fan Xiaoqi，Shi Jinna
（ School of Civil Engineering，Inner Mongolia of Technology，Hohhot，Inner Mongolia 010051，China）
算及试配，最终确定本试验钢纤维自密实混凝土的 配合比如表 2 所示。 1. 3 钢纤维自密实混凝土拌合方法
钢纤维自密实混凝土中由于钢纤维的掺入，特 别是钢纤 维 掺 量 较 大 时，若 搅 拌 过 程 中 控 制 不 当， 就会影响钢纤维的分散性，出现钢纤维抱团成球的 现象。试验采用了 30L 的强制式搅拌机，具体搅拌 过程如下： ①将细骨料、水泥和粉煤灰投入搅拌机 内大约拌 制 30s； ② 加 入 粗 骨 料 和 水 搅 拌 1min 以 上； ③将减水剂均匀倒入，并搅拌 1min； ④最后将钢 纤维撒入拌合物中继续搅拌 3min 左右后出料。 1. 4 试验方法 1. 4. 1 工作性能测试方法
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Abstract： In this paper，the working performance of steel fiber reinforced self-compacting concrete was investigated by slump flow test and J-ring test． The effect of strength grade and steel fiber proportion on structural viscosity，filling performance，self-leveling properties and penetration through voids of fixed steel reinforcement were also studied． The change of 28d compressive strength of self-compacting concrete with different steel fiber proportion was discussed by compression testing of concrete cubes． The results show that the steel fiber could reduce the working performance of self-compacting concrete，but by selecting appropriate test mix and proper mixing methods，the steel fiber reinforced self-compacting concrete could meet the construction requirements． The steel fiber could slightly improve the compressive strength of self-compacting concrete which will continue to increase by adding the steel fiber． Key words： concrete； steel fiber reinforced self-compacting concrete； workability； compressive strength； testing
近年来，国内外许多学者通过试验研究自密实 混凝土的工作性能及力学性能，刘思国等［6］综合使 用坍落流动度、J-Ｒing，L-Box 和 U-Box 4 种工作度试 验方法，较为全面地评价了纤维自密实混凝土的流 动性能、钢 筋 间 距 通 过 性 能、自 流 平 能 力 和 抗 离 析 性能。刘运 华 等［7］ 总 结 了 已 有 的 对 自 密 实 混 凝 土 研究成果，分 析 了 自 密 实 混 凝 土 的 流 变 特 性、硬 化 后的性能 及 其 微 观 结 构 特 征。 陶 津 等［8］ 通 过 试 验 分析磨细矿渣含量、胶凝材料总量、砂率、减水剂掺 量对自密实混凝土流动性和强度的影响，配制了高 工作性能和力学性能的自密实混凝土。
表 1 P·O42. 5 级普通硅酸盐水泥性能指标
Table 1 Performance of P·O42. 5 ordinary
silicate cement
标准 稠度
安定性
29. 6% 合格
抗折 强度 / MPa
3d
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4. 5
7. 6
抗压 强度 / MPa
3d
28d
28. 3 47. 9
密度 / （ g·cm － 3 ）
新拌自密实混凝土的流变性能随时间而变化， 传统的静态方法（ 如坍落度试验） 无法描述其动态 特性及流变性能（ 如黏度以及钢纤维混凝土流经钢 筋时的阻塞情况） ，本文采用坍落流动度试验、J-环 试验综合评价钢纤维自密实混凝土拌合物的工作 性能。
在坍落流 动 度 试 验 中，主 要 仪 器 有 坍 落 度 筒、 硬质不吸水的光滑正方形平板（ 边长为1 000mm，最 大挠度 ＜ 3mm，在平板表面标出坍落度筒的中心位 置和直径分别为 500，600，700，800，900mm 的同心 圆） 、铲子、钢尺、秒表等。试验步骤［11］为： 润湿底板 和坍落度筒，底 板 放 在 坚 实 的 水 平 地 面 上，把 坍 落 度筒放在标出的底板中心，用脚踩住两边的脚踏板 准备装料。在装料时，每次用铲子加入量应为筒体 的 1 /3，中间间隔 30s，不用振捣。加满后用抹刀抹 平，清除盘底多余混凝土。然后垂直平稳地提起坍 落度筒（ 此过程应在 5s 内完成） ，使混凝土自由流 出。从开始装料到提起坍落度筒开始立即用秒表
［摘要］ 采用坍落流动度试验、J-环试验检测了新拌钢纤维自密实混凝土的工作性能，研究了混凝土强度等级、钢纤
维掺量对拌合物黏度、填充性能、自流平性能及间隙通过性的影响规律； 通过混凝土立方体抗压试验，探讨了不同
钢纤维掺量时自密实混凝土 28d 抗压强度变化规律。研究结果表明： 钢纤维的掺入虽会降低自密实混凝土的工作
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记录时间，直到混凝土扩展至 500mm 圆圈为止，这 个时间为 T500 流动时间，此方法可用以评价拌合物 的黏度。拌合物停止流动后，测出拌合物的最大扩 展直径 D1 及与之垂直的直径 D2 ，计算平均值，即为 坍落扩展度。评价钢纤维自密实混凝土拌合物的 填充性能和自流平性能［6］。
在 J-环试验中，主要仪器有： J 环仪、坍落度筒、 硬质不吸水平板。首先将平板放在坚实的水平地 面上，用水 润 湿 坍 落 度 筒 及 底 板，并 保 证 坍 落 度 筒 内壁及底板上无明水，将坍落度筒放在 J-环中央并 一起置于平板的中心位置，具体操作步骤同坍落流 动度试验。最后用钢尺测量混凝土扩展后相互垂 直方向上的两个最终直径并计算平均值，从不同的 方向测量 J-环内外混凝土的高度并作差。以此评价 钢纤维 自 密 实 混 凝 土 拌 合 物 流 经 钢 筋 的 间 隙 通 过性［12］。 1. 4. 2 抗压试验
0 引言 自密 实 混 凝 土 （ self-compacting concrete，SCC）
又称自流 平 混 凝 土 或 免 振 捣 混 凝 土［1］。 它 是 指 不 需要外加振捣完全依靠重力作用就能充满模板的 每一个角落，达到充分密实，且能够保持不离析、不 泌水和匀 质 性 的 优 质 混 凝 土［2］。 为 了 达 到 更 好 的 抗拉、抗渗和抗裂性能，可向 SCC 基体中掺加纤维， 这就出现了纤维自密实混凝土，钢纤维自密实混凝 土即为其 中 的 一 种，它 能 够 利 用 纤 维 的 力 学 性 能， 从而扩展自密实混凝土的应用范围。钢纤维自密
表 2 钢纤维自密实混凝土配合比
Table 2 Mix proportion of steel fiber self-compacting concrete
混凝土 强度
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普通混凝土工作性能已有大量研究报道，但对 于新型材料纤维自密实混凝土工作性能及抗压强 度的研究比较少。本文研究了钢纤维自密实混凝 土的配制及搅拌方法，通过坍落流动度试验、J-环试 验测试了钢纤维自密实混凝土的工作性能，在满足 自密实混凝土工作性能指标要求的基础上，进一步 研究了不同钢纤维掺量对 28d 自密实混凝土立方体 抗压强度的影响，可为钢纤维自密实混凝土在实际 工程中的应用提供一定的参考。 1 试验概况 1. 1 试验材料