钢纤维再生混凝土力学性能的影响因素.

第30卷第9期中南林业科技大学学报
V o.l 30N o .92010年9月Jou rnal of Centra l South U niversity of Forestry&T echnology Sep .2010
收稿日期:2010-05-22
作者简介:胡圣军(1965-,男,副教授,高级工程师、注册监理工程师,主要从事建筑结构的教学与科研工作
钢纤维再生混凝土力学性能的影响因素
胡圣军
(湖南文理学院土木建筑工程学院,湖南常德 415000
摘要:进行16组再生混凝土正交试验,每组掺入体积率为2%、长径比为38的钢纤维,研究了水胶比、再生骨料取代率、粉煤灰取代率三种因素对钢纤维再生混凝土抗压及劈裂抗拉强度的影响。

结果表明,钢纤维再生混凝土的28d 抗压强度随着水胶比和再生骨料取代率的增大而减小,而粉煤灰取代率对其没有影响。

28d 劈裂抗拉强度随着水胶比的增大而减小,而再生骨料取代率和粉煤灰取代率对其没有影响。

关键词:
再生混凝土;钢纤维;水胶比;再生骨料;粉煤灰
中图分类号:TU 528.7
文献标志码:A
文章编号:1673
923X (201009
0103
04
Influence factors ofm echanical properties of recycled aggregate
concrete w ith steel fiber
HU Sheng -j un
(Schoo l o f C iv il Eng i neer i ng and A rchitecture ,H unan U n i versity o f A rts and Sc i ence ,Changde 415000,H unan ,China
Abstrac t :Based on 16groups of recyc l ed concrete orthogonal test ,the steel fiber w ith the character i stic of vo l u m e ra te 2%and length -dia m eter ratio 38w as m i xed in recyc l ed concrete .The i nfl uence m ade by the wa ter -b i nder ra ti o ,recy cled agg re -ga te and fl y ash replace m ent ra te on the co m pressi ve streng t h and sp litti ng tensil e strength w ere studied .T he resu lts show t hat the 28-day compressive strength decreased w it h t he i ncrescent o f t he wa ter -b i nder ratio and rep l ace m ent ratio of recyc led ag -g regate ,but t he replacem ent o f fly ash has little effect on it .The 28-day sp litti ng tens ile streng th decreased w ith the i ncres -cent o f the w ater -binder rati o ,but t he replacem ent ra ti o o f recyc led aggrega te and fl y as h had li ttl e i n fluence .K ey word s :recyc l ed concrete ;stee l fi ber ;w ater -bi nde r ra ti o ;recyc led agg rega te ;fly ash
再生骨料具有孔隙率高、吸水性大、强度低等特性,与天然骨料的力学性能有一定差异,再生骨料掺量增大使混凝土28d 的各项强度均减小,这在一定程度上限制了再生混凝土的推广应用。

鉴于这一点,相关研究尝试在再生混凝土中掺入钢纤维,利用钢纤维的增强增韧作用可适当改善再生混凝土的力学性能,并开展了钢纤维再生混凝土的试验研究
[1-3]。

笔者通过试验对比,研究了水胶比、再生骨料取代率、粉煤灰取代率3个因素对钢纤维再生混凝土抗压及劈裂抗拉强度的影响。

1 试验材料及方法
1.1 水泥
采用华新32.5级普通硅酸盐水泥,密度3.1g /c m 3
,各项技术指标符合5硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥质量标准6(GB175
1999
[4]。

1.2 粉煤灰
采用武钢产Ò级粉煤灰,密度2.1g /c m 3
,经检验各项技术指标符合5用于水泥和混凝土中的粉煤
中南林业科技大学学报第30卷
灰6(GB/T15962005[5]。

1.3细骨料
采用中砂,表观密度为2670kg/m3,堆积密度为1420kg/m3,含泥量0.9%,细度模数2.7。

各项技术指标符合5建筑用砂6(GB/T146842001[6]与5普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准6(J GJ52
2006
[7]。

1.4粗骨料
包括天然碎石与再生骨料。

天然骨料采用碎石,再生骨料选自试验室的废弃混凝土。

原生混凝土强度为C45,其粗骨料为碎石,经人工破碎、筛分,各粒径按一定比例配合,得到能满足级配要求的再生骨料。

1.5外加剂
采用FDN高效减水剂。

减水率17.9%,密度1.176g/mL,p H8.6,固体含量31.76%,含气量215%,水泥净浆流动度233mm。

掺量为胶凝材料总量的1.5%~2.5%。

各项
技术性能指标符合5混凝土外加剂6(GB80761997[8]要求。

1.6钢纤维
采用武汉汉森有限责任公司生产的钢板剪切型钢纤维,外形为纵向波纹形状,长度25mm,长径比为38,抗拉强度\600MPa。

在16组正交试验配合比中,每组掺入体积率为2%的钢纤维。

搅拌顺序采用先干拌后湿拌的方法,即首先将砂、水泥、粉煤灰、骨料投入搅拌机内先进行干拌,使钢纤维均匀分布于拌和料中,然后加水和外加剂溶液进行湿拌。

振捣、成型、拆模、编号后,在标准养护室中养护28d后进行测试。

2钢纤维再生混凝土抗压强度试验结果及分析
试验测得各组钢纤维再生混凝土的28d抗压强度见表1。

表128d抗压强度试验结果
Tab le1Test results of28-days co mpressi ve strength M Pa 编号12345678910111213141516强度
38.136.636.134.534.733.632.732.031.530.429.728.929.428.127.126.2
2.1正交试验层次分析
对该结果进行正交试验层次分析,得到因素极差及各水平对钢纤维再生混凝土抗压强度的影响权重值,见表2。

通过以上分析可知:
(1对于掺有体积率2%的钢纤维的再生混凝土,水胶比变化时对抗压强度的影响程度较再生骨料取代率变化时大,粉煤灰取代率变化对其影响最小。

(2粉煤灰取代率因素的极差小于空列极差,认为粉煤灰取代率对钢纤维再生混凝土28d抗压强度没有影响。

根据文献[9]的研究成果,在普通钢纤维混凝土中,当Ò级粉煤灰掺量大于20%,强度会随着粉煤灰掺量的继续增大而减小,因此可认为粉煤灰在钢纤维再生混凝土中的火山灰效应比在普通钢纤维混凝土中大。

(3钢纤维再生混凝土的抗压强度随着水胶比的增大而减小,随着再生骨料取代率的增大,强度也减小,但前者变化明显。

表2因素各水平对28d抗压强度的影响权重Tab le2E ffect we i gh t of all leve l on28-days co mp re-ssi ve strength
因素因素各水平
28d强度
因素极差影响权重水胶比
A(11(0.45
8.625
0.2079
A(12(0.50.1903
A(13(0.550.1724
A(14(0.580.1585再生骨料取代率/%
A(21(0%
3.025
0.0672
A(22(30%0.0647
A(23(60%0.0631
A(24(100%0.0611粉煤灰取代率/%
A(3
1
(0%
0.175
0.0038
A(32(20%0.0037
A(33(30%0.0038
A(34(40%0.0037空列10.275
空列20.25
104
第9期胡圣军:钢纤维再生混凝土力学性能的影响因素
(4使钢纤维再生混凝土抗压强度最高的最佳配合比方案为A1B1C1,若综合经济性角度考虑,最佳配合比方案为A1B1C4。

2.2方差分析
采用正交设计助手软件对钢纤维再生混凝土28d抗压强度试验结果进行方差分析计算。

其结果见表3。

从方差分析结果得出:对于钢纤维再生混凝土抗压强度,水胶比因素和再生骨料取代率因素对其影响都是特别显著的。

水胶比的增大或再生骨料取代率增大都能十分明显地减小混凝土抗压强度。

表328d抗压强度试验结果的方差分析
Tab le3Varian ce ana l ysis of th e test resu lts of28-days co mp ressi ve strength 因素偏差平方和自由度均方F比F临界值显著性
水胶比168.74356.251150.47F0.01(3,9=7.0**
再生骨料取代率19.5736.52133.40F
0.05
(3,9=3.9**误差0.4490.05F0.1(3,9=2.8
3钢纤维再生混凝土劈裂抗拉强度试验结果及分析
试验测得各组钢纤维再生混凝土劈裂抗拉强度见表4。

3.1正交试验层次分析
对该结果进行正交试验层次分析,得到因素极差及各水平对钢纤维再生混凝土劈裂抗拉强度的影响权重值,见表5。

经比较分析可得:
(1对于掺有体积率2%的钢纤维再生混凝土,水胶比是影响其劈裂抗拉强度的主要因素。

(2再生骨料取代率与粉煤灰取代率因素的极差均小于空列极差,笔者认为两因素对钢纤维再生混凝土28d劈裂抗拉强度没有影响。

在钢纤维再
表428d劈裂抗拉强度试验结果
Tab le4Te st results of28-days sp litti ng ten sile strength M Pa 编号12345678910111213141516强度4.40 4.394.304.26 3.95 3.973.943.95 3.573.563.58 3.61 3.253.183.10 3.14
生混凝土中可用大掺量粉煤灰取代水泥,能取得比粉煤灰用于普通钢纤维混凝土中更好的强度和经济效益。

(3钢纤维再生混凝土的劈裂抗拉强度随着水胶比的增大而减小。

(4使钢纤维再生混凝土劈裂抗拉强度最高的最佳配合比方案为A1B1C1,若综合经济性角度考虑,最佳配合比方案为A1B4C4。

3.2方差分析
采用正交设计助手软件对钢纤维再生混凝土28d劈裂抗拉强度试验结果进行方差分析计算。

其结果见表6。

从方差分析结果得出:对于钢纤维再生混凝土劈裂抗拉强度,水胶比因素对其影响特别显著,水胶比的增大明显地减小混凝土劈裂抗拉强度。

表5因素各水平对28d劈裂抗拉强度的影响权重Table5E ffect we ight of a ll l evel on28-days s p litti n g ten sile strength
因素因素各水平
28d强度
因素极差影响权重水胶比
A(11(0.45
1.171
0.2689
A(12(0.50.2449
A(13(0.550.2219
A(14(0.580.1963再生骨料取代率/% A(21(0%
0.063
0.0126
A(22(30%0.0126
A(23(60%0.0124
A(24(100%0.0124粉煤灰取代率/% A(31(0%
0.023
0.0045
A(32(20%0.0045
A(33(30%0.0045
A(34(40%0.0045空列10.067
空列20.039
105
中南林业科技大学学报第30卷
表6劈裂抗拉强度试验结果的方差分析
Tab le6Varian ce ana l ysis of th e test resu lts of s p litti ng ten sile strength
因素偏差平方和自由度均方F比F临界值显著性
水胶比3.0231.01446.82F0.01(3,12=6.0**
误差0.03120.0025F0.05(3,12=3.5 F0.1(3,12=2.6
4结论
通过对结果进行正交层次分析和方差分析,得到了以下主要结论:
(1水胶比对钢纤维再生混凝土28d抗压强度的影响程度较再生骨料取代率大,粉煤灰取代率对其影响相对较小。

钢纤维再生混凝土的抗压强度随着水胶比和再生骨料取代率的增大而减小,且其影响程度较显著,而粉煤灰取代率对其没有影响。

(2水胶比是影响钢纤维再生混凝土28d劈裂抗拉强度的主要因素,劈裂抗拉强度随着水胶比的增大而减小,而再生骨料取代率和粉煤灰取代率对其几乎没有影响。

(3粉煤灰在钢纤维再生混凝土中的火山灰效应比在普通钢纤维混凝土中大。

在钢纤维再生混凝土中可用大掺量粉煤灰取代水泥,能获得比粉煤灰用于普通钢纤维混凝土中更好的经济效益。

参考文献:
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[9]程华清,刘志丰.粉煤灰掺量对钢纤维混凝土强度和耐久性的影响[J].粉煤灰综合利用,2007,(1:34-36.
[本文编校:吴彬]
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