補(bǔ)償收縮納米sio2鋼纖維混凝土抗沖擊性能試驗(yàn)與分析

1、2013年第1期1月混凝土與水泥制品CHINAC0NCRETEANDCEMENTPRODUC2013No1January補(bǔ)償收縮納米SiO2鋼纖維混凝土抗沖擊性能試驗(yàn)與分析崔云，馬芹永(安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，淮南232001)摘要：通過(guò)正交試驗(yàn)研究單摻納米SiO：、單摻鋼纖維以及雙摻納米SiO：與鋼纖維對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土抗沖擊韌性的影響。根據(jù)美國(guó)ACI544委員會(huì)推薦的試驗(yàn)方法，采用自行設(shè)計(jì)的自由落錘沖擊試驗(yàn)裝置。研究表明，單摻鋼纖維

2、會(huì)明顯增強(qiáng)補(bǔ)償收縮混凝土的抗沖擊韌性，雙摻納米SiO和鋼纖維后，抗沖擊韌性增強(qiáng)效果更佳。與未摻蚋米SiO2相比，鋼纖維摻量為08％、12％、16％時(shí)，抗沖擊能量差最大分別可提高319％、245％和337％，鋼纖維摻量不超過(guò)12％時(shí)，納米Sio2的最佳摻量是06％。關(guān)鍵詞：納米SiO2；鋼纖維；抗沖擊韌性；正交試驗(yàn)Abstract：Throughorthogonalexperiment，theimpacttoughnessoftheshr

3、inkagecompensatingconcretebyaddingnanometerSiO2，steelfiberandaddingnanometerSiO2andsteelfiberatthesanletimeisstudiedAccordingtotheUnitedStatesACI544committeerecommendedtestmethods，theselfdesignedfreefallinghammerimpactte

4、stdeviceisusedTheresearchresultsshowthataddingsteelfiberwillsignificantlyenhancetheimpacttoughnessofshrinkagecompensatingconcrete，doubledopednanometerSio2andsteelfiber，theenhancementefectwillbebetterComparedtonoaddingnan

5、ometerSiO2’whenthesteelfibervolumerateis08％，12％and16％，theimpactresistanceenergydiferencebetweenfailureandinitialcrackwillreach319％245％and337％atlargestWhentllesteelfibervolumerateisnomorethan12％，theoptimumamountofnanomemr

6、Si02is06％Keywords：NanometerSiO2；Steelfiber；Impacttoughness；Orthogonalexperiment中圖分類號(hào)：TU528572文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10004637(2013)01—07—040前言混凝土的優(yōu)點(diǎn)非常多，例如取材容易、抗壓強(qiáng)度高、易于成型、施工方便，但混凝土同樣存在許多缺陷，如抗拉強(qiáng)度低、韌性差、容易開(kāi)裂等，這些缺點(diǎn)降低了混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，縮短了使用壽命，成

7、為各種災(zāi)難事故的隱患。特別是混凝土的抗沖擊性能差，在沖擊荷載作用下混凝土容易發(fā)生脆性斷裂和脫落。不計(jì)其數(shù)的道路、橋梁深受其害，如何增強(qiáng)混凝土的抗沖擊韌性成為專家學(xué)者研究的熱點(diǎn)。在混凝土中摻人亂向分布的短切鋼纖維可以阻礙混凝土內(nèi)部裂縫的發(fā)展和阻滯宏觀裂縫的發(fā)生和擴(kuò)展，并在混凝土開(kāi)裂以后，在鋼纖維的拉伸、伸展、拔出的過(guò)程中吸收巨大的能量【。因此，鋼纖維可以明顯改善混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗沖擊韌性以及抗疲勞性能?；痦?xiàng)目：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2012

8、年科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目(2012一K4—2)。近幾年來(lái)，納米材料的研究不斷深入[34，研究表明，納米材料的加入可以改善混凝土界面結(jié)構(gòu)。因此，本文提出在摻加膨脹劑和鋼纖維的同時(shí)，加入納米SiO。納米SiO2不僅可以顯著提高鋼纖維與混凝土基體的粘結(jié)，同時(shí)離子團(tuán)聚合度低，導(dǎo)致其具有高火山灰活性，使得混凝土具有很高的早期強(qiáng)度；另外，它還具有良好的密實(shí)填充效應(yīng)。國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼纖維混凝土在抗沖擊性能方面已開(kāi)展了大量的研究，但對(duì)同時(shí)摻人鋼纖維和納米級(jí)微觀材料提高

9、混凝土在動(dòng)荷載作用下的抗沖擊性能研究還未見(jiàn)報(bào)道。本課題組進(jìn)行了大量補(bǔ)償收縮混凝土的研究[12]，故本文通過(guò)在補(bǔ)償收縮混凝土中摻入鋼纖維和納米SiO：進(jìn)行28d圓餅抗沖擊試驗(yàn)研究，試驗(yàn)方法參照文獻(xiàn)圈。1試驗(yàn)方案11原材料水泥采用安徽淮南某公司生產(chǎn)的P0425級(jí)普通硅酸鹽水泥；砂采用中砂；水為自來(lái)水；石子為粒徑5~10mm的碎石；鋼纖維采用剪切端鉤型鋼纖一7一學(xué)兔兔www.xuetutu.com崔云，馬芹永補(bǔ)償收縮納米SiO鋼纖維混凝土抗沖

10、擊性能試驗(yàn)與分析表2初裂及破壞抗沖擊次數(shù)(N)注：試件編號(hào)中，S對(duì)應(yīng)納米SiO：，G對(duì)應(yīng)鋼纖維，SGabcd中，ab表示納米SiO摻量，cd表示鋼纖維體積摻量。320280Z羹柑垂。20016012O0004081216鋼纖維體積率，％圖4鋼纖維體積率與抗沖擊次數(shù)的關(guān)系OO04O81216鋼纖維體積率，％圖5鋼纖維體積率與能量差的關(guān)系加，補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土在初裂后吸收沖擊能量的能力也隨之增強(qiáng)。22補(bǔ)償收縮納米SiO鋼纖維混凝土221初

11、裂抗沖擊次數(shù)補(bǔ)償收縮納米SiO：鋼纖維混凝土初裂抗沖擊次數(shù)如圖6所示。從圖中可以看出，摻入納米SiO后，補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土呈現(xiàn)出先上升后下降的整體趨勢(shì)。鋼纖維摻量O％鋼纖維摻量08％量12％量16％UUU61218納米SiO2摻量，％圖6納米SiO：和鋼纖維摻量與初裂抗沖擊次數(shù)的關(guān)系單摻納米SiO：，其摻量為06％時(shí)，初裂抗沖擊次數(shù)達(dá)到最大，比不摻時(shí)增加了336％，繼續(xù)增大摻量，初裂抗沖擊次數(shù)明顯減??；摻量為18％時(shí)，相對(duì)于不摻時(shí)減小

12、了713％。摻入鋼纖維后，鋼纖維摻量為08％和12％的混凝土，均在納米SiOz摻量為06％時(shí)達(dá)到初裂次數(shù)的峰值，相對(duì)于不摻納米SiO：時(shí)可分別提高628％和70％。鋼纖維摻量為16％的補(bǔ)償收縮混凝土，在納米SiO：摻量為12％時(shí)達(dá)到最大值，相對(duì)于不摻納米SiO2時(shí)可提高574％。222破壞抗沖擊次數(shù)補(bǔ)償收縮納米SiO鋼纖維混凝土破壞抗沖擊次數(shù)如圖7所示。從圖7中可以看出，破壞抗沖擊次數(shù)與初裂抗沖擊次數(shù)圖形相似，也是先經(jīng)歷一個(gè)上升階段后出

13、現(xiàn)下降或者趨于平緩，且其峰值點(diǎn)與初裂抗沖擊相似。雙摻鋼纖維與納米SiO后，鋼纖維體積摻量為08％、12％、16％時(shí)，相對(duì)于未摻SiO2的，最大可分別提高580％、346％、525％。223破壞與初裂的抗沖擊能量之差變化規(guī)律雙摻納米SiO：和鋼纖維后其破壞與初裂抗沖擊能量差如圖8所示。從圖8中可以看出，只摻加納米SiO：時(shí)，不同摻量下，能量差表現(xiàn)近乎直線，說(shuō)明單獨(dú)加入納米SiO：時(shí)，其摻量的多少對(duì)試塊的抗沖擊能量差影響幾乎可以忽略；同時(shí)加