钢纤维自密实混凝土动力学性能研究及趋势探讨

刘遨男

（安徽理工大学 安全科学与工程学院，安徽 淮南 232001）

自密实混凝土与普通混凝土一样，是一种脆性材料，具有抗裂性差、抗压不抗拉等特点，其抗冲击能力不足[1]。在特殊情况下，混凝土结构可能因处于频繁或偶然的冲击载荷条件下，导致其被破坏，失去相应的作用[2]。大量研究表明，在混凝土中加入钢纤维可有效改善混凝土的工程性能，使其在各种荷载作用下不容易发生脆性断裂[3]。目前，业界对钢纤维自密实混凝土（SFRSCC）的动态抗冲击性能研究较少，对其动态响应的认识也很有限[3]。为了进一步了解SFRSCC在动态载荷作用下的性能，评估不同钢纤维掺量对自密实混凝土的动态抗拉强度的影响，需要开展更多研究。

1.1 试验材料

本次试验采用C40和C60两种强度等级的自密实混凝土，以及直径为0.2 mm、长度为12.0 mm的钢纤维，制作了钢纤维体积率分别为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%共8种钢纤维自密实混凝土试件。针对每一种不同体积率的SFRSCC，均制作了6个直径为65 mm、长度为450 mm的试件开展动态拉伸试验。

1.2 试件拌合方法及养护

制作钢纤维自密实混凝土试样，一般采用普通混凝土的制作方法，但又有一定区别，因为自密实混凝土中加入了钢纤维，完全按照普通混凝土的制作方法会导致钢纤维结团，影响自密实混凝土的性能。本实验搅拌方法为：首先将水泥、河砂和粉煤灰投入搅拌机，搅拌1 min；
然后加入粗骨料和水，搅拌至少1 min；
接着缓缓加入减水剂，搅拌至少1 min；
最后向搅拌机里均匀撒入钢纤维，搅拌3 min后停止。将搅拌好的浆料装入涂抹了机油的模具中。由于自密实混凝土具有高流动性、高填充性等特点，因此无需在振动台上振捣。灌浆完毕后，将其放置于恒温室，24 h后即可脱模，再将其放置于恒温养护室养护28 d。

1.3 试验方法

（1） 调平压杆。采用专业调平仪器，调整入射杆、反射杆和透射杆，使杆的轴线在同一水平线上，可在压杆上涂抹适量黄油，以减少滑动摩擦力。

（2）贴应变片。对于需要粘贴应变片的位置，首先用砂纸和酒精擦去压杆表面的氧化层，然后用胶水迅速粘贴应变片，最后贴上黑胶带。

（3）线路连接。采用半桥法连接数据采集系统。

（4）空打。为判断试验装置的准确性，在试验前先完成一次空打。

（5）放入试件。将试件放在入射杆与反射杆之间，将其夹紧，并在放入试件前，在压杆和试件的接触面涂抹1层凡士林，以减小摩擦。

（6）加载氮气。释放氮气达到预定的气压值，等待开阀。

（7）开阀冲击。冲击结束后，保存实验数据。

在气压0.3 MPa下完成冲击，得出不同类型SFRSCC的动态抗拉强度，见表1。

表1 SFRSCC动态抗拉强度（Tab.1SFRSCC dynamic tensile strength）

由表可得以下结论。

（1）钢纤维掺量相同情况。钢纤维掺量相同时，4种类型的C60级钢纤维自密实混凝土的动态抗拉强度均高于C40级钢纤维自密实混凝土。

（2）钢纤维掺量不同情况。随着钢纤维掺量的增加，钢纤维自密实混凝土的动态抗拉强度也在增加；
且对于同一强度等级的钢纤维自密实混凝土，其动态抗拉强度与钢纤维体积率基本呈线性关系。

为研制具有更高强度的混凝土，满足工程应用中的需要，未来还需进行更广泛、更全面的试验研究，如开展高应变率、高体积率、高温高压、钢纤维镀铜等方面的研究。为更深入地研究钢纤维自密实混凝土的抗拉机理，后续可从细观和微观力学角度进行理论分析。

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