0引言

鋼纖維超高強(qiáng)混凝土是指在高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土基體中摻入亂向分布鋼纖維制備的抗壓強(qiáng)度超過(guò)100mpa的高強(qiáng)材料，具有性能優(yōu)異、維修費(fèi)低和壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，能大幅度提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，在高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁機(jī)構(gòu)以及某些特點(diǎn)結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。種結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。按其制備工藝可分為特殊工藝超高強(qiáng)混凝土和常規(guī)工藝超高強(qiáng)混凝土，特殊工藝包括高速攪拌、加壓成型、二次壓實(shí)或者高溫養(yǎng)護(hù)等，常規(guī)工藝是指不采用特殊設(shè)備和復(fù)雜養(yǎng)護(hù)氣。

水泥在膠凝材料中占比是影響超高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的主要因素，超細(xì)粉煤灰與硅灰復(fù)摻對(duì)超高強(qiáng)混凝土工作性能與強(qiáng)度改善效果較好。對(duì)不同配比下UHPC工作性能和早期力學(xué)性能的研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰、列粉的摻入會(huì)降低UHPC的1d強(qiáng)度，提高3.7 d強(qiáng)度，且礦粉的提高效果優(yōu)于粉煤灰，硅灰對(duì)UHPC早期強(qiáng)度具有提高效果,但硅灰摻量對(duì)強(qiáng)度影響不大，鋼纖維摻量增加會(huì)顯著降低新拌混凝土的流動(dòng)性。采用常規(guī)工藝,通過(guò)摻入高性能減水劑和超細(xì)活性礦物摻合料，選擇高強(qiáng)優(yōu)質(zhì)的骨料，配制出強(qiáng)度達(dá)到105～135 MPa、強(qiáng)度等級(jí)為CF95-CF120的高強(qiáng)、高韌性、高流態(tài)混凝土。林立勛等網(wǎng)在C120超高強(qiáng)混凝土中摻入聚丙烯纖維，限制了混凝土裂縫的發(fā)展，增加了混凝土的韌性，混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和拉壓比均有所提高，脆性得到了明顯改善?？朔烁邷卮啾F(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了CI20超高強(qiáng)混凝土的高性能化。研究表明，超高性能混凝土的抗壓、抗折和劈裂抗拉強(qiáng)度隨著鋼纖維體積摻量的增加都有不同程度的提高，劈裂抗拉強(qiáng)度在鋼纖維體積摻量為1.0%～1.5%時(shí)增長(zhǎng).快，抗折強(qiáng)度在鋼纖維體積摻量為1.0%～2.5%時(shí)增長(zhǎng).快。

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)鋼纖維超高強(qiáng)混凝土的制備及性能研究大多集中于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用相關(guān)研究較少。本文研究采用常規(guī)工藝，通過(guò)摻入高性能減水劑和超細(xì)活性礦物摻合料,選擇高強(qiáng)優(yōu)質(zhì)骨料，配制強(qiáng)度等級(jí)為CFI20高強(qiáng)、高流態(tài)混凝土。重點(diǎn)研究了鋼纖維摻量、養(yǎng)護(hù)方式及溫度對(duì)CFI20超高強(qiáng)混凝土工作性能和抗壓強(qiáng)度的影響。通過(guò)高溫快速養(yǎng)護(hù)的方法進(jìn)行混凝土強(qiáng)度預(yù)判定，及時(shí)修正混凝土配合比。此外，采用縮尺模型，模擬不同工況條件下CFI20混凝土水化溫升規(guī)律，建立大尺寸構(gòu)件CF120混凝土的溫控措施，為實(shí)際施工拆模、養(yǎng)護(hù)和裂縫控制提供參考。

1試驗(yàn)

1.1試驗(yàn) 原料

水泥:馬鞍山海螺水泥有限公司P·II 52.5水泥,3.28d抗壓強(qiáng)度分別為36.8、67.3 MPa,主要化學(xué)成分如表1所示：超細(xì)活性礦物摻合料：市購(gòu)超高強(qiáng)混凝土專(zhuān)用礦物摻合料，比表面積23 750 m/kg, 28 d活性指數(shù)120%;砂:天然砂,細(xì)度模效2.6, I區(qū)中砂,含水豐2%;碎石:S10 mm和10～16mm二級(jí)配的玄武巖碎石，壓碎值分別為7.8% .5.0%,針片狀顆粒含量均為4.0%，母巖立方體抗壓強(qiáng)度≥180 MPa;鋼纖維:江蘇蘇博特新材料股份有限公司產(chǎn)鍍銅微細(xì)高強(qiáng)鋼纖維，外觀形貌如圖1所示，直徑0.18-0.22 mm,長(zhǎng)度13 mm,抗拉強(qiáng)度>2500 MPa;減水劑:高性能聚糧酸減水劑，減水宰30%。

圖1 鍍銅微細(xì)高強(qiáng)鋼纖維的外觀形貌

1.2混凝土配合比

本研究結(jié)合前期大量室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，參考JGJ/T281-2012《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的技術(shù)要求，確定CF120超高強(qiáng)混凝土配合比中膠凝材料用量不低于760kg/m3，水膠比為0.16，砂率為38%，具體配合比如表2所示。

1.3試驗(yàn)方法

(1)攪拌過(guò)程:CFI20超高強(qiáng)混凝土中膠凝材料用量多混凝土黏度大,應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，確保攬拌均勻,觀察混凝土狀態(tài),通過(guò)對(duì)不同攪拌時(shí)間下混凝土取樣觀察、測(cè)試工作性能的方法確定攪拌過(guò)程：根據(jù)配合比將原材料稱(chēng)重后,將水泥和超細(xì)礦物摻合料加入到60 L單軸臥式混凝土攬拌機(jī)干拌20s;再停機(jī)將砂碎石依次加入攪拌20s;隨后將水和減水劑倒入攪拌機(jī)中攪拌至3 min,以便充分發(fā)揮高性能減水劑的作用；然后將鋼纖維均勻椒入繼續(xù)攪拌2 min,直至鋼纖維被漿體較好包裹并分布均勻。

(2)工作性能:按照GB/T 50080- -2016(普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)新拌CFI20混凝土的坍落度、擴(kuò)展度以及倒置坍落度簡(jiǎn)排空時(shí)間進(jìn)行測(cè)試。

(3)養(yǎng)護(hù)條件和抗壓強(qiáng)度：成型100mm x100mm x100mm CF120混凝土,室溫(20 C養(yǎng)護(hù)1d后脫模，分別采用蒸汽養(yǎng)護(hù)(90℃)至3、7d水浴養(yǎng)護(hù)090C)至3、7d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至3、7、28 d,并按照GB/T 50081- 20196混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，壓力機(jī)加載速率為1 MPa/s。

(4)水化溫升性能;采用縮尺模型(500 mmx500mmx500mm)，模擬不同工況條件下CF120超高強(qiáng)混凝土的溫升規(guī)律，對(duì)澆筑后的混凝土試塊進(jìn)行絕熱保溫養(yǎng)護(hù)48h、覆膜自然養(yǎng)護(hù)48、72h后拆模。溫度傳感器探頭分別位于混凝土立方體表面50mm，中部以及下表面50mm位置處（見(jiàn)圖2），從而達(dá)到對(duì)CF120混凝土多點(diǎn)實(shí)時(shí)測(cè)溫的目的。

圖2 CF120超高強(qiáng)混凝土溫度測(cè)試

2、試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 CF120混凝土的工作性能（見(jiàn)表3）

由表3可知，當(dāng)鋼纖維摻量從25kg/m3增加到50kg/m時(shí),CF120超高強(qiáng)混凝土初始坍落度和擴(kuò)展度分別降低了8.3%.8.6%，倒置坍落度簡(jiǎn)排空時(shí)間大幅延長(zhǎng)至37.2s。可見(jiàn)鋼纖維摻量增加,CF120混凝土的流動(dòng)性降低，黏性明顯增大。因此,當(dāng)鋼纖維摻量增加到80kg/㎡,調(diào)整了混凝土配合比，增加膠凝材料用量和減水劑摻量。

鋼纖維摻量為80 kg/m3時(shí)，混凝土的初始坍落度較摻量為25kg/㎡時(shí)無(wú)變化，擴(kuò)展度降低了7.0%,倒置坍落度簡(jiǎn)排空時(shí)間略有延長(zhǎng)，但仍符合JGJ/T 281-2012的要求(5～20s)。可見(jiàn)，當(dāng)鋼纖維摻量≥50kg/㎡時(shí)，通過(guò)增加膠凝材料用量和減水劑摻量仍能獲得工作性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)要求的CF120混凝土。

2.2 CF120混凝土的抗壓強(qiáng)度（見(jiàn)表4）

由表4可見(jiàn)，不同養(yǎng)護(hù)條件下，隨著鋼纖維摻量的增加，CF120混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸提高;隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，混凝土抗壓強(qiáng)度逐漸提高,均無(wú)倒縮現(xiàn)象。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d時(shí)各組混凝土的抗壓強(qiáng)度均超過(guò)138.0 MPa，.小值為139.1MPa,符合CF120超高強(qiáng)混凝士強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)要求。

90℃蒸汽養(yǎng)護(hù)和水浴養(yǎng)護(hù)條件下,CF120混凝土在3d齡期均具有較高的抗壓強(qiáng)度,分別為142.2、140.8MPa,較標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)3d條件下分別提高了47.7% .46.2%，且已經(jīng)高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d混凝土的抗壓強(qiáng)度。可見(jiàn)采取90 ℃高溫養(yǎng)護(hù)(蒸汽養(yǎng)護(hù)或水浴養(yǎng)護(hù))3 d的方式可快速預(yù)測(cè)CF120混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的抗壓強(qiáng)度。此外, 90℃高溫養(yǎng)護(hù)條件下,CF120混凝土在3～7d的強(qiáng)度均略有提高，且同一齡期下 采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的混凝士強(qiáng)度均略高于水浴養(yǎng)護(hù)。

2.3 CF120 混凝土的抗壓破壞形態(tài)

CF120超高強(qiáng)混凝土在受壓破壞過(guò)程中，能聽(tīng)到鋼纖維被拔出以及拉斷的劈啪聲,隨后發(fā)出一聲悶響, 立方體試塊瞬間破壞。圖3為鋼纖維摻量25、50、80 kg/㎡時(shí)CF120混凝土立方體試塊的抗壓破壞形態(tài)。

圖3 CF120超高強(qiáng)混凝土試塊的抗壓破壞形態(tài)

由圖3可見(jiàn)，由于鋼纖維的增韌作用，使得混凝土立方體試塊被破壞后仍能基本保持原狀，壞而不碎，鋼纖維分布均勻、橫向、豎向交錯(cuò)分布。

2.4 CF120混凝土水化溫升性能

覆膜自然養(yǎng)護(hù)（分別48h、72h拆模）以及絕熱保溫的CF120混凝土立方試塊在192h內(nèi)的溫度變化曲線(xiàn)如圖4

圖4 CF120混凝土的溫度變化曲線(xiàn)

由圖4(a)、(b)可知：覆膜自然養(yǎng)護(hù)條件下,CF120混凝土整體溫度變化趨勢(shì)與環(huán)境溫度保持一致，與拆模時(shí)間無(wú)關(guān)，溫度波動(dòng)幅度較大。其中48h拆模的混凝土立方體試塊底部、中部和表面溫度分別在澆筑16.9、27.3、18.8 h后達(dá)到峰值，分別為33.2、37.9、26.4℃,里表.大溫差為9.2℃。72 h拆模的混凝土立方體試塊底部、中部和表面溫度分別在澆筑17.2、27.0、19.1h后達(dá)到峰值，分別為33.5、38.8、27.8℃,里表.大溫差為12.6℃.由圖4(c)可知，絕熱保溫養(yǎng)護(hù)條件下，CF120混凝士在澆筑完成后72 h內(nèi)的溫度變化未受到環(huán)境溫度的影響，整體溫度呈現(xiàn)先上升再下降.后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì),底部、中部和表而溫度在澆筑完成后的27.1、25.5、23.5 h達(dá)到峰值,分別為52.0、52.2、48.4℃ C,72 h拆模后的溫度變化與環(huán)境溫度基本保持一致,但溫度波動(dòng)幅度較小,里表.大溫差為5.3℃。

CF120混凝土具有低水化熱特點(diǎn),入模溫度為15.8℃,覆膜自然養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土.高溫度為38.8℃,里表.大溫差為12.6℃,小于25℃,符合GB 50496-2018 大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)中大體積混凝土施工溫控指標(biāo)。此外,采取絕熱保溫養(yǎng)護(hù)措施后,CF120混凝土的溫度變化不再受環(huán)境溫度的影響，整體呈現(xiàn)先上升再下降.后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì),里表.大溫差降低為5.3℃。

3結(jié)論

(1)CF120混凝土具有良好的流動(dòng)性和抗壓強(qiáng)度，初始坍落度≥220 mm,初始擴(kuò)展度≥585 mm,倒置坍落度簡(jiǎn)排空時(shí)間.優(yōu)值為15.0s,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度≥139.1 MPa,符合CF120超高強(qiáng)混凝土設(shè)計(jì)要求。

2)隨著鋼纖維摻量的增加,CF120混凝土流動(dòng)性降低，黏性明顯增大,抗壓強(qiáng)度逐漸提高，且隨著齡期的延長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度逐漸提高，無(wú)倒縮現(xiàn)象。

(3)采用90℃高溫養(yǎng)護(hù)(水浴養(yǎng)護(hù)或燕汽養(yǎng)護(hù))3d的方式可快速預(yù)測(cè)CF120混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度,對(duì)鋼纖維超高強(qiáng)混凝土配合比的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

(4)CF120混凝土具有低水化熱特點(diǎn),入模溫度為15.8℃，覆膜自然養(yǎng)護(hù)下,混凝土.高溫度為38.8℃,里表.大溫差為12.6℃,絕熱保溫養(yǎng)護(hù)后降低為5.3℃。

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