塑钢纤维轻骨料混凝土力学性能及微观结构试验研究

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1、塑钢纤维轻骨料混凝土力学性能及微观结构试验研究-->1绪论1.1研究背景轻骨料混凝土[1]是指用轻粗骨料、轻砂（或普通砂）等为骨料配制而成的干表观密度不大于1950kg/m3的水泥混凝土。轻骨料混凝土是减轻结构自重最有效、最直接的措施，是高层与大跨度结构的理想建筑材料[2,3]。人造轻骨料可由工业废弃物和建筑垃圾等烧制而成，可大大减少对天然集料资源的开采，因此轻骨料混凝土是一种生态环保型建筑材料；采用轻骨料混凝土替代普通混凝土具有显著的经济效益，能够增加建筑物的使用面积，降低基础造价；轻骨料混凝土具有一定的“自养护”功能[4]，有利于提高混凝土的强度及密实性，使得轻骨料混凝土具有比普通混

2、凝土更好的抗渗性；轻骨料的多孔性可缓解混凝土内部因水结冰造成的膨胀压应力，提高其抗冻融破坏能力；此外，轻骨料混凝土还具有良好的抗震性能，相关研究表明[5]：轻集料混凝土相对抗震系数为109，而普通混凝土仅为84。虽然轻骨料混凝土优点很多，但目前大多数轻骨料混凝土存在强度较低，易产生脆性破坏等性能缺陷[6,7]，所以我国轻骨料混凝土很少被应用于承重结构中[8,9]，而主要作为墙体的保温、隔热材料使用。研究表明，将纤维作为增强材料掺入轻骨料混凝土中能够显著提高其抗开裂能力，并能有效降低其脆性程度，改善各项力学性能及耐久性能[10,11]。塑钢纤维具有弹性模量大、抗拉强度高等特点，将塑钢纤维作

3、为增强材料掺入轻骨料混凝土中，构成复合材料—塑钢纤维轻骨料混凝土，既能将轻骨料混凝土的轻质高强等独特性能优势传承下来，又能有效克服混凝土的脆性问题，符合混凝土材料科学发展方向[12]，极大地推动了轻骨料混凝土在承重结构中的发展与应用。以往关于纤维轻骨料混凝土的研究并不全面，研究主要集中于某一项特定性能。由于轻骨料混凝土固有缺陷的存在，土木工程师不断尝试着将轻骨料混凝土应用于承重结构中，如将纤维作为增强材料掺加到轻骨料混凝土中，但是纤维轻骨料混凝土应用于工程结构时纤维掺量取值没有科学合理的依据，大多数时候是根据经验确定的，没有从纤维轻骨料混凝土宏观力学性能和微观结构机理上去提出合理纤维掺量

4、。.........1.2轻骨料混凝土研究现状BuiLeAnhTuan和台湾国立台湾科技大学Chao-LungHShagh等人[14]研究了采用油棕榈壳和粘土陶粒为原料配制而成的两种轻骨料混凝土在力学性能及干缩性方面的差异。研究结果表明：尽管油棕榈壳陶粒混凝土的干表观密度比粘土陶粒混凝土低15%，但其28天抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度比粘土陶粒混凝土分别高44%、30%、16%；油棕榈壳陶粒混凝土的强重比高于粘土陶粒混凝土及普通混凝土；在混凝土早期养护阶段，油棕榈壳陶粒混凝土的干缩值比粘土陶粒混凝土大将近一倍，而当养护龄期超过90天时，干缩值降低至原来的35%。.......2试验概

5、况2.1试验原材料水泥：采用P·O42.5R级普通硅酸盐水泥；细骨料：普通河砂，细度模数2.9，含泥量2.1%，堆积密度1547kg/m3；塑钢纤维：选用浙江宁波大成新材料股份有限公司生产的异型塑钢纤维如图2.1所示，其性能指标见表2.1；粗骨料：采用包头市精正建材公司生产的圆球型粉煤灰陶粒、碎石型粉煤灰陶粒及天津市武清区彤上轻质建材厂生产的页岩陶粒，外观形貌分别如图2.2～2.4所示，性能指标如表2.2所示；减水剂：萘系高效减水剂，减水率为20%；........2.2试验配合比由于建筑工程中强度等级为C30混凝土应用较为广泛，基于此，试验设计的轻骨料混凝土强度等级为LC30。采用松散

6、体积法对塑钢纤维轻骨料混凝土进行配合比设计，试验配合比如表2.3所示。由于轻骨料混凝土在拌和过程中骨料容易上浮，掺纤维后不易搅拌均匀，宜采用强制式搅拌机进行搅拌，试件制作具体步骤如下：（1）备料：根据试验设计配合比中数据分别称取水泥、塑钢纤维、陶粒、细砂备用。（2）陶粒预湿：将称量好的陶粒倒入盛有水的容器中进行常压吸水处理，水面需高出陶粒表面一定高度，要保证陶粒常压吸水水面下降后仍能完全浸没陶粒，浸泡1h后，将容器中的陶粒倒出，并处理成饱和面干状态。（3）投料、拌和：将称量好的原材料投入搅拌机进行机械拌和，投料顺序为将经预湿处理过的陶粒、细砂、水泥依次投入搅拌机内；采用人工分散法加入塑钢

7、纤维，尽量做到均匀分散，机械搅拌1～2min；加入水和减水剂，拌和2.5min。（4）出料成模：在振动台上振动成型（振动30～40s），24h后脱模，放置在标准养护室中养护至规定龄期。........3塑钢纤维轻骨料混凝土力学性能试验研究......103.1抗压性能试验研究......103.1.1抗压破坏试验现象........103.1.2抗压强度试验结果及分析........113.2劈裂抗拉性能试验研究....143.2.