《抗冻混凝土中钢纤维与超微矿粉掺量的实践分析汇编》由会员分享，可在线阅读，更多相关《抗冻混凝土中钢纤维与超微矿粉掺量的实践分析汇编（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、抗冻混凝土中钢纤维与超微矿粉掺量的实践分析杭金联（苏州博大建设工程有限公司昆山混凝土分公司江苏苏州215300）【摘要】本文对昆山张浦镇规划食品工业园冷冻集中物流仓储中心设计用钢纤维混凝土在满足-20低温，配制高耐久耐磨、抗冻抗裂等复合要求下，通过实验选择适合而经济的钢纤维规格与掺量，并分析选用超微矿粉与常规矿粉规双掺后得到的试件综合性能优于纯水泥，对氯离子扩散控制更好提高了SFRC的耐久性。【关键词】钢纤维；混凝土；超微矿粉；氯离子；毛细孔结构一、前言众品物流冷链项目是江苏昆山食品产业园集中冷冻物流仓储中心之一，由在美上市公司众品集团投资12亿规划19.5万平米一体化冷冻仓库，混凝土总量约7
2、万立方分三期建成。投产预计可以实现清洁、新鲜的食品物流货值490亿元，服务于上海及苏南周边地区。项目二期地坪计划2015年夏季施工，其中大体量仓库地坪设计标号C35钢纤维混凝土（Steel Fiber Reinforced Concrent. 以下称SFRC），竣工后须需满足-20低温，配制高耐久耐磨、抗冻抗裂等复合要求下，笔者针对该项目对钢纤维形状及掺量、普通矿粉与超细矿粉双掺、中效复合外加剂等进行总结并实验，围绕提高抗渗性和抗冻融方面配置耐久抗冻混凝土满足设计使用。混凝土虽然是密实和坚硬的，在潮湿的环境中水仍然能通过毛细孔吸水与压力透过渗水路径进入内部，这些孔隙某种意义上是引起内部结构恶化
3、的开始1，这些孔隙随机分布并相互连通，形成一个孔隙网络贯穿整个空间，当零下其中的水凝结会引起内部应力，若无法有效控制与缓解，容易产生更多微裂缝，导致整体结构耐久性降低2。本实验，针对该项目制作高耐久冷库使用的钢纤维混凝土。二、实验原料选用水泥：江苏金峰PO 42.5硅酸盐水泥；细骨料：芜湖中粗河砂，细度2.4，含水率4.8%；粗骨料：湖州妙西矿业，5mm25mm连续级配，含水率0.7%；拌合水：民用自来水。三、基准配合比设计3.1 水胶比：水胶比在抗渗角度看在0.40.5之间的渗透系数上升很小，大于0.55后渗透系数急剧上升3，优先使用较小的水灰比。在超细矿粉活性发挥作用看，水胶比越小5%10
4、%掺量发挥功能良好。结合实际施工情况：夏季高温施工需要保证钢纤维泵送坍落度和拌合物和易性，选用缓凝作用HJ-304中效泵送剂，水胶比能控制在0.450.5范围，实验选定水胶比为0.46。3.2 砂率：根据泵送需要，选用基准0.4配制3.3 外加剂：混凝土外加剂中引气剂的作用是引入气泡大小均匀在20-200微米，自由度小且相互不容易聚并，稳定存在于新拌合混凝土。因为这些气泡塑化后形成的封闭孔结构，减少了混凝土内部的渗水通道。对于混凝土的抗冻性研究一般认为和充水程度、冻融循环次数、强度等均有关系4。抗渗性的提高使得吸水率减小，从而根本上降低了同等强度下混凝土结构处于零下时，水结冰膨胀挤压未冻结水导
5、致孔内体积不足而产生的压力，这些压力因为不能释放而导致毛细孔扩张不能释放形成破坏。引气剂制造的有效控孔缓解着温度在零度上下升降时引起的这种内在压力，形成抗冻破坏能力。但同样存在另外两方面不利因素：混凝土强度由于孔结构的存在比相同配合比的试件抗压强度略低。实践中含有引气剂的复配外加剂减水效果低，掺量略大，较难配置低水灰比的混凝土导致混凝土成本也相对增加。本次实验使用：上海辰吉HJ-304中效复合泵送剂，液态，呈棕褐色。主要功能：适应配制早强、高强、高抗渗、自密实、泵送混凝土。适于水电大坝桥梁等低标号混凝土流化和塑化，以及延缓混凝土凝结，含引气作用。密度为1.180.02g/m，对钢筋无锈蚀作用。
6、推荐液体掺最为0.7-1.2%，为使引气发挥较好掺量作用，参考以往试配用量增加45%，选用6.8kg。3.4 混凝土容重：设计2400kg/m3，钢纤维确定后等量替代砂石料，矿粉掺量等量替代水泥胶凝材。基准配合比见表1胶凝材料砂石拌合水HJ-304外加剂38573110981806.8表1 混凝土基准配合比（kg/m3）四、钢纤维掺量确定试验4.1 钢纤维的选用项目设计图纸未指明钢纤维规格与型号，对掺量也未明确规定，结合该项目钢纤维混凝土地坪单体30cm厚，长180m宽70m，分三次固定泵接管浇筑。本次实验用钢纤维由上海钜弦厂提供三款小样，性能特点分别为：钢丝纤维与剪切纤维类似：长径比较大，易
7、起团，表面有油，不利基体粘结，光滑表面，摩阻、咬合力较小。熔抽纤维与不锈钢纤维类似：长径比合适，不起球，比面积大，利于粘结，表面粗糙，摩阻、咬合力较大，以不锈钢为主。铣削纤维：长径比合适，不会抱球起团，表面无油，比表面积大，利于基本粘结，单为毛面，头尾带钩，摩阻、咬合力大。后两种制造成本略高，实验须满足设计抗拉强度600Mpa，长度为40mm，长径比60，初步筛选，见如下表格2A高强度冷拔波浪型不锈钢纤维材质与价格430#不锈钢（￥4200）产地上海规格标准（如下图）抗压强度600Mpa品牌钜弦用途混凝土、桥梁、隧道B高强度铣削型钢纤维材质与价格铁（￥3800）产地上海规格标准（如下图）抗压强
8、度600Mpa1200Mpa品牌钜弦用途混凝土、桥梁、隧道表格2 钢纤维比较（产品性能参照JG/T3064-1999标准规范）钢纤维首先考虑锈蚀，虽然研究发现完全被混凝土包裹的钢纤维即便有微小锈蚀对抗压强度影响不大，对抗折与抗拉强度却随锈蚀程度增大而有所下降，抗折韧性降低幅度能达37%5。该项目仓库地坪与底板间存在50cm架空封闭保温层，地坪需承受仓储货物自重以及叉车反复行驶引起的共振，所以结构要较高的抗折韧性。铣削型钢纤维虽然在抗拉拔与强度上有优越表现，但因为施工等多重外因下，如浇筑裂缝等情况仍然会出现绣蚀。不锈钢纤维在建筑工业用一般选用446#或430#，具有无需加抗锈剂、防腐剂，在抑制开
9、裂漏水等方面效果较好。经过与国内贸易工程设计研究院交换意见，决定选用高强度冷拔波浪型不锈钢纤维进行施工。4.2 钢纤维掺量采用水洗法测得A型号钢纤维体密度约为7.9kg/m3。通过实验取钢纤维掺量0.5% ；1.0% ；1.5%分析对进行比较，配比掺量见表3编号钢纤维细集料粗集料水PC0731 1098 180SF-0.539723 1067 180SF-1.078701 1050 180SF-1.5117687 1025 180表3基准混凝土与钢纤维混凝土配合比（kg/m3）取样制作抗压标准试件，为避免振动台过震导致混凝土中钢纤维下沉集中在底部，实验使用人工木槌振实。相对动弹模量和质量损失测
10、量采用截面100mm100mm长度400mm棱柱体，共制备8组24个试件；劈裂强度测量采用100mm立方体，共制备8组共24个试件。钢纤维混凝土水冻试验依据钢纤维混凝土试验方法中的快冻法进行，试件标养24d后，在水中浸泡4d，在第28d时进行快速冻融试验，每冻融循环50次，四阶段，比较试件重量损失；相对动弹模量；劈裂强度情况，取平均值得出如下数据，汇总表4编号50次100次150次200次质量损失（%）PC1.12.134.2SF-0.51.91.42.12.4SF-1.00.61.41.82.1SF-1.50.41.21.61.8相对动弹模量（%）PC95878175SF-0.5968885
11、80SF-1.097898882SF-1.597928986劈裂强度（Mpa）PC6.55.34.53.2SF-0.56.265.44.7SF-1.08.88.37.36.3SF-1.510.29.47.86.8表4 水冻后质量损失率；相对动弹性模量变化；劈裂强度损失4.3 结论随着钢纤维掺入量增加，混凝土质量损失减少，如果项目冷冻循环次数较多，200次冻融后损失4.2%接近于破坏，如果循环次数较少情况下，1%掺量可以满足使用，且功能效果表现与1.5%接近。相对动弹模量损失随着掺量增加也得到抑制，钢纤维能延缓内部微裂缝但不明显优于标准混凝土试件。掺1%1.5%钢纤维劈裂强度明显高于低掺量，标准
12、件在200次冻融后下降接近一倍接近破环，掺入1%以上钢纤维能仍能保持新制标准件相近的劈裂强度，降低了冻融后混凝土劈裂强度下降速度。标养标准混凝土时间孔的体积结构中d50nm的为60%，0.5%1%掺量钢纤维提高到85%，其中d20nm的空比率达50%，钢纤维掺量1.5%时，80%为20nm以下孔结构6。说明一定数量的钢纤维能增加这种有益毛细孔结构的数量，具有较大变形能力，减小引发裂缝与促进裂缝发展的冻融破坏力，从而提高抗冻的耐久力。综上实验，如果经济有限条件下0.5%钢纤维掺量可以明显改善混凝土结构抗冻性，1%与1.5%掺量间除大幅提高毛细孔数量外其他性能增强有限。五、超微矿粉的掺量实验近年来
13、矿粉产量快速增加，达2.2亿吨，随着2014年矿渣粉分会成立，矿粉在混凝土中的功能以及矿粉本身产品的研发进入一个新阶段7。2015年来S95总体价格稳定，保持普通硅酸盐水泥30%50%价差，在资源再生节能利用，降低二氧化碳污染物，减少了建筑垃圾中发挥价值；在“绿色建筑评估体系”中掺入后的混凝土减缓了“城市热岛效应”8。近年来得到广泛使用，发挥材料的性能与社会公益的双重意义。超微矿粉是今年在配置高强高性能度配合比提出的新型矿物掺合料，市售最高可达3000以上的比表面积，更高活性，提高早期及后期强度优于SFA；降低混凝土水化热、对氯离子扩散控制优于硅灰9，改善了和易性和可泵性等等。传统钢纤维混凝土
14、很少使用矿粉与粉煤灰等掺合料，主要考虑到对强度的影响，但是随着超微矿粉的出现弥补了强度损失，实验选用：普通矿粉：南钢嘉华，S95级普通矿粉（简称S95，下同）超细矿粉：京诚嘉德，JD-W800微米级超细活性矿粉，比表面积800m2/kg，平均粒径5um（简称W800，下同）通过本次实验取样制作抗压标准试件，人工木槌振实。抗压强度测量采用100mm立方体，共制备12组共36个试件，氯离子扩散实验直径为100mm，50mm厚的圆柱试样6组18个试件。在胶凝材料总量不变，拟定40%掺量，掺合料种类分别为S95；S95+5%W800；S95+10%W800三种做比较，具体配合比及实验结果，见表5编号水泥（kg/m3）掺合料（%）S95矿粉（kg/m3）W800 超微矿粉（kg/m3）强度（Mpa）氯离子扩散系数10-12（m2/s）28d碳化深度（mm）3d7d28d56dA-023040154021.2 29.6 41.4 47.1 6.913A-0.5230401351921.8 33.0 41.9 48.2 4.041.5A-1.0230401163823.1 35.4 43.4 50.3 3.971.5表5 不同掺量的超微矿粉性能结构5.1 力学指标
