0引言

鋼纖維超高強混凝土是指在高強度等級的混凝土基體中摻入亂向分布鋼纖維制備的抗壓強度超過100mpa的高強材料，具有性能優(yōu)異、維修費低和壽命長的特點，能大幅度提高綜合經(jīng)濟效益，在高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁機構(gòu)以及某些特點結(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混凝土和常規(guī)工藝超高強混凝土，特殊工藝包括高速攪拌、加壓成型、二次壓實或者高溫養(yǎng)護等，常規(guī)工藝是指不采用特殊設(shè)備和復雜養(yǎng)護氣。

水泥在膠凝材料中占比是影響超高強混凝土強度的主要因素，超細粉煤灰與硅灰復摻對超高強混凝土工作性能與強度改善效果較好。對不同配比下UHPC工作性能和早期力學性能的研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰、列粉的摻入會降低UHPC的1d強度，提高3.7 d強度，且礦粉的提高效果優(yōu)于粉煤灰，硅灰對UHPC早期強度具有提高效果,但硅灰摻量對強度影響不大，鋼纖維摻量增加會顯著降低新拌混凝土的流動性。采用常規(guī)工藝,通過摻入高性能減水劑和超細活性礦物摻合料，選擇高強優(yōu)質(zhì)的骨料，配制出強度達到105～135 MPa、強度等級為CF95-CF120的高強、高韌性、高流態(tài)混凝土。林立勛等網(wǎng)在C120超高強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，實現(xiàn)了CI20超高強混凝土的高性能化。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，劈裂抗拉強度在鋼纖維體積摻量為1.0%～1.5%時增長.快，抗折強度在鋼纖維體積摻量為1.0%～2.5%時增長.快。

目前，國內(nèi)外有關(guān)鋼纖維超高強混凝土的制備及性能研究大多集中于實驗室內(nèi)，實際生產(chǎn)應(yīng)用相關(guān)研究較少。本文研究采用常規(guī)工藝，通過摻入高性能減水劑和超細活性礦物摻合料,選擇高強優(yōu)質(zhì)骨料，配制強度等級為CFI20高強、高流態(tài)混凝土。重點研究了鋼纖維摻量、養(yǎng)護方式及溫度對CFI20超高強混凝土工作性能和抗壓強度的影響。通過高溫快速養(yǎng)護的方法進行混凝土強度預判定，及時修正混凝土配合比。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，為實際施工拆模、養(yǎng)護和裂縫控制提供參考。

1試驗

1.1試驗 原料

水泥:馬鞍山海螺水泥有限公司P·II 52.5水泥,3.28d抗壓強度分別為36.8、67.3 MPa,主要化學成分如表1所示：超細活性礦物摻合料：市購超高強混凝土專用礦物摻合料，比表面積23 750 m/kg, 28 d活性指數(shù)120%;砂:天然砂,細度模效2.6, I區(qū)中砂,含水豐2%;碎石:S10 mm和10～16mm二級配的玄武巖碎石，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)鍍銅微細高強鋼纖維，外觀形貌如圖1所示，直徑0.18-0.22 mm,長度13 mm,抗拉強度>2500 MPa;減水劑:高性能聚糧酸減水劑，減水宰30%。

圖1 鍍銅微細高強鋼纖維的外觀形貌

1.2混凝土配合比

本研究結(jié)合前期大量室內(nèi)試驗結(jié)果，參考JGJ/T281-2012《高強混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的技術(shù)要求，確定CF120超高強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試驗方法

(1)攪拌過程:CFI20超高強混凝土中膠凝材料用量多混凝土黏度大,應(yīng)適當延長攪拌時間，確保攬拌均勻,觀察混凝土狀態(tài),通過對不同攪拌時間下混凝土取樣觀察、測試工作性能的方法確定攪拌過程：根據(jù)配合比將原材料稱重后,將水泥和超細礦物摻合料加入到60 L單軸臥式混凝土攬拌機干拌20s;再停機將砂碎石依次加入攪拌20s;隨后將水和減水劑倒入攪拌機中攪拌至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方法標準》對新拌CFI20混凝土的坍落度、擴展度以及倒置坍落度簡排空時間進行測試。

(3)養(yǎng)護條件和抗壓強度：成型100mm x100mm x100mm CF120混凝土,室溫(20 C養(yǎng)護1d后脫模，分別采用蒸汽養(yǎng)護(90℃)至3、7d水浴養(yǎng)護090C)至3、7d標準養(yǎng)護至3、7、28 d,并按照GB/T 50081- 20196混凝土物理力學性能試驗方法標準進行抗壓強度測試，壓力機加載速率為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超高強混凝土的溫升規(guī)律，對澆筑后的混凝土試塊進行絕熱保溫養(yǎng)護48h、覆膜自然養(yǎng)護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（見圖2），從而達到對CF120混凝土多點實時測溫的目的。

圖2 CF120超高強混凝土溫度測試

2、試驗結(jié)果與討論

2.1 CF120混凝土的工作性能（見表3）

由表3可知，當鋼纖維摻量從25kg/m3增加到50kg/m時,CF120超高強混凝土初始坍落度和擴展度分別降低了8.3%.8.6%，倒置坍落度簡排空時間大幅延長至37.2s?？梢婁摾w維摻量增加,CF120混凝土的流動性降低，黏性明顯增大。因此,當鋼纖維摻量增加到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，混凝土的初始坍落度較摻量為25kg/㎡時無變化，擴展度降低了7.0%,倒置坍落度簡排空時間略有延長，但仍符合JGJ/T 281-2012的要求(5～20s)?？梢?，當鋼纖維摻量≥50kg/㎡時，通過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)標準和生產(chǎn)要求的CF120混凝土。

2.2 CF120混凝土的抗壓強度（見表4）

由表4可見，不同養(yǎng)護條件下，隨著鋼纖維摻量的增加，CF120混凝土的抗壓強度逐漸提高;隨著養(yǎng)護齡期的延長，混凝土抗壓強度逐漸提高,均無倒縮現(xiàn)象。標準養(yǎng)護28d時各組混凝土的抗壓強度均超過138.0 MPa，.小值為139.1MPa,符合CF120超高強混凝士強度等級設(shè)計要求。

90℃蒸汽養(yǎng)護和水浴養(yǎng)護條件下,CF120混凝土在3d齡期均具有較高的抗壓強度,分別為142.2、140.8MPa,較標準養(yǎng)護3d條件下分別提高了47.7% .46.2%，且已經(jīng)高于標準養(yǎng)護28d混凝土的抗壓強度?？梢姴扇?span>90 ℃高溫養(yǎng)護(蒸汽養(yǎng)護或水浴養(yǎng)護)3 d的方式可快速預測CF120混凝土標準養(yǎng)護28d的抗壓強度。此外, 90℃高溫養(yǎng)護條件下,CF120混凝土在3～7d的強度均略有提高，且同一齡期下 采用蒸汽養(yǎng)護的混凝士強度均略高于水浴養(yǎng)護。

2.3 CF120 混凝土的抗壓破壞形態(tài)

CF120超高強混凝土在受壓破壞過程中，能聽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CF120混凝土立方體試塊的抗壓破壞形態(tài)。

圖3 CF120超高強混凝土試塊的抗壓破壞形態(tài)

由圖3可見，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、豎向交錯分布。

2.4 CF120混凝土水化溫升性能

覆膜自然養(yǎng)護（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)的溫度變化曲線如圖4

圖4 CF120混凝土的溫度變化曲線

由圖4(a)、(b)可知：覆膜自然養(yǎng)護條件下,CF120混凝土整體溫度變化趨勢與環(huán)境溫度保持一致，與拆模時間無關(guān)，溫度波動幅度較大。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,底部、中部和表而溫度在澆筑完成后的27.1、25.5、23.5 h達到峰值,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,但溫度波動幅度較小,里表.大溫差為5.3℃。

CF120混凝土具有低水化熱特點,入模溫度為15.8℃,覆膜自然養(yǎng)護條件下，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準中大體積混凝土施工溫控指標。此外,采取絕熱保溫養(yǎng)護措施后,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,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性和抗壓強度，初始坍落度≥220 mm,初始擴展度≥585 mm,倒置坍落度簡排空時間.優(yōu)值為15.0s,標準養(yǎng)護28 d抗壓強度≥139.1 MPa,符合CF120超高強混凝土設(shè)計要求。

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

(3)采用90℃高溫養(yǎng)護(水浴養(yǎng)護或燕汽養(yǎng)護)3d的方式可快速預測CF120混凝土標準養(yǎng)護28 d抗壓強度,對鋼纖維超高強混凝土配合比的設(shè)計具有一定的指導意義。

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

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