摘 要：為了明晰硅灰和聚丙烯纖維對C30自密實混凝土抗壓和劈裂強度的影響規律，用硅灰替代水泥質量的6%，9%、12%，并摻入體積分數分別為0.1%、0.2%、0.3%的聚丙烯纖維，對自密實混凝土展開力學性能改性試驗研究。試驗結果表明：3d齡期混凝土的抗壓強度和劈裂強度隨硅灰摻量的增加呈先增后減趨勢;纖維摻量為0.1%0.2%、0.3%時，3d和齡期混凝土的抗壓強度均高于基準混凝土的抗壓強度;纖維摻量為0.2%、硅灰替代率為9%時，28 d齡期混凝土的抗壓強度和劈裂強度分別達到了最大值50.1 MPa和5.213 MPa，綜合考慮C30自密實混凝土的抗壓強度和劈裂強度，建議使用硅灰替代率為9%的水泥和摻量為0.2%的聚丙烯纖維進行自密實混凝土力學性能改性。

　　關鍵詞：硅灰;聚丙烯纖維;自密實混凝土;抗壓強度;劈裂強度

　　Abstract: In order to clarify the influence of silica fume and polypropylene fibers on the compressive and splitting strength of C30 self-compacting concrete, experimental study on mechanical modification of self-compacting concrete by using silica fume to replace 6%, 9%, 12% of cement mass and mixing polypropylene fibers with volume fractions of 0. 1%, 0. 2%, 0.3%. The test results show that the compressive and splitting strength of the 3-day-age concrete increase first and then decrease with the increase of the amount of silica fume. When the fiber content is 0.1% , 0. 2% and 0.3% , the compressive strength of 3-day-age and 28-day-age concrete are higher than that of benchmark concrete. When the fiber content is 0. 2% and the silica fume replacement rate is 9%, the compressive and splitting strength of the 28-day-age concrete reach the maximum value of 50. 1 MPa and 5. 213 MP respectively. Considering the compressive and splitting strength of C30 self-compacting concrete, it is recommended to use 9% silica fume cement and 0. 2% polypropylene fibers to modify the mechanical performance of self-compacting concrete.

　　Keywords: silica fume; polypropylene fiber; self-compacting concrete; compressive strength; splitting strength

　　自密實混凝土是我國當前工程建設中運用較廣的一種高性能混凝土1]。目前，研究人員對混凝土力學性能展開了多維度研究。張吉松等2通過不同比例混合的粉煤灰和硅灰替代水泥制備混凝土，研究顯示粉煤灰和硅灰混合后替代水泥量50%的情況下，基本能達到和基準混凝土一致的性能。宋力等[3)通過正交試驗得出在硅灰摻量達到10%時，混凝土的抗壓強度達到最大，并通過軟件分析發現硅灰的摻入會顯著影響混凝土的早期強度。胡紅梅等[1將石灰石粉和硅灰復配摻進混凝土內，發現當二者摻量在一定范圍內且滿足比例條件時會提高混凝土的強度。Li等5-6]研究硅灰自密實混凝土力學性能，了解到硅灰摻入混凝土內有助于提高混凝土抗壓、抗拉強度。郭榮鑫等[7研究聚丙烯纖維對輕骨料混凝土力學性能的影響，結果顯示，不同的纖維摻量和長度對混凝土強度的影響有所不同。周玲珠等[3采用摻量不同的減水劑和膠集比與高摻量聚丙烯纖維復合配置混凝土，發現纖維摻量過高會降低混凝土的塌落擴展度和抗壓強度。龍武劍等將鋼纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯纖維摻進混凝土中，研究發現鋼纖維可以改善混凝土28 d齡期抗壓強度，而聚丙烯纖維和聚乙烯纖維則會降低其28 d齡期抗壓強度。王均等[10]將數值分析和非線性回歸相結合，研究發現摻進適量混合鍍銅微絲纖維和納米碳纖維有助于提高混凝土抗壓和劈拉強度。

　　綜上，硅灰和纖維摻進混凝土中，有助于提高混凝土的劈裂強度，但纖維摻進混凝土內對不同強度混凝土的抗壓強度產生的影響有所不同，為了探尋硅灰和聚丙烯纖維對C30自密實混凝土力學性能的影響，本文通過改變硅灰的替代率及聚丙烯纖維的摻量分析硅灰的最佳替代率和聚丙烯纖維的最優摻量，旨在為C30自密實混凝土配合設計提供依據。

　　1試驗概況

　　1.1 i原材料

　　本試驗采用銀川市西夏區賽馬水泥有限公司生產的P.042.5 R水泥，其技術性能見表1;細骨料采用細度模數為2.72的河砂，表觀密度為2.56×10"kg/m"，含泥量為1.36%;粗骨料粒徑為5~20 mm，壓碎指標為12，級配良好，其表觀密度為2.72×10"kg/m"，吸水率為0.8%;水為自來水;粉煤灰采用靈武電廠的1級粉煤灰，其主要技術性能見表2;聚丙烯纖維主要技術性能見表3;硅灰技術性能見表4。

　　1.2試驗方案

　　該試驗采用C30自密實混凝土，硅灰替代率分別為6%、9%和12%，對應摻入聚丙烯纖維0.1%、0.2%和0.3%，試驗配合比設計方案見表5。抗壓和劈裂試驗分為4組，每組有16塊立方體試件。試件采用尺寸為100 mm× 100 mm × 100 mm的立方體試件。試件制作完成后分組養護3d和28d，測定其抗壓和劈裂強度，通過試驗結果分析，確定出C30自密實混凝土抗壓和劈裂強度的最優配合比。

　　2試驗結果及分析

　　2.1 強度分析與機理分析3d和28d齡期混凝土的抗壓和劈裂強度試驗結果見表6。

　　由表6可知：3d和28 d齡期混凝土的抗壓強度和劈裂強度均隨著硅灰摻量的增加而增加;相同摻量聚丙烯纖維混凝土的抗壓強度和劈裂強度均隨著硅灰摻量的增加呈先增后減的變化趨勢。

　　在硅灰替代率為9%、聚丙烯纖維摻量為0.2%

　　情況下，3 d齡期混凝土的抗壓強度和劈裂強度最大分別為26.0 MPa和3.702 MPa，28d齡期混凝土抗壓強度和劈裂強度最大分別為50.1 MPa和5.213

　　MPa;在聚丙烯纖維摻量為0.2%，硅灰替代率為6%、9%、12%時，3d和28d齡期混凝土的抗壓強度較基準混凝土分別依次增加了3.6%、5.3%、1.6%

　　和13.4%、19.9%、19.1%;3 d和28 d齡期混凝土劈裂強度較基準混凝土分別依次增加了4.4%、

　　15.9%，15.3%和30.9%、43.7%、37.1%。分析試驗數據可知，摻進硅灰有助于顯著改善混凝土的劈裂強度，也能在一定程度上提高混凝土的抗壓強度，由于硅灰可與混凝土發生集料反應和二次水化反應[11，且硅灰的粒徑很小，可充滿水泥縫隙，進而減少混凝土孔洞，同時硅灰和水泥水化產物產生反應形成了硅酸凝膠，極大地增強了混凝土的密實度，從而達到了更高的強度。但在硅灰替代率為12%的情況下，混凝土的強度相比于替代率為9%時略有下降[1]，導致混凝土拌合時孔隙增多，強度逐漸降低。

　　由表6還可知，聚丙烯纖維對混凝土抗壓強度影響亦表現出先增后減的變化趨勢。在聚丙烯纖維摻量為0.2%、硅灰替代率為9%的情況下，3d和28 d齡期混凝土抗壓強度最大分別為26.0 MPa和50.1 MPa;當硅灰替代率為9%，聚丙烯纖維摻量為

　　0.1%、0.2%，0.3%時，3 d和28 d齡期混凝土抗壓強度較基準混凝土分別依次增加了5.9%、9.7%、7.2%和 10.4%，15.7%.5.8%。產生這種現&由于纖維自身強度較高，阻止混凝土內部產生裂縫。且纖維與硅灰相摻達到一定比例后推動其與混凝土更充分地粘合[1，有效地提高了混凝土的強度。當纖維摻量增至0.3%時，混凝土抗壓強度開始降低，由于所摻纖維長度出現變化，在纖維與混凝土拌合時，導致應力分布不均勻，降低了混凝土的強度。

　　機理分析：由于硅灰顆粒細度大，宏觀上說可以填滿較小的孔隙，增大混凝土的密實程度;硅灰具有很強的火山灰活性且比表面積大，使其水化反應速率極快，且其水化后的產物與水泥水化的產物迅速結合成水化硅酸鈣，因此硅灰對混凝土早期強度影響顯著;硅灰促使水泥漿與骨料間的細小顆粒形成高強度的空間結構，提高混凝土材料的三向結構性能，促進基體間更好地黏結，從而提高了混凝土的強度。

　　纖維本身與混凝土間的黏結性差，致使混凝土的抗壓強度下降，但其劈裂強度得以提高。硅灰改善了其與水泥漿的界面的黏結能力，得以發揮纖維的作用，當纖維摻量較多時，導致混凝土內部存在較大的孔隙，從而對混凝土的強度產生了不利影響，因此，相同摻量硅灰混凝土的抗壓強度和劈裂強度隨著聚丙烯纖維摻量的增加呈先增后減的變化趨勢。

　　2.2 極差分析與最優摻量的確定表7為試驗結果的極差分析，因素A指硅灰，因素B指聚丙烯纖維，分析兩者對混凝土力學性能的影響。結果表明，聚丙烯纖維摻量對3d齡期混凝土的抗壓強度影響顯著，而硅灰替代率對3d和28d齡期混凝土的抗壓和劈裂強度強度影響較大。表7中K，表示因素A(B)在i條件下，對應摻入4種不同的因素B(A)時所得到的不同齡期混凝土的抗壓強度或劈裂強度4組試驗數據的均值，如K，=21.6MPa表示當不摻入硅灰時，3d齡期混凝土的抗壓強度在纖維摻量為0、0.1%、0.2%和0.3%這4種條件下所得試驗數據的均值為21.6 MPa，R為4組試驗均值K，.K2、K，、K，中最大值和最小值的差值。

　　由表6和表7分析可知：當硅灰替代率為9%、聚丙烯纖維摻量為0.2%時，3 d和28 d齡期混凝土的抗壓強度達到最高，分別為26.0 MPa和50.1 MPa;

　　3d和28d齡期混凝土劈裂強度達到最高，分別為3.702 MPa和5.213 MPa，因此，為了使C30混凝土力學性能達到最優，采取硅灰替代水泥量的9%.

　　并摻入0.2%的聚丙烯纖維。

　　3結論

　　通過改變硅灰的替代率和聚丙烯纖維的摻量，研究了C30自密實混凝土抗壓強度和劈裂強度，結論如下：

　　1)纖維摻量相同時，硅灰替代率為6%、9%、12%情況下，混凝土的抗壓強度和劈裂強度相比于基準混凝土均提高;硅灰替代率相同時，聚丙烯纖維摻量為0.1%.0.2%、0.3%情況下，混凝土的抗壓強度和劈裂強度相比基準混凝土均有所提高。

　　2)纖維摻量為0.2%、硅灰替代率為9%情況下，3d齡期混凝土抗壓強度和劈裂強度達到最大值26.0 MPa和3.702 MPa;28 d齡期混凝土的抗壓強度和劈裂強度達最大值50.1 MPa和5.213 MPa

　　3)為了提高C30自密實混凝土的抗壓和劈裂強度，建議摻入0.2%的聚丙烯纖維，同時使硅灰的替代率達到9%。

　　[參考文獻](References)

　　[1]孫世國，魯艷朋，超高性能混凝土國內外研究進展[J].科學技術與工程，2018，18(20)：184-199。

　　SUN S G，LU Y P.Research progress of ultra high performance concrete at home and abroad[J].Science Technology and Engineering，2018，18(20)：184-199.　　(in Chinese)

　　[2]張吉松，趙穎華，玄武巖纖維超高性能混凝土力學性能試驗[J].沈陽工業大學學報，2018，40(5)：595-600.

　　ZHANGJ S，ZHAO Y H.Experiment on mechanical properties of ultra-high performance concrete with basalt fiber[J].Journal of Shenyang University of Technology，2018，40(5)：595-600.(in Chinese)

　　[3]宋力，李林果，吳邦睿，等，三元礦物摻合料對混凝土強度的影響[J].混凝土，2019(2)：52-56.

　　SONG L，LI L.G，WU B R，et al.Influence of ternary mineral admixture on concrete strength[J].Concrete，2019(2)：52-56.(in Chinese)

　　[4]胡紅梅，羅德富，李巧，等，石灰石粉與不同礦物摻合料復摻對高強自密實混凝土性能的影響[J].混凝土.2018(12);81-85.

　　HU H M，LUO D F，LI Q，et al.Influence of compounding limestone powder and different mineral admixtures on properties of high strength self compacting concrete[J].Concrete，2018(12)：81-85.(in Chinese)

　　[5] LI H B，SUN H，TIAN JC，et al.Mechanical and ultrasonic testing of self-compacting concrete[J].Ener gies，2019(12)：2187.

　　[6]LIH B，SUN H，ZHANG W L.，et al.Study on mechanical properties of self-compacting concrete and its filled in-line multi-cavity steel tube bundle shear wall[J].Energies，2019(12);3446.

　　[7]郭榮鑫，郭佳棟，顏峰，等，聚丙烯纖維輕骨料混凝土力學性能及破壞機理研究[J].硅酸鹽通報，2019，38(5)：1323-1330.

　　GUO R X，GUOJ D，YAN F，et al.Study on mechanical properties and failure mechanism of polypropylene fiber light weight aggregate concrete[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2019，38(5)：1323-1330.(in Chinese)

　　[8]周玲珠，羅遠彬，鄭愚，等，高摻量聚丙烯纖維自密實混凝土制備及其性能研究[J].硅鹽通報，2017，36(12)：3971-3977.

　　ZHOU L.Z，L.UO Y B，ZHENG Y，et al.Preparation and behaviour of self-compacting concrete high volume of polypropylene fiber[J].Bulletin of the Chinese Ce ramic Society，2017，36(12)：3971-3977.(in Chinese)

　　[9]龍武劍，林漢鑫，陳振榮，等，纖維對自密實混凝土力學性能影響的研究[J].混凝土，2014(5)：60-63.

　　LONG W J，LIN H X，CHEN Z R，et al.Mechanical properties between self-compacting concrete and fibers[J].Concrete，2014(5)：60-63.(in Chinese)

　　[10]王鉤，李婷，李世平，纖維混摻改性高強自密實混凝土試驗與分析[J].硅酸鹽通報，2018，37(2)：706-712.

　　WANG J，LI T，LI S P.Experiment and analysis on the modified HSCC mixed with composite fibers[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2018，37(2);706-712.(in Chinese)

　　[11]張雄，張恒，張曉樂，等，硅灰調控混凝土力學性能的關鍵界面參數研究[J].建筑材料學報，2019，22(4)626-631.

　　ZHANG X，ZHANG H，ZHANG XL.，et al.Key interface parameters for the control of silica fume on me-chanical properties of concrete[J].Journal of Building Materials，2019，22(4)：626-631.(in Chinese)

　　[12]王紅珊，王海龍，孫松，等，硅粉對輕骨料混凝土力學性能及孔隙結構的影響[J].中國科技論文，2019，14(4)：458-463.

　　WANG H S，WANG H L.，SUN S，et al.Effect of silicon powder on mechanical properties and pore structure of lightweight aggregate concrete[J].China Sciencepa per，2019，14(4)：458-463.(in Chinese)

　　[13]羅洪林，楊鼎宜，周興宇，等，聚丙烯纖維長徑比對混凝土力學性能的影響研究[J].混凝土，2019(9)：25-30.

　　LUO H L，YANG D Y，ZHOU X Y，et al.Study on effect of lengthrto-diameter ratio of polypropylene fiber on mechanical properties of concrete[J].Concrete，2019(9)：25-30.(in Chinese)

　　[14]楊晨晨，白英，田曉宇，等，摻橡膠粉與纖維混凝土力學性能研究[J]，中國科技論文，2016，11(13)：548-1550.

　　YANG C C，BAI Y，TIAN X Y，et al.Study on mechanical properties of concrete with rubber powder and fiber[J].China Sciencepaper，2016，11(13)：1548-1550.(in Chinese)

期刊VIP網，您身邊的高端學術顧問

文章名稱： 硅灰聚丙烯纖維改性自密實混凝土力學性能

文章地址： http://www.hfdisheng.com/mianfeiwx/57052.html