1、第40卷第4期2023年7月新疆大学学报（自然科学版）（中英文）Journal of Xinjiang University(Natural Science Edition in Chinese and English)Vol.40,No.4Jul.,2023掺入钢纤维对混凝土塑性收缩开裂的影响研究徐 蕾(新疆工程学院 土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 830023)摘要：混凝土在干燥环境中会产生自然收缩，当收缩受到抑制时产生张应力，从而产生塑性收缩裂缝 为了减少混凝土塑性收缩开裂，通过在混凝土中添加3种不同体积、不同长径比的钢纤维，在56 MPa和73 MPa两种不同抗压强度水平下进行了塑性收缩
2、实验，对纤维体积和钩型钢纤维的长径比对混凝土塑性收缩开裂及其它性能的影响进行了研究结果表明：掺入钢纤维可以显著增强混凝土的抗塑性收缩开裂性能，总塑性收缩裂纹面积与纤维体积之间存在较好的对应关系，但掺入钢纤维在新拌和硬化状态下会对混凝土某些其它性能产生不利影响关键词：高强度混凝土；塑性开裂；渗出；钢纤维DOI：10.13568/ki.651094.651316.2022.10.29.0001中图分类号：TU362文献标识码：A文章编号：2096-7675(2023)04-0492-06引文格式：徐蕾.掺入钢纤维对混凝土塑性收缩开裂的影响研究J.新疆大学学报(自然科学版)(中英文),2023,40
3、(4):492-497.英文引文格式：XU Lei.Experimental study of shear strength of brick masonry walls assembled with different typesof mortarJ.Journal of Xinjiang University(Natural Science Edition in Chinese and English),2023,40(4):492-497.Experimental Study of Shear Strength of Brick Masonry WallsAssembled with D
4、ifferent Types of MortarXU Lei(College of Civil Engineering,Xinjiang Institute of Engineering,Urumqi Xinjiang 830023,China)Abstract：Concrete undergoes natural shrinkage in a dry environment,and when shrinkage is suppressed,tensilestress is generated,resulting in plastic shrinkage cracks.In order to
5、reduce plastic shrinkage cracking of concrete,plastic shrinkage experiments were conducted by adding three types of steel fibers with different volumes and lengthto diameter ratios to concrete at two different compressive strength levels of 56 MPa and 73 MPa.The effects offiber volume and length to
6、diameter ratio of hooked steel fibers on plastic shrinkage cracking and other propertiesof concrete were studied.The research results indicate that the addition of steel fibers can significantly enhancethe plastic shrinkage cracking resistance of concrete.There is a good correspondence between the t
7、otal plasticshrinkage crack area and fiber volume,but the addition of steel fibers in the newly mixed and hardened state canhave adverse effects on certain other properties of concrete.Key words：high strength concrete;plastic cracking;exudation;steel fiber0引 言塑性收缩开裂是常见于大表面积混凝土构件的主要问题，如桥面板、地坪板、隧道衬砌、薄
8、表面修复和楼板等，通常发生在尚未凝固达到足够的拉伸强度之前的早期阶段，因为水分从混凝土表面蒸发的速度超过其被下部的水分取代的速度，使得混凝土易于收缩，混凝土收缩程度取决于诸多因素，包括材料特性、环境温度和相对湿度、混凝土在干燥环境下的年限以及结构尺寸，当这种收缩被限制时，混凝土将产生裂缝以释放所累积的拉伸应力，塑性开裂会导致混凝土耐久性严重下降，通过在混凝土中添加随机分布的短离散纤维可降低其脆性，预防塑性开裂的发生14纤维对混凝土机械性能的影响取决于纤维的体积、长度比以及水泥基体与纤维之间的粘结力58Sivakumar等9研究了用于控制高强度硅粉混凝土的塑性收缩裂缝的掺量为0.5%钢纤维和非钢
9、纤维混合组合性能，发现混收稿日期：2022-10-29基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金“基于地震倒塌率目标的ECC新型抗震结构设计方法研究”（2022D01A53）作者简介：徐蕾（1979-），女，硕士，副教授，主要从事钢筋混凝土抗震结构及材料的研究，E-mail:第4期徐 蕾：掺入钢纤维对混凝土塑性收缩开裂的影响研究493合纤维混凝土显示出比单独钢纤维更好的抗裂性能，并且随着非钢纤维添加量的增加，总裂缝面积相应减小，与普通混凝土相比，塑性收缩裂缝减少了50%99%，钢-聚酯组合使得裂缝降低了99%，而钢-玻璃纤维组合性能不佳，这是由于玻璃的高刚度不能在低应力水平下起作用，从而导致早期裂
10、纹 曾国东等10研究了花岗岩石粉、粉煤灰对混凝土工作性、抗压强度、早期塑性抗裂性能的影响规律，发现掺合料品种、掺量对混凝土早期塑性开裂性能影响差异显著，15%20%掺量的粉煤灰或15%掺量的花岗岩石粉能有效降低混凝土早期开裂风险徐蕾11对含短亚麻纤维的小份砂浆样品的限制性和无限制性塑性收缩性能进行了实验研究，发现亚麻纤维在控制混合砂浆限制性塑性收缩方面，比市场所售的聚丙烯和玻璃纤维更为有效，当亚麻纤维的体积分率处于0.3%时，与普通砂浆相比，产生的裂缝总面积至少减少了99.5%，最大裂缝宽度不到0.022 mm，比以往减少了98.5%Banthia等12研究了聚丙烯纤维直径、纤维长度和几何形状
11、对混凝土塑性收缩的影响，使用3种单丝和1种原纤化聚丙烯纤维，结果表明：较长的纤维在减少裂缝面积、最大裂缝宽度和裂缝数量方面更为有效；较细的纤维比粗的纤维在抵抗塑性开裂方面更为有效，因为细纤维具有更大的表面积，可与胶结基体结合，因此将更多的拉应力转移到纤维上本文主要研究掺入端钩形钢纤维的纤维体积和长径比对普通和高强度混凝土塑性收缩开裂性能的影响，以及纤维体积与塑性收缩裂缝长度、宽度和面积之间的关系1实验方案1.1所用材料钢纤维增强混凝土（SFRC）混合物由普通硅酸盐水泥、粉碎石灰石骨料、高效减水剂和3种不同长径比（55、65和80）的钩端钢纤维制成；骨料分为1、2、3、4级，尺寸分别为20、14
12、、10、5 mm，比重分别为2.68、2.67、2.68、2.68；高效减水剂的用量为水泥重量的0.8%；掺入的纤维分别按0.5%、1.0%和1.5%（按混凝土体积计）添加1.2混合比例和混合程序改性混凝土的比例见表1 将骨料和水泥拌和30 s后，添加钢纤维拌和30 s，然后在15 s内加入水（含高效减水剂），继续拌和2 min表 1混凝土混合物的掺和比例及掺和物名称混凝土水泥高效减水剂水水灰比粗骨料/kgm3细骨料/kgm3系列/kgm3/kgm3/kgm3类型1/20 mm类型2/14 mm类型3/10 mm类型4/5 mmA4503.602410.54202369353756B5604.
13、482390.43190347331708使用稠度计评估新拌混凝土的可使用性，记录混凝土试样单位重量后通过振动台将所有样品压实在模具中 使用两块840 mm540 mm40 mm矩形塑性收缩实验板（胶合板基础金属边缘），暴露于相同的环境条件下（图1），测试期间温度在2427、相对湿度保持在(605)%、风扇风速为18 km/h，将水加到所有实验板的混凝土搅拌机中的干料中之后，启动风机25min 塑性收缩裂缝的测定程序如下：混合后，将新拌混凝土放入平板模具中，用直尺抹平混凝土表面，再用抹刀进一步平滑至表面平滑光洁，等渗出水开始蒸发后进行抹灰 在混凝土浇筑5.5 h后用手持显微镜和求积仪分别测量裂
14、缝宽度和裂缝长度，通过每张试件总裂缝长度乘以平均裂缝宽度的乘积之和计算总裂缝面积图 1塑性收缩实验板494新疆大学学报（自然科学版）（中英文）2023年2实验结果和讨论2.1新拌混凝土A、B两组混凝土的维勃实验测定时间、湿密度、抗压强度和渗水量测试的结果见表2 随着纤维体积的增加，所有长径比的维勃时间都会增加 对于所有混凝土系列，纤维体积的增加也会略微增加混凝土的湿密度表 2混凝土拌合物稠度测定时间、湿密度、抗压强度和渗水量实验结果系列长径比纤维体积/%维勃时间/s湿密度/kgm3渗水量/mL28天抗压强度/MPaA-0.02.302 29723.0056.13550.53.002 32623
15、.2552.25551.05.252 3459.2554.50551.513.202 37812.7556.43650.54.102 3309.0054.87651.014.302 40812.0054.90651.526.462 42228.5052.20800.54.502 33838.0053.63801.015.702 3996.2554.83801.530.412 4173.7554.07B-0.03.802 3321.2573.25550.54.702 3631.0068.00551.08.002 3830.7069.01551.516.002 4130.5070.50650.56
16、.032 3720.2071.20651.018.002 4182.0072.60651.529.562 4441.0073.00800.56.102 3750.5069.00801.017.322 4371.5067.00801.532.622 4521.2567.00B系列中的水泥含量更高，导致与所有A系列试样相比，B系列试样的渗水量明显减少 对于长径比为55的情况，随着纤维体积的增加，两个系列的渗出率逐渐降低，这是由于纤维阻塞了水通过的孔隙所致13 通过实验结果还可以看出，随着纤维体积的增加，抗压强度有所降低2.2塑性收缩开裂2.2.1水分蒸发速率和首次裂纹开裂时间塑性收缩开裂结果见表3 图2和图3分别显示了纤维体积和长径比对A系列和B系列混凝土的水分蒸发速率和首次开裂时间的影响图 2A系列和B系列混凝土的纤维体积和纤维长径比对水分蒸发速率的影响图 3A系列和B系列混凝土的纤维体积和纤维长径比对首次开裂时间的影响第4期徐 蕾：掺入钢纤维对混凝土塑性收缩开裂的影响研究495表 3塑性收缩开裂实验结果系列 长径比纤维 裂缝 首次开裂新拌水泥总裂缝 平均裂缝 最大裂缝 最大裂缝 总裂缝