杨 林 李 明

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)



丁苯乳液对钢纤维混凝土力学及抗冲击性能影响

杨 林 李 明

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

通过试验，研究了丁苯乳液改性钢纤维混凝土的力学性能及抗冲击性能，并分析了丁苯乳液对钢纤维混凝土的改性效果，试验结果表明：丁苯乳液虽然降低了钢纤维混凝土的抗压强度，但可显著提高其抗折强度和抗冲击性能。

钢纤维混凝土，丁苯乳液，力学性能，抗冲击性能

钢纤维混凝土是应用广泛的路面铺筑材料[1]，人们试图应用钢纤维抗拉强度高的特点来克服普通混凝土脆性大、韧性低的先天缺陷，但钢纤维混凝土在实际使用中的表现并不十分理想，产生这种现象的主要原因是：钢纤维与基体之间结合不紧密，钢纤维与基体之间的粘结性较差，钢纤维抗拉强度高的特点无法充分的发挥。随着复合材料理论研究的不断深入和高分子材料合成技术的发展，人们发现丁苯乳液是一种优良的混凝土改性剂[2,3]，其内部的表面活性剂会携带着高分子丁苯聚合物聚集在混凝土界面处，从而改善混凝土内部界面区结构，并能够在基体内形成聚合物薄膜，增强基体的粘结性。丁苯乳液的这种性质必然使其成为优良的钢纤维混凝土改性剂，因此，本文将对丁苯乳液改性钢纤维混凝土的力学性能及抗冲击性能进行试验研究，分析丁苯乳液对钢纤维混凝土的改性效果。

1 试验设计

1.1 试验原材料

试验用水泥为亚泰水泥厂生产的天鹅牌P.O42.5水泥，各项技术参数均符合规范要求；试验所用细集料为本地河砂，细度模数为2.75；粗骨料采用5 mm～16 mm级配碎石；钢纤维为河北衡水某橡塑制品厂生产的剪切型异型钢纤维，具体技术指标如表1所示；聚合物乳液为山东鼎鼎化工厂提供的水泥专用羧基丁苯乳液，技术参数详见表2；外加剂为FDN-1高效减水剂，改性有机硅油消泡剂。

表1 钢纤维技术指标

表2 丁苯乳液技术参数

表3 试验配合比设计

1.2 试验配合比设计

以编号FP0为基础配合比，以丁苯乳液掺量为变量，为排除外加剂掺量对试验结果的影响，所有配合比中减水剂掺量均为3.0 kg/m3，消泡剂掺量为1.5 kg/m3,配合比设计如表3所示。表3中用水量为外加水质量与丁苯乳液含水量之和(丁苯乳液中含有50%水)，丁苯乳液质量分数指的是占水泥质量百分比。

1.3 试件的制作及养护

抗折强度试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm，每组3个试件，共计12个，抗压强度试件为抗折强度试验获得的试件断头，抗冲击试验试件尺寸为φ150 mm×64 mm的圆饼形试件，每组6个试件，共计24个。丁苯乳液改性钢纤维混凝土的拌和方法为：将水泥、粗细集料及外加剂干拌1 min后逐渐加入钢纤维，加入完毕后再干拌1 min，将水与丁苯乳液的混合物倒入后继续拌和90 s，将拌和物装入试模后振捣至无气泡冒出，用塑料薄膜覆盖在试件表面，1 d后脱模，采用标准养护方式对试件进行养护，养护龄期为28 d。

1.4 试验方法

1)抗折强度及抗压强度试验参照CECS 13—89钢纤维混凝土试验方法进行。2)抗冲击试验采用美国ACI544委员会推荐的落锤冲击法[4,5]，本次试验对落锤冲击试验装置进行了改进，在落锤与传力球之间加装固定套筒，套筒高度450 mm，套筒能够保证落锤下落高度准确及与传力球的接触位置固定，试验装置如图1所示。试验过程中仔细观察试件表面，当试件表面出现第一条裂缝时的冲击次数即为初裂次数N1，继续进行冲击，直至试件与底座四块挡板中的三块接触时，此时的冲击次数为终裂次数N2。试验中冲击韧度W和出裂后继续吸收能量ΔW计算方法如式(1)及式(2)所示。

W=N1mgh

(1)

ΔW=(N2-N1)mgh

(2)

其中，m为落锤质量，4.5 kg；g为重力加速度，取9.8 m/s2；h为落锤下降高度，0.450 m。

2 试验结果与分析

2.1 抗折及抗压强度试验结果

抗折强度试验结果如图2所示，由试验结果可知，FP5，FP10，FP15的抗折强度较FP0分别提高了6.7%，11.4%，15.4%。以上分析说明，丁苯乳液加入后钢纤维混凝土的抗折强度提高明显，其根本原因在于丁苯乳液能够增强基体的粘结性，使得钢纤维的增韧阻裂作用得到进一步的发挥，从而提高抗折强度。

抗压强度试验结果如图3所示，钢纤维混凝土的抗压强度随着丁苯乳液掺量的加大而逐渐降低，FP5，FP10，FP15的抗压强度较FP0分别降低了5.9%，9.7%，12.1%。为解释这一现象，我们可将丁苯乳液改性钢纤维混凝土简单的看作是由基材、钢纤维、硬化后的丁苯胶体组成的三相复合材料，其抗压强度取决于三者对于压力的协同抵抗作用，而丁苯胶体的弹性模量远低于另外两种材料[6]，在承受压力时会产生较大的变形量，使协同作用遭到破坏，从而降低了钢纤维混凝土的抗压强度。

2.2 冲击试验结果

表4中为落锤冲击试验结果，结果显示，FP5，FP10，FP15的冲击韧度较FP0分别提高了20.0%，32.2%，56.5%；FP5，FP10，FP15初裂后继续吸收能量较FP0分别提高了43.6%，95.8%，139.3%。由以上分析可知：丁苯乳液加入后，钢纤维混凝土的冲击韧度和初裂后继续吸收能量都有较大幅度的提高，丁苯乳液显著提高了钢纤维混凝土的抗冲击性能，丁苯乳液掺量越大，钢纤维混凝土的抗冲击性能越强。

表4 落锤冲击试验结果

3 结语

虽然丁苯乳液的加入一定程度上降低了钢纤维混凝土的抗压强度，但丁苯乳液通过增强基体与钢纤维之间的粘结性显著提高了钢纤维混凝土的抗折强度；丁苯乳液的加入极大的提高了钢纤维混凝土冲击韧度和初裂后继续吸收能量，增强了钢纤维混凝土抵抗冲击作用的能力，对保证路面的结构安全具有积极的意义。

[1] 冯平喜.钢纤维增强路面混凝土的应用与发展[J].山西建筑,2003，29(4):104-105.

[2] 熊剑平.聚合物改性水泥混凝土路用性能研究[D].西安：长安大学,2005.

[3] 梁乃兴,曹源文,姚红云.聚合物改性水泥混凝土路用性能研究[J].公路交通科技,2005(3):21-23.

[4] 张平中,黄新华,李文华.钢—聚丙烯混杂纤维混凝土抗冲击强度研究[J].山西建筑,2007，33(33):178-179.

[5] 郝景文,梁世春.常用纤维混凝土抗冲击性能分析[J].山西建筑,2003，29(1):108-109.

[6] 姚树义.纤维增韧聚合物水泥混凝土的性能研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2011.

Effect of styrene-butadiene latex on the mechanical properties and impact resistance of steel fiber reinforced concrete

Yang Lin Li Ming

(SchoolofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

According to the tests, the paper researches the mechanical properties and shock resistance of styrene-butadiene latex, analyzes the modified effect of the styrene-butadiene latex on the steel fiber concrete, and proves that the latex can lower the compressive strength of the steel fiber concrete and improve the rupture strength and impact resistance performance.

steel fiber concrete, styrene-butadiene latex, dynamic performance, impact resistance performance

1009-6825(2016)26-0129-02

2016-07-01

杨 林(1970- )，男，博士，副教授； 李 明(1988- )，男，在读硕士

TU528.572

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