卢财林 李港宁 李杰 陈明明 牟慧琳 林友军

（陕西理工大学土木工程与建筑学院，陕西 汉中 723000）

混凝土是建筑行业最重要的工程材料之一，由于混凝土本身的材料组成使其抗压能力远大于抗压能力，并且在混凝土维修加固领域，需要混凝土快速凝结硬化形成具有一定强度，具有速凝性质延性混凝土的需求已经越来越受到重视，所以研究新型速凝延性混凝土尤为重要。速凝延性混凝土应用于结构维修加固是采用现场浇注修补的方法，将原有存在质量问题的混凝土替换，可以很好的保证结构的整体性，同时速凝延性混凝土也可以用于桥梁隧道建设，因此，研究速凝延性混凝土具有很好的发展空间。

纤维是一种由连续或不连续的细丝组成的物质，能够起到连系各组分的重要作用，在一定程度上能够提升混凝土的延性性能，所以选用纤维作为集料，添加速凝剂，配制速凝延性混凝土［1］。

1 试验方案设计

1.1 实验材料

1）水泥：采用P.O42.5普通硅酸盐水泥。2）细骨料：天然河沙，产于陕西汉中，堆积密度1500kg/m3。3）粗骨料：人工砾石，产于陕西汉中，表观密度2650kg/m3，采用一级配粒径5 mm～20mm。4）玻璃纤维：产地：湖南长沙。5）聚丙烯纤维；产地：湖南长沙。6）钢纤维：产地：河北衡水。7）速凝剂：产地：山东济南，基本性能如下：J85型水泥速凝剂，在适宜掺量下，喷射混凝土可在2～5min内初凝，4～10min内终凝。粘稠性好、回弹低、混凝土强度保持率高、对钢筋没有锈蚀作用、抗渗性好。

1.2 实验方案

1.2.1 试件制作

根据实验方法要求，本实验为两阶段试验，第一阶段为测定三种纤维在1.0%掺量下的3d、7d抗压抗折强度和添加速凝剂后初步达到设计强度的时间；第二阶段分别对1.0%、2..0%、3.0%掺量的钢纤维进行试验确定最优掺量。每组试验选用3个100mm*100mm*100mm 试模和3个100mm*100*mm*300mm试模。

1.2.2 纤维材料的确定

普通混凝土的抗折强度较低，本实验中通过添加纤维来改善其性能，经分析确定采用钢纤维，掺钢纤维后3d、7d抗折强度均有提升。

1.2.3 配合比的确定

本实验采用纤维等体积替代细集料法，1.0%、2.0%、3.0%三种掺量钢纤维增强混凝土各材料配比参见下表

单位：Kg/m3

1.2.4 初终凝时间的测定

本实验混凝土的凝结时间测试采用维卡仪和水泥凝结时间的测试方法。虽然混凝土虽经标椎筛筛出砂浆，但是仍然含有部分小粒径的细集料。故本实验做以下修正，测针端部与砂浆表面接触，在10±2s内均匀地使探针贯入砂浆25±2mm深度，每5min测定一次，记录贯入压力，并适时更换测针。由公式

式中Fpr——贯入阻力（MPa）

P0——贯入压力（N）

A——探针面积（mm2）

得出贯入阻力，通过绘图拟合的方法确定初凝和终凝时间。

2 实验结果分析

2.1 3d、7d抗压强度

图1 抗压强度

从图1可以分析得出：

1）7d龄期钢纤维掺量为3.0%时混凝土抗压强度最高，3d龄期钢纤维掺量为1.0%时混凝土的抗压强度最低，其它的抗压强度从高到低依次为：A7-2.0＞A7-1.0＞A3-3.0＞A3-2.0。随着混凝土龄期的增长水泥熟料矿物不断水化［］，随着时间的不断推移水泥水化不断深入，更多的水泥凝胶体填充于毛细孔中，相应的增大了胶空比值，于是强度也就随之不断增高。

2）随着钢纤维掺量的增加混凝土强度也有所提升，更多的钢纤维起到骨架的作用，进入混凝土中使得混凝土中各组分更加紧密的连接在一起，从而提升混凝土强度。

3）钢纤维1.0%、2.0%、3.0%掺量下7d龄期较3d龄期混凝土抗压强度提升分别为2.79%、3.04%、2.58%。综合强度提升为2.80%，由此可见混凝土7d龄期强度还有所提升。

2.2 3d、7d抗折强度

分析得出：

1）7d龄期钢纤维掺量为3.0%时混凝土抗折强度最高，3d龄期钢纤维掺量为1.0%时混凝土的抗折强度最低，其它的抗折强度从高到低依次为：B7-2.0＞B7-1.0＞B3-3.0＞B3-2.0。

2）试验表明，加入钢纤维后混凝土的抗折强度有明显提升。在混凝土中掺入纤维之后，水泥作为胶凝材料，包裹住了砂、石子之类的粗细集料的同时握裹着钢纤维，加上钢纤维在混凝土中乱向分布形成一种新型多相复合材料。其中乱向分布的钢纤维能够在很大程度上阻止混凝土的开裂，钢纤维在混凝土中相互搭接形成网状的骨架，阻碍了离析和泌水的发生，提高了混凝土的和易性，从而显著提高了混凝土的抗折强度和韧性。

3）试验发现，在抗折实验中试件的破坏并不是钢纤维的拉断，而是纤维从混凝土中拔出，从而使得试件失效，足以见得钢纤维的能力还没有完全体现出来，出现试件损坏原因是在于混凝土中各组分与钢纤维的粘结力存在不足，后续研究若基于此结论展开，混凝土的抗折强度还会有所提升［2］。

2.3 凝结硬化时间

混凝土凝结时间的测试结果如图2所示，以贯入阻力为纵坐标，经过时间为横坐标绘制出贯入阻力-时间曲线图，以3.5MPa和28.0MPa划两条平行于时间轴的直线，分别交曲线于A、B两点，A、B两点横坐标即为混凝土拌合物的初凝和终凝时间。

图2 凝结时间的测试结果图

取三个实验的平均值进行修正作为此次试验的的凝结时间。由图分析得知本实验混凝土拌合物的初凝时间为128min，终凝时间为243min。与标椎对照组相比初凝时间缩短了27min，终凝时间缩短了132min。

3 结语

通过对混凝土的抗压强度、抗折强度和凝结时间的试验研究，我们得到以下结论：

1）在混凝土中添加纤维，能够在一定程度上提高混凝土的抗折强度，但对混凝土抗压强度的提升并不明显，只有略微的提升。2）钢纤维对混凝土抗折强度的提升并不是线性关系，本实验中3.0%的掺量对混凝土抗折能力的提升最为明显，但较1.0%到2.0%的提升幅度已经有所下降。3）在混凝土中添加速凝剂能够大大加快混凝土的凝结时间，使其在较短时间内达到使用要求。