葉門康 林 東 劉冠升 郭武廣 吳瓊景

（廣東華隧建設集團股份有限公司）

0 前言

隨著高性能混凝土制備技術的發(fā)展，一種新型的高技術材料--超高性能混凝土（簡稱UHPC）引起了學術界和工程界廣泛關注，其突出優(yōu)勢體現在強度與韌性的高度匹配。UHPC材料具有比強度高、荷載能力強，突出的抗彎、拉性能，超強的耐久性等優(yōu)異性能，能夠滿足土木建筑工程輕量化、大跨度、高耐久的要求，尤其適用于、國防、核電、海洋平臺、地下有限空間等特殊工程及新型結構體系創(chuàng)新等需求。

周玉娟[1]等人在研究中指出UHPC中隨帶鉤鋼纖維的摻入量增加，力學性能得到顯著提高，但所制UHPC的工作性能會有所降低，這將會增加其在實際工程應用中的泵送難度。張文峰[2]研究發(fā)現，活性粉末混凝土的劈裂抗拉強度、軸心抗拉強度會伴隨鋼纖維摻量的不斷增加而呈現出線性增大的規(guī)律。Kim等[3]對比了不同形狀鋼纖維拔出實驗結果，發(fā)現鋼纖維–UHPC基體黏結強度由強至弱依次為扭轉型、端鉤型和平直型鋼纖維。

鋼纖維作為UHPC材料中常用的增強材料，對UHPC材料的性能有極大的影響，本實驗從鋼纖維的規(guī)格出發(fā)，研究鋼纖維規(guī)格對UHPC材料性能的影響及規(guī)律，為UHPC材料配比的設計及其在工程上的應用提供參考。

1 試驗概述

1.1 試驗材料

水泥：華潤水泥（平南）有限公司生產的P.O42.5級水泥。

減水劑：江蘇蘇博物新材料股份有限公司生產的聚羧酸高性能減水劑。

硅灰：?？瞎旧a的920級硅灰

石英砂：粒徑16目～120目的級配石英砂

鋼纖維：抗拉強度為2900MPa的鍍銅鋼纖維，規(guī)格如表1所示。

表1 試驗中涉及鋼纖維規(guī)格

1.2 試驗方法

⑴試件成型：參照標準GBT31387-2015《活性粉末混凝土》，成型邊長為100mm的立方體抗壓試件，以及尺寸為100mm×100mm×400mm的抗折強度試件。

⑵強度檢測：參照標準GBT31387-2015《活性粉末混凝土》和GB/T50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行抗壓與抗折強度試驗。

⑶拌合物坍落擴展度性能檢測：參照GB/T 50080-2016《混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。

⑷試件的養(yǎng)護：參照標準GBT31387-2015《活性粉末混凝土》對試件進行熱養(yǎng)護。

1.3 配比設計

本試驗中采用相同的材料配比，只改變鋼纖維的規(guī)格類型進行對比試驗，具體配比如表2所示。試驗過程中檢測其拌合物的坍落擴展度、抗壓強度與抗折強度。

表2 試驗配比

2 試驗結果與分析

2.1 鋼纖維規(guī)格對UHPC拌合物工作性能的影響

從圖1所示結果來看，鋼纖維的長徑比越大，在配比相同的條件下，所配制的UHPC拌合物的坍落度和擴展度越小，但進一步分析可以發(fā)現，拌合物的工作性能影響受鋼纖維的直徑影響更明顯，鋼纖維A和B的直徑相同，在相同質量摻量下，長度更大的鋼纖維B坍落度及擴展度均有所下降，但變化并不大；而相同長度的鋼纖維B和C，工作性能的差異相比A與B之間更為明顯。分析其原因：鋼纖維的長度越長，鋼纖維間的搭接成網更容易，但直徑較大時，鋼纖維剛度較大，在攪拌過程中不易變形，因此對工作性能的影響不會太大，而直徑變小，鋼纖維變得柔軟，在攪拌過程中的外加作用下，部分纖維間會搭接勾連，形成網絡，同時，直徑變小后，纖維的根數越多（經估算，相同質量摻量下，鋼纖維C的根數是鋼纖維B的1.5倍），所形成的纖維網絡更加密集，影響漿料的流動，從而大幅度地降低了拌合物的工作性能。從圖2中各配比的拌合物狀態(tài)也能看出，鋼纖維的長徑比越大，對應配比拌合物自然擴展后，表面呈現出越多的團狀物。

圖1 鋼纖維規(guī)格對UHPC拌合物坍落度及擴展度的影響

圖2 摻入不同鋼纖維的UHPC拌合物狀態(tài)

2.2 鋼纖維規(guī)格對UHPC材料強度性能的影響

從強度的結果來看，所摻入的鋼纖維長徑比越大，試件的抗折強度越高，但抗壓強度則沒有相同規(guī)律，而是摻入鋼纖維B的配比最高。這是由于鋼纖維的規(guī)格對UHPC材料彎拉性能影響比對抗壓強度的影響更明顯。相同直徑下，鋼纖維的長度越長，在UHPC材料發(fā)生斷裂時鋼纖維拔出長度越長，拔出難度越大，因此UHPC材料斷裂時所需的能量越高，表現出抗折性能提高越大；而當長度相同，鋼纖維的直徑越小，長徑比越大，相同摻比下，其數量越多，總的鋼纖維比表面積越大，內部的鋼纖維網絡結構越密集，進一步提高了UPHC材料的斷裂能，進一步提高其抗折強度；但由于其同時會對UHPC工作性能及試件的成型密實度產生一定的影響，從而使其提升的幅度有所下降。

圖3 不同鋼纖維類型UHPC強度結果

鋼纖維的摻入，提高了UHPC材料的抗拉性能，因此在UHPC受壓過程中，鋼纖維提高了UHPC抗橫向形變能力，從而間接提高了UHPC材料的抗壓強度，因此，鋼纖維的長度變大（由鋼纖維A變成B），在提高UHPC材料抗折強度的同時也提高了其抗壓強度。但抗壓強度還受內部結構的影響，當鋼纖維的直徑變?。ㄓ射摾w維B換成直徑更小的鋼纖維C），對UHPC材料的工作性能產生不良影響，從而導致試件的密實度下降，反而使UHPC材料的抗壓強度下降。

3 結論

⑴相同摻量下，摻入長徑比越大的鋼纖維，在配比不調整的條件下，UHPC材料的工作性能越差，而且，直徑越小，影響越明顯。

⑵相同摻量下，摻入長徑比越大的鋼纖維，UHPC材料的抗折強度越高。

⑶鋼纖維長徑比對UHPC抗壓強度的影響并不是與抗折強度相一致，還需要考慮鋼纖維對UHPC材料的綜合影響。

⑷鋼纖維的規(guī)格選擇對UHPC材料性能有較大的影響，在進行UHPC配比設計時需要引起重視，通過適當的選擇，可以實現在滿足性能要求的前提下，降低鋼纖維摻量，降低UHPC材料的成本，促進UHPC材料的應用。