钢纤维混凝土耐磨性影响因素试验研究

肖 卓 琳

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)



钢纤维混凝土耐磨性影响因素试验研究

肖 卓 琳

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

为研究钢纤维掺加方案对钢纤维混凝土耐磨性的影响，对不同体积掺入率和不同长径比的钢纤维混凝土进行耐磨试验，结果表明：钢纤维混凝土的耐磨性随体积掺入率和长径比的增大均呈现出先增强后减弱的趋势，最佳长径比60，最佳体积掺入率在1%～1.5%之间。

水泥混凝土路面，钢纤维混凝土，耐磨性，长径比，体积掺入率

0 引言

在我国经济建设过程中，重载车辆日益增多，许多水泥混凝土路面在高强荷载的频繁作用下磨损严重，出现了脱板、表层混凝土脱落、孔洞等病害[1]。路面的宏观防滑构造被磨损后，路面的抗滑性能降低，对行车安全会造成不利影响[2]。许多专家对如何提高混凝土的耐磨性进行了研究：谢勇成论述了混凝土路面的耐磨机理和影响因素，认为混凝土真空脱水+重复震动+机械抹面的技术可以提高混凝土的耐磨性[2]；陈健、赵志宏等研究了混凝土耐磨剂、细集料和混凝土成型方法对其耐磨性的影响，并研制出一种耐磨性超高的掺耐磨剂混凝土[3]；陈瑜和周士琼通过自行设计的耐磨性试验，得出了粉煤灰掺量、硅粉、水胶比、砂率等因素对道路粉煤灰高性能混凝土的耐磨性的影响规律[4]。

钢纤维混凝土是指在普通混凝土的拌合过程中均匀掺入钢纤维经养护而成的混凝土[5]。由于钢纤维混凝土有着良好的抗折强度和抗弯曲韧性，因而被广泛应用在道路工程中。由文献[1][6]可知，在混凝土中掺入一定量的钢纤维可以提高混凝土的耐磨性，寻找最佳的钢纤维掺入组合来提高混凝土的耐磨性具有工程指导意义。因此，本文对不同体积掺入率和长径比的钢纤维混凝土进行耐磨试验。

1 试验设计

1.1 试验材料

1)钢纤维：采用波纹型扁平剪切纤维，其技术指标见表1。为符合长径比要求，将钢纤维剪断使用。

表1 钢纤维技术指标

2)水泥：采用亚泰集团天鹅牌42.5级普通硅酸盐水泥，其技术参数见表2。

表2 水泥技术指标

3)骨料：细集料采用细度模数为2.78的河砂，粗骨料采用级配为5 mm～29.5 mm的碎石。

4)外加剂：采用XH-1型松香树脂类引气剂和FDN-1型木质素磺酸盐类减水剂。

5)水：哈尔滨市洁净自来水。

1.2 试验配合比

按照参考文献[7][8]所述的钢纤维混凝土的配合比有砂率增大、单位水泥用量较大的特点设计了试验配合比。本试验主要是针对不同掺入率和长径比的钢纤维混凝土进行，共7组试验，每组3块试件，具体配合比见表3。

1.3 试验方法

为准确模拟实际混凝土路面磨损过程中的疲劳磨损和磨粒磨损情况[9]，本试验参照参考文献[4]中提到的水泥混凝土耐磨试验，混凝土试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，养生28 d测试。在混凝土试件的上表面压重物以模拟混凝土路面受汽车荷载时的磨损状态，将试件下表面作为磨削面贴放在磨石机的磨盘上。固定好试件，开动机器，金刚砂在水流的作用下均匀地冲入高速旋转的磨盘，加速后对试件的下表面造成冲击使之破损，每块试件试验10 min。用试件原来质量减去清理后的磨损试件的质量可计算出磨损量，取3块试件磨损量的平均值为该组磨损量[10]。

表3 钢纤维混凝土配合比设计

2 试验结果分析

将混凝土耐磨试验测得的不同钢纤维掺入率和不同长径比的钢纤维混凝土试件磨损量汇总，见图1，图2。

由图1可以看出，随钢纤维体积掺入率的增大，钢纤维混凝土的磨损量呈现出先减小后增大的变化趋势，磨损量最小值出现在1%～1.5%之间。由图2可以看出，钢纤维混凝土的磨损量随长径比的增大亦呈现出先减小后增大的趋势，曲线最低点出现在长径比为60的时候。可见在合适的钢纤维掺入组合下，可以有效提高钢纤维混凝土的耐磨性。

水泥混凝土的磨损是多种磨损形式的组合，最主要的是疲劳磨损和颗粒磨损[2]：疲劳磨损是指混凝土路面在汽车轮胎推压力的反复作用下，混凝土表面承受着拉应力和压应力的交替循环，混凝土路面在硬化过程中由于温度应力、混凝土收缩等因素产生的微裂缝就会在疲劳应力的作用下发展，最终导致表层的局部破损，一些嵌埋较浅的骨料也会随之脱落；颗粒磨损指的是车辆在快速移动中带着坚硬的颗粒相对移动，将其压入混凝土表面，使混凝土在外力作用下破损。

将钢纤维掺入混凝土中，当钢纤维的掺入组合良好时，其在混凝土中乱向均匀分布，增强了混凝土的整体性，提高了混凝土的强度和抗变形能力，从而减弱了混凝土的颗粒磨损，此外，钢纤维连接混凝土各部分，并将受到的力传递给与之接触的混凝土，起到分散外力的作用，并有效阻碍了混凝土内部裂缝形成与发展[11]，弱化了混凝土的疲劳磨损作用，因此会造成钢纤维混凝土耐磨性的提高。若钢纤维掺入组合不良，钢纤维掺入率和长径比过大，钢纤维在混凝土内部不能均匀分布，传递外力和阻碍裂缝的效果较差，甚至于相互重叠影响了砂浆与骨料的粘结，反而会降低混凝土的整体性、强度和抗变形能力，因而会造成钢纤维混凝土耐磨性的减弱。

3 结语

通过对不同纤维掺入率和不同长径比的钢纤维混凝土进行耐磨试验，可以得到以下结论：钢纤维混凝土的耐磨性随体积掺入率和长径比的增大均呈现出先增强后减弱的趋势，最佳长径比60，最佳体积掺入率在1%～1.5%之间，说明在适当的钢纤维掺入组合可以提高钢纤维混凝土的耐磨性。在实际工程中，钢纤维掺入时应合理配比以提高混凝土路面的耐磨性，延长其使用性能。

[1] 石振武，解 飞.基于响应面分析法的钢纤维混凝土耐磨性试验研究[J].公路交通科技，2015(7):23-27.

[2] 谢勇成.提高水泥混凝土路面的耐磨技术[J].国外公路,1998(1):33-38.

[3] 陈 健,赵志宏,张苏东.耐磨混凝土及其应用研究[J].混凝土与水泥制品,2001(4):16-18.

[4] 陈 瑜,周士琼.道路粉煤灰高性能混凝土耐磨性试验研究[J].公路,2000(11):49-52.

[5] 王 辉，廖晨彦.钢纤维混凝土的性能研究与应用[J].科技致富向导，2010(20):47,94.

[6] 杨 林,李 明.钢纤维增韧聚合物混凝土耐磨性试验研究[J].安徽建筑,2016(2):247-249.

[7] 赵顺波,杜 晖,钱晓军,等.钢纤维高强混凝土配合比直接设计方法研究[J].土木工程学报,2008,41(7):1-6.

[8] AGGELIS.D.G,SOULIOTI.D.V,BARKOULA.N.M,et al.Influence of Fiber Chemical Coating on the Acoustic Emission Behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete[J].Cement and Concrete Composites,2012,34(1):62-67.

[9] VANCURA.M,KHAZANOVICH.L,TOMPKINS.D.Reappraisal of Recycled Concrete Aggregate as Coarse Aggregate in Concretes for Rigid Pavements[J].Transportation Research Record，2009(2113):149-155.

[10] JTG E30—2005，公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].

[11] 秦鸿根，孙 伟.钢纤维混凝土耐磨特性及机理分析[J].混凝土与水泥制品，1993(4):10-13.

Experimental study on influence factors of abrasion resistance of steel fiber reinforced concrete

Xiao Zhuolin

(SchoolofCivilEngi.,NortheastForestryUniv.,Harbin150040,China)

In order to study the influence of the steel fiber adding scheme on the wear resistance of steel fiber reinforced concrete, wear resistance test of steel fiber reinforced concrete with different volume mixing ratio and different length to diameter ratio were carried out, the experimental results show that the wear resistance of the steel fiber reinforced concrete shows the trend of first increase and then decrease with the increase of the volume ratio and the ratio of the length to diameter, the best ratio of length to diameter is 60, and the optimum volume mixing ratio is between 1%～1.5%.

cement concrete pavement, steel fiber reinforced concrete, abrasion resistance, ratio of length to diameter, volume mixing ratio

1009-6825(2016)31-0119-02

2016-08-21

肖卓琳(1996- )，女，在读本科生

TU528.572

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