[摘要] 本文采用页岩陶粒轻骨料，配制出28d抗压强度为64.6M Pa的高强轻骨料混凝土，并研究膨胀剂和弓形钢纤维增强该混凝土的效果。试验结果表明，在带模养护条件下，膨胀剂在一定掺量内可小幅增强该混凝土；而钢纤维可明显增强该混凝土，且随体积掺量的提高而效果显著；在同时掺入膨胀剂和钢纤维时，可产生协同增效效果，使该混凝土的抗压、抗折及劈裂抗拉强度均有更显著的增长。
[关键词] 膨胀剂；高强；轻骨料混凝土；钢纤维；增强
[中图分类号] TU528.42.4 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1002-3550-(2006)05-0035-03
1 前言
随着高层和超高层建筑的建设及大尺寸与大跨度混凝土结构的应用，对混凝土的高强度、轻质量和高柔韧性的要求日益提高。因此，对于高强度轻骨料混凝土而言，最近几年有着广泛的研究和应用。但是，高强度轻骨料混凝土的抗拉强度较低，并具有易脆性，阻碍了混凝土结构的使用[1-2]。而把钢纤维加入到高强度轻骨料混凝土中，对于提高混凝土的各种性能，尤其对于提高拉压比、抗震阻力和抗裂性能等有重要的影响[3]。此外，在混凝土中掺入膨胀剂，其膨胀组分能使混凝土产生体积膨胀，由此可抵消混凝土的干缩变形或使混凝土产生预应力，使结构减少开裂或使抗拉性能可得到有效的改善。而将钢纤维和膨胀剂同时掺入到高强轻骨料混凝土中，来研究协同增强效果，在国内尚未开展。因此本文采用页岩陶粒轻骨料，配制出高强轻骨料混凝土；并在此基础上，研究了膨胀剂和钢纤维对该高强混凝土基体的增强效果。
2 试验及分析
2.1 试验用原材料
胶凝材料：秦岭P·O42.5R 水泥，其3d 和28d 强度见表1；硅灰，青海山川铁合金股份有限公司生产，堆积密度210 kg/m 3,密度2.23g/cm 3，其化学成分见表2。砂：沣河中砂，堆积密度1450 kg/m 3,表观密度2620kg/m 3,细度模数2.52；含泥量0.3% 。
外加剂：自配，掺量2% ，减水率30% 。
轻骨料：页岩陶粒，湖北宜昌生产，堆积密度805kg/m 3，表观密度1660kg/m 3，最大粒径20m m ，1h 吸水率7.0% ，筒压强度8.1M Pa。
膨胀剂：陕西西安交红精细化工有限责任公司建筑外加剂厂生产的交红牌AEA- 2型膨胀剂。
钢纤维：加密克斯弓形钢纤维，上海贝尔卡特—二钢有限公司生产，型号RC—65/35—BN，直径0.53m m ~0.57m m ，抗拉强度1145M Pa~1545M Pa，长度32.0m m ~38.0m m ，平均长径比
63.6。
2.2 混凝土的配合比、拌制和测试
2.2.1混凝土的配合比为使水泥基体的强度足够高，将水胶比控制在0.27～0.28，并掺入胶凝材料总质量9% 的硅灰。硅灰的掺入，除可提高水泥石基体强度外，还可以协同提高钢纤维的增强效应[4]。
注：未掺钢纤维和膨胀剂时混凝土的表观密度为实测值，其余为计算值。
膨胀剂掺量为内掺10% 、15% 和20% ；钢纤维掺量为体积掺量1% 和2% 。在计算及试配的基础上，得到配合比如表3。
2.2.2 混凝土的拌制
混凝土的搅拌及成型：首先把胶凝材料、钢纤维、细骨料和粗骨料搅拌约3 分钟，再加入水和外加剂拌和5 分钟。将混凝土拌合物装入钢模，在振动台上振捣并压实，放入标养室带模
标养，待7d 或28d 拆模后测强度。
2.2.3 强度的测试
测试抗压强度和劈裂抗拉强度用100m m ×100m m ×100m m 试件；测试抗折强度用100m m ×100m m ×400m m 试件。在不同龄期分别测试抗压、抗折和劈裂抗拉强度，抗压强度实测值乘以0.95 折算，抗折强度和劈裂抗拉强度实测值乘以0.85 折算。
2.3 膨胀剂和钢纤维对混凝土增强效果
2.3.1 膨胀剂对混凝土的增强效果
在参照膨胀剂试验方法的情况下，按表3 中的配比（不加轻粗骨料和钢纤维），不同掺量下的膨胀率见表4。
从表4 可见，膨胀剂的膨胀效应在7d 已经基本达到，28d的膨胀率增幅很小；膨胀剂的掺量增大，胶砂试件膨胀率增大，但膨胀剂掺量20% 时的膨胀率较掺量15% 时膨胀率增幅较小。
在配制出的高强轻骨料混凝土中内掺入10% 、15% 和20% 的膨胀剂，混凝土不同龄期的抗压、抗折和劈裂抗拉强度值及膨胀剂的增强效果如表5 所示。
从表5 中可见，膨胀剂除在20% 掺量时，对该轻骨料混凝土的7d 抗压强度有负面影响外，在10% ～20% 掺量范围内，对强度均有小幅的增强效果；且在15% 掺量下效果最好，在10%时次之，在20% 时最小。这主要是膨胀剂与水泥发生水化反应生成膨胀性的钙矾石，在带模的约束养护下，使混凝土内部更加致密，也可能提高了水泥石/ 骨料的界面强度。这种增强效果在0% ～15% 范围内，随膨胀剂掺量增大而效果提高。但是，因为高强轻骨料混凝土的强度主要取决于粗轻骨料的强度，所以，膨胀剂对混凝土的增强效果并不显著；又因为，在膨胀剂内掺20% 情况下，水泥和硅灰的份额减少，所以致使内掺膨胀剂20% 时混凝土的强度较15% 时有一定的降低。
2.3.2 钢纤维对混凝土的增强效果
在高强轻骨料混凝土中掺入1% 和2% (体积掺量) 的钢纤维，对混凝土不同龄期的抗压、抗折和劈裂抗拉强度值均有不同程度的提高，如表6 所示。从表6 可见，体积掺量1% 和2% 的弓形钢纤维可以使混凝土的28d 的抗压强度提高了6% 和18% ，抗折强度提高了33% 和63% ，劈裂抗拉强度提高了58% 和102% ，增强效果显著。
钢纤维对抗压强度的增强效果，表现在在抗压过程中可以阻止裂缝的发展，从而增强混凝土的极限抗压强度。在钢纤维小于2% 的体积掺量范围内，混凝土抗压强度随钢纤维掺量的增加而增加。但是增长率一般在20% 以内，并不能大幅度使抗压强度得以提高。
对混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度的增强效果，主要是源于钢纤维接受基体通过界面粘结力传递的荷载，可以约束裂缝的延伸和横贯裂缝传递内力，这时钢纤维与基体作为整体共同承担荷载，使承载能力显著提高。当钢纤维与混凝土基体之间的界面粘结强度达到极限时，此时钢纤维从纤维锚固最短、受力最大的裂缝处开始，依次从基体中拔出，钢纤维混凝土的承载能力逐渐减少直至破坏。因此，钢纤维的掺量越大，对裂缝的约束作用和传递内力的作用越强，且破坏时由于纤维拔出所消耗的能量也越大，所以增强效果越好。而且，钢纤维对劈裂抗拉强度的增强效果要优于对抗折强度的增强效果。
2.3.3 膨胀剂与钢纤维对混凝土的协同增强效果
膨胀剂和钢纤维单独掺入高强轻骨料混凝土中均能起到增强效果，而在混凝土中同时掺入膨胀剂和钢纤维时，产生了更加显著的协同增强效果，
详见表7 和表8。由表7 可见，由于膨胀剂和钢纤维的同时掺入，使增强效果更加显著，如28d 龄期时混凝土的抗压强度最大可达82.7M Pa，抗折强度可达14.0 M Pa，劈裂抗拉强度可达11.0 M Pa，与基准的相应对比率为128% 、187% 和244% 。
由表8 可见，膨胀剂和钢纤维产生的协同增强效果较理论情况（见注释）有了更大的提高，产生了明显的协同作用。这主要是因为混凝土中的钢纤维可以限制基体的变形，包括干缩或膨胀[5]。在掺入膨胀剂后，混凝土基体会产生一定量的膨胀，而带模养护和钢纤维的掺入约束了这种膨胀，致使混凝土更加密实，使水泥石与粗骨料界面、钢纤维与基体界面的强度都可能得到了增强，因此表现出明显的协同增强效果。
3 结论
（1）在带模养护条件下，一定量的膨胀剂和钢纤维单独掺
入高强轻骨料混凝土时，均能起到一定的增强效果，其中膨胀剂的增强效果较小，而钢纤维增强效果较大，且随体积掺量的增大，效果显著。
（2）膨胀剂和钢纤维同时掺入到高强轻骨料混凝土时，由于带模养护和钢纤维的掺入约束了混凝土基体的膨胀变形，而起到了协同增强的效果，使混凝土的强度得到了进一步的提高。
[参考文献]
[1]秦国新.CL50高强度轻骨料混凝土大跨度现浇结构中的应用[J].混凝土与水泥制品,2000,(5).
[2]戴竞.轻骨料混凝土桥的现状与发展[J].公路，2002,(12).
[3]张晓峰.钢纤维对轻骨料混凝土剪力墙抗震性能的影响[J].建筑技术开发,1998,(12).
[4]HandongYan,W eiSunand HuisuChen.Theeffectofsilicafum eand steelfiber on the dynam ic m echanicalperform ance of high-strengthconcrete[J].Cem entandConcreteResearch,1999,29(3):423-426
[5] O.Kayali,M .N.Haque and B.Zhu.Som e characteristics of highstrengthfiberreinforcedlightweightaggregateconcrete[J].Cem entandConcreteCom posites,2003,25(2):207-213
[作者简介] 李国新(1975-)，男，讲师，在读博士研究生，主要研究方向为建材材料。
[单位地址] 陕西西安雁塔路13号西安建筑科技大学材料学院建材研究所(710055)
[联系电话] 13572113139 E-m ail:liguoxin0315@ 126.com
[收稿日期] 2005-08-03
