鋼纖維混凝土的配合比設(shè)計(jì)

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l—2鋼纖維混凝土的配合比設(shè)計(jì)

鋼纖維混凝土雖已在各種工程領(lǐng)域得到較廣泛的應(yīng)用，但對(duì)鋼纖維混凝土拌合料的配合比設(shè)計(jì)，尚未建立起合理而成熱的設(shè)計(jì)方法。國外有關(guān)學(xué)者，曾介紹過關(guān)于鋼纖維混凝土配合比方面的資料，提出一些參考用表和經(jīng)驗(yàn)配合比。國內(nèi)有關(guān)單位”，曾提出要以抗折強(qiáng)度為指標(biāo)進(jìn)行鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)，并通過試驗(yàn)，建立抗折強(qiáng)度與各主要影響因素之間量的關(guān)系，有利于配合比的設(shè)計(jì)。但多數(shù)仍按普通水泥混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法，以混凝土的抗壓強(qiáng)度確定拌合料的配合比，只是適當(dāng)調(diào)整砂率、用水量和水泥用量。按此確定配合比時(shí)，為了獲得較高的抗折強(qiáng)度，勢(shì)必使抗壓強(qiáng)度也相應(yīng)提高，這是不必要的。鋼纖維混凝土配合比的設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)對(duì)鋼纖維混凝土的使用要求和鋼纖維混凝土配合比的特點(diǎn)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

1-2-11-2-1鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)的要求和特點(diǎn)

一、鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)的要求

鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)的目的是將其組成的材料，即鋼纖維、水泥、水、粗細(xì)骨料及外摻劑等合理的配合，使所配制的鋼纖維混凝土應(yīng)滿足下列要求:

1.滿足工程所需要的強(qiáng)度和耐久性。對(duì)建筑工程一般應(yīng)滿足抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的要求對(duì)路(道)面工程一般應(yīng)滿足抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的要求。

2.配制成的鋼纖維混凝土拌合料的和易性應(yīng)滿足施工要求。

3．經(jīng)濟(jì)合理。在滿足工程要求的條件下，充分發(fā)揮鋼纖維的增強(qiáng)作用，合理確定鋼纖

維和水泥用量，降低鋼纖維混凝土的成本。

二、鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

鋼纖維混凝土的配合比設(shè)計(jì)與普通水泥混凝土相比，其主要特點(diǎn)是：

　1.在水泥混凝土的配合拌合料中摻入鋼纖維，主要是為了提高混凝土的抗彎、抗拉、抗疲勞的能力和韌性，因此配合比設(shè)計(jì)的強(qiáng)度控制，當(dāng)有抗壓強(qiáng)度要求時(shí)，除按抗壓強(qiáng)度控制外，還應(yīng)根據(jù)工程性質(zhì)和要求，分別按抗折強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度控制，確定拌合料的配合比，以充分發(fā)揮鋼纖維混凝土的增強(qiáng)作用，而普通水泥混凝土一般以抗壓強(qiáng)度控制(道路混凝土以抗折強(qiáng)度控制)來確定拌合料的配合比。

2．配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮摻人拌合料中的鋼纖維能分散均勻，并使鋼纖維的表面包滿砂漿，以保證鋼纖維混凝土的質(zhì)量。

3．在拌合料中加入鋼纖維后，其和易性有所降低。為了獲得適宜的和易性，有必要適當(dāng)增加單位用水量和單位水泥用量。

1-2-2鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)原理與方法。

鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本方法是建立在鋼纖維混疑土拌合料的特性及其硬化后的強(qiáng)度基礎(chǔ)上的。其主要目的是根據(jù)使用要求，合理確定拌合料的水灰比，鋼纖維體積率、單位用水量和砂率等四個(gè)基本參數(shù)，由此，即可計(jì)算出各組成材料的用量。

在確定基本參數(shù)時(shí)，既要滿足抗壓強(qiáng)度要求，又要符合抗折強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度要求，以及和易性、經(jīng)濟(jì)性要求。

試驗(yàn)表明，鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度與水泥標(biāo)號(hào)；水灰比、鋼纖維體積率和長徑比、砂率、用水量等因素有關(guān)，其中水灰比和水泥標(biāo)號(hào)對(duì)抗壓強(qiáng)度影響最大，其他因素影響較小。即鋼纖維體積率和長徑比、水泥標(biāo)號(hào)卻對(duì)抗折強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度影響最大，砂率和用水量對(duì)和易性影響較大。因此，采用以抗壓強(qiáng)度與水灰比，水泥標(biāo)號(hào)的關(guān)系來確定水灰比，然后用抗折強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度確定體積率。由此確定的配合比，既能滿足抗壓強(qiáng)度要求，又能滿足抗折強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度要求，在初步確定水灰比和體積率后，再根據(jù)和易性要求確定砂率和用水量。由此可初步確定計(jì)算配合比。

由于配制鋼纖維混凝土原材料品種、類型的差異和施工條件的不同，在實(shí)際工程中，其配合比的設(shè)計(jì)，一般是在初步計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過試驗(yàn)和結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的條件調(diào)整確定。

一、一、水灰比的確定

由于鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度，主要取決于水泥石的強(qiáng)度及其與骨科間的粘結(jié)力。水泥的強(qiáng)度及其

與骨料間的粘結(jié)力又主要取決于水泥標(biāo)號(hào)和水灰比的大小，而鋼纖維的體積率和長徑比對(duì)抗壓強(qiáng)度影響不大(僅可提高抗壓強(qiáng)度的5％～10％)。因此，鋼纖維混凝土的水灰比，可按普通水泥混凝土抗壓強(qiáng)度與水泥標(biāo)號(hào)、水灰比的關(guān)系式(1-3)求得。

　　　　　　　　　　　　　fcu=ARC（C/W-B）(1-3)

式中　fcu―――鋼纖維混凝土試配拉壓強(qiáng)度（Mpa）;

RC―――水泥實(shí)測(cè)28d的抗壓強(qiáng)度（Mpa），在無法取得水泥的實(shí)例抗壓強(qiáng)度資料時(shí)，可按水泥標(biāo)號(hào)乘以水泥富余系數(shù)1.13計(jì)算；

C/W―――鋼纖維混凝土所要求的灰水比；

A、A、B―――經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。當(dāng)粗骨料為碎石時(shí)，A＝0.46，　B＝0.52；　為礫石時(shí)，A＝0.48，　B＝0.61。

鋼纖維混凝土的試配抗壓強(qiáng)度，可按式（1-4）確定；

fcu=fcu+Zσ1(1-4)

式中　fcu―――鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度（Mpa）;

Z―――保證率系數(shù)

σ1―――抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差（Mpa）。

保證率系數(shù)的大小，應(yīng)根據(jù)工程的重要程度，按保證率的要求，可根據(jù)表1-4確定。強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，可由施工單位統(tǒng)計(jì)資料確定。若無統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，鋼纖維混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為CF25-30時(shí)，σ1＝5.0（Mpa）;　CF35-CF60時(shí)，σ1＝6.0Mpa。

保證率與保證率系數(shù)關(guān)系　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1-4

保證率（%）

80

85

90

95

98

保證率系數(shù)Z

0.84

1.04

1.28

1.64

2.05

根據(jù)試配拉壓強(qiáng)度、粗骨料狀況及水泥的標(biāo)號(hào)代入式（1-3），即可求得水灰比。

通常，滿足抗壓強(qiáng)度要求時(shí)，其耐久性也能滿足。但對(duì)于嚴(yán)寒冰凍地區(qū)，其最大水灰比、最小水泥用量等應(yīng)按有關(guān)規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。在最后確定水灰比時(shí)，應(yīng)將強(qiáng)度或耐久性要求的水灰比作比較，選定較小者為設(shè)計(jì)水灰比。鋼纖維混凝土的水灰比一般為0.45-0.50，對(duì)于有耐久性要求時(shí)，一般不大于0.50。

二、二、鋼纖維體積率的確定

1.1.對(duì)于有抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度要求時(shí)，鋼纖維體積率的確定

（1）（1）度和和由抗壓強(qiáng)度確定的水灰比及水泥抗折強(qiáng)度確定鋼纖維體積率

　　　　經(jīng)空軍工程設(shè)計(jì)研究局等單位的145組試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合回歸分析，鋼纖維混凝土抗折強(qiáng)度與水灰比、鋼纖維體積率、長徑比及水泥的抗折強(qiáng)度有如下關(guān)系：

fcu=Rtm(0.12C/W+0.31+βtmρfιτ/df)(1-5)

式中　fcu―――鋼纖維混凝土試配抗折強(qiáng)度（Mpa）;

Rtm―――實(shí)測(cè)28d的水泥抗折強(qiáng)度（Mpa），可由水泥廠提供的水泥試驗(yàn)報(bào)告單查得。當(dāng)無實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，可按水泥的抗折標(biāo)號(hào)乘以富裕系數(shù)1.13計(jì)；

　　　C/W―――鋼纖維混凝土所要求的灰水比；

　　βtm―――不同品種鋼纖維對(duì)抗折強(qiáng)度的影響系數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)回歸分析結(jié)果，βtm值列于表1-5。

　　　　　　　　　　　　　　βtm值表　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1-5　

鋼纖維類型

βtm

fcu計(jì)/fcu試

組數(shù)η

平均值μ

標(biāo)準(zhǔn)差α

離散系數(shù)δ

切割型

0.30

32

1.004

0.126

0.125

熔抽型

0.32

39

1.012

0.116

0.115

剪切型

0.62

74

0.980

0.086

0.088

注：熔抽型鋼纖維長度為25mm。

　　公式（1-5）適用于水泥標(biāo)號(hào)為425和525號(hào)水泥，水灰比0.4-0.6，中秒，砂率為40%-60%，碎石粒

徑為5-20mm，鋼纖維體積率0.5-2.5%，長徑比為40-100。

　　鋼纖維混凝土試配抗折強(qiáng)度可按式（1-6）計(jì)算：

　　　　　　　　　　　　　　fcu=fcu+Zσ2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?-6）

式中　fcu―――鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度（Mpa）；

　　　　　　　Z―――保證率系數(shù)；

　　　　σ2―――鋼纖維混凝土抗折強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。

　　試配抗強(qiáng)度也可根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定，由設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度乘以提高系數(shù)1.10-1.15計(jì)算。

　　由式（1-5）可知，當(dāng)已知鋼纖維混凝土的試配抗折強(qiáng)度、水灰比、水泥抗折強(qiáng)度及鋼纖維的品種

后，即可求得鋼纖維的體積率。確定體積率時(shí)，在滿足強(qiáng)度要求的原則下，必須考慮經(jīng)濟(jì)性和便于施工，

盡量減少鋼纖維的用量，必要時(shí)可適當(dāng)調(diào)整水灰比，以求得合適的體積率。

　?。?）根據(jù)抗折強(qiáng)度和由抗壓強(qiáng)度確定的水灰比及水泥抗壓強(qiáng)度，也可按式（1-7）確定剪切鋼纖維

的體積率。

　　根據(jù)東南大學(xué)試驗(yàn)結(jié)果，剪切鋼纖維混凝土的抗折強(qiáng)度與水泥比，體積率、長徑比以及水泥抗壓強(qiáng)

度有如下關(guān)系：

　　　　　　　　　　fcu=Rc(0.0802C/W+0.08ρfιτ/df–0.0801)(1-7)

式中　　fcu―――鋼纖維混凝土試配抗折強(qiáng)度（Mpa）；

　　　　Rc―――實(shí)測(cè)28d的水泥抗壓強(qiáng)度（Mpa）；

　　　　C/W―――鋼纖維混凝土所要求的灰水比；

　　若已知鋼纖維混凝土的抗折強(qiáng)度、水灰比、水泥抗壓強(qiáng)度及鋼纖維長徑比，按式（1-7）即可求得

剪切鋼纖維的體積率。

2.對(duì)有抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度要求時(shí)，鋼纖維體積率的確定

根據(jù)文獻(xiàn)，鋼纖維混凝土抗拉強(qiáng)度與其基體混凝土抗拉強(qiáng)度、鋼纖維體積率、長徑比有下列關(guān)系：

　　　　　　　　　　　ft=t(1+αtρfιf/df)(1-8)

式中　　ft―――鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度（Mpa）；

　　　　t―――根據(jù)鋼纖維混凝土強(qiáng)度等級(jí)按現(xiàn)行有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范確定的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度（Mpa）;

αt―――鋼纖維對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響系數(shù)。當(dāng)無試驗(yàn)資料時(shí)，對(duì)鋼纖維混凝土強(qiáng)度等級(jí)為CF20-CF40，圓直型和熔抽型（ιf＜35m＝鋼纖維，αt為0.36，剪切型和熔抽型（ιf＞35mm）鋼纖維，αt為0.47。

式（1-8）中，如果已知ft、t和鋼纖維的品種，即可求得體積率ρf。若式中t為未知時(shí)，則可按式

（1-9）求得t：

　　　　　　　　t＝0.17fcu2/3（1-1.645δ）(1-9)

式中　　fcu―――鋼纖維混凝土的試配抗壓強(qiáng)度（Mpa）；

　　　　　δ―――離散系數(shù)

　　鋼纖維的體積率一般為0.5-2.0%。

一、三、鋼纖維混凝土單位體積用水量和水泥用量的確定

在水灰比保持一定的條件下，單位體積用水量和鋼纖維體積率是控制拌合料和易性的主要因素，用水量的確定應(yīng)使拌合料達(dá)到要求的和易性、便于施工為準(zhǔn)。鋼纖維混凝土的和易性，按維勃稠度控制，一般以15-30s為宜。

由于影響單位體積用水量的因素較多，選用的原材料差異，因而用水量也有不同。在實(shí)際應(yīng)用中，

可通過試驗(yàn)或根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)確定。也可根據(jù)材料品種規(guī)格、鋼纖維體積率、水灰比和稠度參照表1-6和表1-7選用。

半干硬性鋼纖維混凝土單位體積用水量選用表　　　　　　　　　　表1-6

拌合料條件

維勃稠度（s）

單位體積用水量（kg）

ρf＝1.0%

碎石最大粒徑10-15mm

W/C=0.4-0.5

中砂

10

195

15

182

20

175

25

170

30

166

表1-6中，若碎石的最大粒徑為20mm，則單位體積用水量可相應(yīng)減少5kg；當(dāng)粗骨料為卵石時(shí)，則單位體積用水量可相應(yīng)減少10kg；當(dāng)鋼纖維體積率每增減0.5%，單位體積用水量相應(yīng)增減8kg。

　　　　　　　塑性鋼纖維混凝土單位體積用水量選用表　　　　　　　　　　　表1-7

拌合料條件

骨料品種

骨料最大粒徑（mm）

單位體積用水量（kg）

ιf/df＝50

ρf＝0.5%

坍落度為20mm

W/C=0.4-0.5

中砂

碎石

10-15

235

20

220

卵石

10-15

225

20

205

表1-7中，坍落度變化范圍為10-50mm時(shí)，每增減10mm，單位體積用水量相應(yīng)增減7kg；鋼纖維體積率每增減0.5%，單位體積用水量可增減8kg；當(dāng)鋼纖維長徑比每增減10，則單位體積用水量相應(yīng)增減10kg。

當(dāng)拌合料中摻入外加劑或摻合料時(shí)，其摻量和單位體積用水量應(yīng)通過試驗(yàn)確定。

在確定水灰比W/C和單位體積用水量W0以后，即可按式（1-10）求得單位體積水泥用　量C0

　　　　　　　　　　　　　　C0＝W0xC/W(1-10)

鋼纖維混凝土中，由于包裹鋼纖維和粗細(xì)骨料表面的水泥漿用量普通混凝土多，因而單位體積水泥用量較大。鋼纖維混凝土單位體積水泥用量為360-450kg，根據(jù)強(qiáng)度和鋼纖維體積率而定，當(dāng)體積率較大時(shí)，單位體積水泥用量適當(dāng)也增加，但一般不應(yīng)大于500kg。

二、四、鋼纖維混凝土砂率的確定

砂率是砂重占砂石總重量的百分率。由于砂的粒徑比石料小，砂率的變化，會(huì)使骨料的總表面積有

較大的變化，對(duì)拌合料的和易性和質(zhì)量有較大的影響，因此必須選好砂率。

影響砂率的主要因素

（1）（1）骨料的品種和最大粒徑，碎石比卵石需要砂率大些，石料最大粒徑小，則全部石料的

空隙率就大，砂率需要大。

（2）（2）鋼纖維體積率和長徑比大，則鋼纖維的表面積大，需要砂率也是大些。

（3）（3）砂的細(xì)度模數(shù)較小時(shí)，因砂中細(xì)顆粒較多，拌合料的粘聚性容易得到保證，故砂率采用較小

值。

（4）（4）水灰比較小，水泥漿較稠時(shí)，可采用較小砂率。

（5）（5）在拌合料中，若摻入減水劑、加氣劑時(shí)，可適當(dāng)減小砂率。

由于影響砂率的因素較多，因此砂率可通過試驗(yàn)或根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)確定，也可根據(jù)所用材料的品種規(guī)格、鋼纖維體積率、水灰比等因素，按表1-8選用，然后再通過拌合物和易性試確定。試驗(yàn)表明，當(dāng)使用中砂時(shí)（細(xì)度模數(shù)2.3-3.0）鋼纖維混凝土的砂率一般為40%-50%。砂率在此范圍內(nèi)變化，對(duì)強(qiáng)度影響不大，對(duì)和易性有一定的影響。砂率可按（1-11）式計(jì)算：

　　　　　　　　鋼纖維混凝土砂率選用表（%）　　　　　　　　　　　　　　　表1-8

拌合料條件

最大粒徑20mm的碎石

最大粒徑20mm的卵石

ιf/df＝50，　ρf＝1.0%

W/C=0.5,砂細(xì)度模數(shù)3.0

50

45

ιf/df增減10

±5

±3

ρf增減0.5%

±3

±3

W/C增減0.1

±2

±2

砂細(xì)度模數(shù)增減0.1

±1

±1

　　　　　　　　　　　　　Sp%＝S0/(S0+　G0)x100%　　　　　　　　　（1-11）

式中　Sp―――砂率；

S0―――砂的單位體積用量（kg/m3）；

G0―――石子的單位體積用量（kg/m3）；

三、五、單位體積內(nèi)砂、石用量的確定

在上述基本參數(shù)確定后，可用絕對(duì)體積法或假定密度法求得單位體積的砂、石用量。

1.絕對(duì)體積法

鋼纖維混凝土的體積是各組成材料絕對(duì)體積的總和為1m3，即：

　　　W0/γw+F0/γf+C0/γc+S0/γs+G0/γg+10α=1000(1-12)

式中　　W0、F0、C0、S0、G0―――分別為1m3鋼纖維混凝土中水、鋼纖維、水泥、砂和石子和重量（kg/m3）；

　　　　γw、γf、γc、γs、γg―――分別為水、鋼纖維、水泥、砂和石子的密度（g/cm3）；

　　　　α―――鋼纖維混凝土含氣量百分?jǐn)?shù)（%），在不使用引氣型外加劑時(shí)，石子最大粒徑為20mm，α可取2。

公式（1-12）中，γw可取1.0g/cm3，γf可取7.8g/cm3，γc是普通硅酸鹽水泥的密度約為3.1g/cm3，γs和γg通過實(shí)測(cè)確定。

由式（1-12）可計(jì)算出砂、石的總重量，再由已知砂率可分別求出砂、石單位體積重量。

至此，鋼纖維混凝土各組成材料用量已確定，即得到計(jì)算配合比。計(jì)算配合比的表示法為：

（1）（1）1m3鋼纖維混凝土中各組成材料用量（kg）；

（2）（2）鋼纖維混凝土中水泥、水、砂、石用量比例（以水泥用量為1的重量比）和鋼纖維體積率：

　　　　　　　　　　水泥?。骸∷。荷啊。菏?：W0/C0?。篠0/C0?。篏0/C0.ρf

2.假定密度（容量）法

假定鋼纖維混凝土的密度為γfc，則

　　　　　　　　　　C0?。0　＋　W0?。0?。0?。?gamma;fc（kg/m3）(1-13)

試驗(yàn)表明，鋼纖維混凝土的密度一般約為2450kg/m3。根據(jù)假定的密度和已確定的參數(shù)，由式（1-13）可計(jì)算出單位體積中砂、石的總重量。再按砂率可分別求得砂、石的用量，即

　　　　　　　　　　G0＋S0?。?gamma;fc―W0―C0―F0

　　　　　　　　　　　　　　S0＝（G0＋S0）x　Sp

G0＝（G0＋S0）―S0

至此，各材料用量即可確定。此法計(jì)算較簡單，便于應(yīng)用。

四、六、配合比調(diào)整和強(qiáng)度檢驗(yàn)

以上確定的各材料配合比為計(jì)算配合比，由于在實(shí)際工程中所用材料情況往往有變化，影響鋼纖維

混凝土性能的因素又較多，因此按照上述方法得到的配合比，僅是初步確定的配合比，為了符合實(shí)際，還需要經(jīng)試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整以及通過強(qiáng)度檢驗(yàn)。通過試樣進(jìn)行拌合料的性能試驗(yàn)，檢查其稠度、粘聚性、保水性是否滿足施工要求，若不滿足則應(yīng)在基本保持水灰比和鋼纖維體積率不變的條件下，調(diào)整單位體積用水量或砂率，直到滿足要求為止，并據(jù)此確定用于強(qiáng)度試驗(yàn)的基準(zhǔn)配合比。

鋼纖維混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)工程要求，分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度或抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的

試驗(yàn)。每種強(qiáng)度試驗(yàn)至少應(yīng)采用三種不同配合比；其中一種為基準(zhǔn)配合比，當(dāng)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，雖兩種配合比的水灰比應(yīng)比基準(zhǔn)配合比分別各增減0.05；當(dāng)進(jìn)行抗折強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，另兩種配合比的鋼纖維體積率應(yīng)比基準(zhǔn)配合比分別各增減0.2%。改變水灰比或鋼纖維體積率時(shí)，單位體積用水量應(yīng)保持不變，可通過調(diào)整砂率來操持拌合料的稠度不變。共配制三種配合比，經(jīng)試拌并制作三組試塊。制作鋼纖維混凝土試塊時(shí)，應(yīng)測(cè)定其拌合料的稠度、粘聚性、保水性質(zhì)量密度。

根據(jù)強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)得水灰比與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，可求得與試配抗強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的水灰比，根據(jù)鋼纖維體積率與抗折強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度的關(guān)系，可求得試配抗折強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的鋼纖維體積率。由此確定的配合比為試驗(yàn)室配合比。如有抗凍、抗?jié)B等性能要求，還需另作專門試驗(yàn)檢查。

試驗(yàn)室配合比一般是干燥材料為主，而工地現(xiàn)場(chǎng)的砂、石材料大都含有一定的水分，因此試驗(yàn)室配合比還需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)材料情況加以調(diào)整，調(diào)整后的配合比叫施工配合比，以此配合比指導(dǎo)和控制現(xiàn)場(chǎng)施工。

［例　1-1］某道路工程，要求鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)CF30，鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度6.7MPA,強(qiáng)度保證率85%，維勃稠度VB=12(S)。采用剪切型鋼纖維，長徑比60；水泥425號(hào)普通硅酸鹽水泥，實(shí)測(cè)抗折強(qiáng)度7.2MPA，密度3.1g/m3；細(xì)集料為中砂，細(xì)度模數(shù)2.50，密度2.65g/m3；粗集料為碎石，粒徑5-20mm，密度2.70g/m3。試設(shè)計(jì)該工程的鋼纖維混凝土的配合比。

解　（1）確定鋼纖維混凝土的試配強(qiáng)度

根據(jù)該工程的強(qiáng)度保證率85%，由表1-4得保證率系數(shù)1.04，CF30抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差5.0MPA，抗折強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差0.6MPA，按式（1-4），求得鋼纖維混凝土試配抗壓強(qiáng)度：

　　　　　　fcu=fcu+Zσ1＝30＋1.04　x5.0=35.2Mpa

按式（1-6），求得鋼纖維混凝土試配抗折強(qiáng)度

　　　　　　fcu=fcu+Zσ2＝6.7＋1.04x0.6=7.32Mpa

(2)確定水灰比

按式（1-3）求得鋼纖維混凝土水灰比

　　　　　　fcu＝ARc(C/W-B)=0.46Rc(C/W-0.52)

W/C=0.46X42.5X1.13/(35.2+0.46X0.52X42.5X1.13)=0.47

因W/C=0.47<0.50,滿足耐久性要求。< p="">

（3）（3）確定鋼纖維體積率和單位體積用量

按式（1-5），將求得的水灰比及有關(guān)參數(shù)代入計(jì)算，可得鋼纖維體積率ρf:

因?yàn)椤　cu＝Rtm(0.12C/W+0.31+βtmρfιτ/df)

所以　　ρf＝（7.32/7.2-0.31-0.12x2.13）/0.62x60=0.0121

則鋼纖維單位體積用水量和水泥用量F0＝0.0121x7800kg/m3=94kg/m3

(4)確定單位體積用水量和水泥用量

由于道路用的是半干硬性鋼纖維混凝土，因此，當(dāng)無試驗(yàn)資料時(shí)，可參照表1-6，確定單位體積用水量。

根據(jù)要求的維勃稠度為12（s），則單位體積用水量應(yīng)為189.8kg，現(xiàn)考慮碎石最大粒徑為20mm，應(yīng)減少用水量5kg，鋼纖維體積率增加0.2%，用水量應(yīng)增加3.2kg，合計(jì)單位體積用水量應(yīng)為188kg/m3。

根據(jù)已確定的水灰比W/C＝0.47，單位體積用水量W0＝188kg/m3，則可求得單位體積水泥用量C0為：

　　　　　　　　　　　　　　C0＝W0/（W/C）＝188/0.47=400kg/m3

(5)確定砂率

參照表1-8，因鋼纖維的長徑比60，增加10，砂率應(yīng)增加5%；鋼纖維體積率現(xiàn)為1.21%，增加0.21%，砂率應(yīng)增加1.26%；水灰比0.47，減少0.03。砂率應(yīng)減少0.6%；砂細(xì)度模數(shù)現(xiàn)為2.50，減少0.5，砂率應(yīng)減少5%，合計(jì)砂率為50.66%，現(xiàn)取砂率50%計(jì)算。

（6）（6）確定單位體積砂、石用量

1）1）按絕對(duì)體積法計(jì)算

根據(jù)公式（1-12），并將已知參數(shù)代入得

S0/γs+G0/γg＝1000-W0/γw-F0/γf-C0/γc–10x2

S0/2.65+　C0/2.70?。?000-188/1.0-94/7.8-400/3.1-20(1-14)

又因　　　　　　　　S0/（S0　+　G0）＝50%　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?-15）

對(duì)聯(lián)立方程（1-14）和（1-15）求解可得

　　　　　　　　　　　　　　　G0＝871kg/m3,S0=871kg/m3

由此可得鋼纖維混凝土配合比為：1m3中水泥400kg,水188kg，鋼纖維94kg，砂871kg，石子871kg。

水泥：水：砂：石＝1：0.47：2.18：2.18，ρf＝1.21%

2）按假定密度法計(jì)算

假定鋼纖維混凝土的密度為2450kg/m3，則

　　S0?。0?。?450-C0-W0-F0=2450-400-188-94

S0?。0　＝1768kg/m3

S0＝1768x50%=884kg/m3

G0＝1768-884=884kg/m3

由此可得鋼纖維混凝土配合比為：1m3中水泥400kg，水188kg，鋼纖維94kg，砂871kg，石子871kg。

　水泥：水：砂：石＝1：0.47：2.21：2.21，ρf＝1.21%

　按上述確定的配合比，再進(jìn)行調(diào)整和強(qiáng)度檢驗(yàn)，分別確定基準(zhǔn)配合比，實(shí)驗(yàn)室配合比及施工配合比。

鋼纖維砼的配制：

1、原材料的選擇：

a、鋼纖維的選擇：

鋼纖維的品種主要分為四類：鋼絲纖維，剪切纖維，熔抽纖維，銑削纖維。選擇合適的鋼纖維品種，對(duì)試驗(yàn)的成功與否有著重要的意義。由于鋼纖維砼破壞時(shí)，大都是纖維被拔出而不是拉斷，因此，改善纖維與基體間的粘結(jié)強(qiáng)度是改善纖維增強(qiáng)效果的主要控制因素之一。其方法有3種：

（1）增加纖維的粘結(jié)長度(即長徑比)，但纖維太長易起球，影響和易性和施工，太細(xì)易彎折，長徑比宜在40-100之間。

（2）改善基體對(duì)鋼纖維的粘結(jié)性能。

（3）改善纖維形狀，增加纖維與基體間的摩阻和咬合力。

根據(jù)上面三種方法，我們對(duì)四種纖維做了列表比較，從表中可看出銑削纖維有著較佳的綜合性能，它是80年代研制成功且目前發(fā)展迅速的一種鋼纖維，它可降低鋼纖維用量，防止結(jié)球，易于施工，因此，我們選擇哈瑞克斯銑削纖維。

纖維品種方法一方法二方法三

鋼絲纖維長徑比較大，易起團(tuán)表面有油，不利基體粘結(jié)光滑表面，摩阻、咬合力較小

剪切纖維同上同上同上

熔抽纖維長徑比合適，不起球比面積大，利于粘結(jié)，只適于生產(chǎn)不銹鋼纖維表面粗糙，摩阻、咬合力較大

銑削纖維長徑比合適，不會(huì)抱球起團(tuán)表面無油，比表面積大，利于基本粘結(jié)一面為毛面，頭尾帶鉤，摩阻、咬合力大

b、其它材料：

根據(jù)實(shí)際情況，我們選定其它原材料如下：

水泥：泰立525普通水泥

石子：5-25cm連續(xù)級(jí)配

外加劑：WL-1，SP406

粉煤灰：Ⅱ級(jí)磨細(xì)灰

2、道路鋼纖維砼配合比的配制：

根據(jù)常用道路砼強(qiáng)度等級(jí)，我們?cè)O(shè)計(jì)了C35、抗折6.0鋼纖維砼配合比。鋼纖維摻量分別為35kg、40kg、45kg。試驗(yàn)結(jié)果如下：

編水泥鋼纖維抗壓強(qiáng)度抗折強(qiáng)度坍落度

號(hào)kg/m3(kg)7d28d7d28d(mm)

Ⅰ380/25.742.23.805.3565

Ⅱ3394537.847.85.857.4045

Ⅲ3394035.346.75.376.1955

Ⅳ3393532.341.65.386.1685

上述配合比外加劑均為WL-1。

每立方砼摻鋼纖維45kg，粘聚性好，但由于鋼纖維用量大，砼流動(dòng)性較差，施工性能較難保證。

每立方砼摻鋼纖維40kg，砼和易性良好，流動(dòng)性有較大改善，能適應(yīng)施工要求。

每立方砼摻鋼纖維35kg，砼和易性良好，流動(dòng)性良好，但用水量還可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

根據(jù)上述試驗(yàn)，可見鋼纖維摻量與試件抗折強(qiáng)度同步變化，每立方砼35kg，40kg摻量均能滿足配合比設(shè)計(jì)要求，且施工性能較佳，如早期強(qiáng)度要求較高，可考慮45kg摻量。

WL-1外加劑可適應(yīng)此配合比。

砼坍落度大小，與鋼纖維摻量成反比，選用銑銷纖維后，減少了鋼纖維摻量，坍落度有了較大改善。

為保證砼有較好流動(dòng)性，且不損傷抗折性能，砂率宜在38%-40%之間。故確立基準(zhǔn)配合比如下：單位：kg/m

C：339SF:35~45外加劑用WL-1

其中用水量宜根據(jù)鋼纖維摻量做適當(dāng)調(diào)整。

3、泵送鋼纖維砼配合比的配制：

在道路砼配合比研究中，我們發(fā)現(xiàn)鋼纖維在砼中會(huì)產(chǎn)生一種支撐效應(yīng)，相互交錯(cuò)，形成一種網(wǎng)絡(luò)，從而大幅度削弱砼流動(dòng)性能。因此泵送砼中運(yùn)用鋼纖維，必須考慮適當(dāng)用量，盡可能減少這種支撐效應(yīng)。同時(shí)為了滿足泵送所需砼和易性，配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)適當(dāng)加大砂率，并放大水灰比或改用高效減少劑來增加坍落度。

根據(jù)阻裂性能試驗(yàn)，在鋼纖維摻量為45kg時(shí)，與普通砼相比，鋼纖維砼裂紋長度為其50%，開裂面積僅為其43%，可見其抗裂效果相當(dāng)明顯，因而我們確定鋼纖維摻量為45kg。

我們?cè)O(shè)計(jì)了3組配合比：

序級(jí)配CSF外加劑坍落度

1C5037045SP406140mm

2C4033045SP406175mm

3C3033045WL-1110mm

上表中3號(hào)配合比砼和易性差，坍落度在80-120mm之間，且再放大坍落度，砼出現(xiàn)離析，故調(diào)整如下：

C：360kgSF：45kg

調(diào)整后配合比和易性良好，初始坍落度及損失狀況均較好。數(shù)據(jù)如下：

1：坍落度=140mm30分后110mm1小時(shí)后90mm

2：坍落度=175mm30分后130mm1小時(shí)后115mm

3：坍落度=140mm30分后110mm1小時(shí)后95mm

坍落度損失后，砼流動(dòng)性尚好，能保證施工性能。

下表為試件的強(qiáng)度情況：

單位：MPa

3d7d14d28d28d抗折

128.542.449.657.87.2

220.234.539.851.56.8

328.739.26.2

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，確立配合比如下：

單位：kg/m3

CSF外加劑

C5037045SP406

C4033045SP406

C3036045WL-1

4、確立配合比：

根據(jù)研究數(shù)據(jù)，我們確立了下列配合比(單位：kg/m3)

序號(hào)品種強(qiáng)度等級(jí)水泥鋼纖維外加劑品種

1道路C3533940WL--1

2泵送C5037045SP406

3C4033045SP406

4C3036045WL--1