锈蚀后钢纤维和钢纤维混凝土的力学性能

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发布时间：2021-09-03

资料介绍

锈蚀后钢纤维和钢纤维混凝土的力学性能
赵军，李洪杰，高丹盈
(郑州大学力学与工程科学学院，河南郑州450001)
摘要：通过对剪切型、铣削型、切断型3种钢纤维和钢纤维混凝土的快速锈蚀试验，研究了锈蚀前
后钢纤维的外观、弯折性能和抗拉强度的变化，以及钢纤维混凝土经过不同锈蚀时间后的抗压强
度和抗拉强度的变化规律．结果表明：随锈蚀时间的增加，钢纤维的锈蚀程度逐渐增大，弯折性能
和抗拉强度逐渐降低，钢纤维混凝土的抗压强度和抗拉强度随之减小．但是抗压强度和抗拉强度
的变化规律有所不同，当锈蚀时间较短时，抗压强度变化不明显，在锈蚀时间超过60 d以后，抗压
强度显著降低．而抗拉强度随锈蚀时间的增加逐渐下降．锈蚀时间相同时，抗拉强度的降低幅度比
抗压强度的降低幅度小．切断型钢纤维的抗锈蚀能力相对较好，剪切型和铣削型钢纤维的抗锈蚀
能力相对较差．
关键词：钢纤维；钢纤维混凝土；锈蚀；强度，折减系数
中图分类号：TU528．572 文献标志码：A doi：10．3969／j．issn．1007—9629．2015．03．009
M echanical Performances of Steel Fiber and Steel Fiber
Reinforced Concrete after Corrosion
ZHAO Jun， L工Hon-gJie， GAO Danying
(School of Mechanics and Engineering Science，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China)
Abstract：Based on the accelerated corrosion test on three different types of stee1 fibers such as shear-cut，
mill—cut，and cut-off steel fibers and the accelerated corrosion test on steel fiber reinforced concretes rein～
forced with each type of the above steel fibers，the variations in the appearances，bending properties and
tensile strengths of the steel fibers after corrosion and variation laws of both compressive and tensile
strengths of the steel fiber reinforced concretes after different corrosion duration were investigated．The re～
sults indicate that increasing corrosion duration will increase degree of corrosion for the three types of steel
fibers，hence decrease the bending properties and the tensile strengths of steel fibers as well as decrease the
compressive and tensile strengths of steel fiber reinforced concrete．But variation appears different in the
compressive and tensile strengths of steel fiber reinforced concrete．The compressive strengths change
slightly with time when corrosion duration is short but decline substantially when corrosion duration is 0一
ver 6O days．The tensile strengths of steel fiber reinforced concrete decrease gradually when corrosion dura—
tion increases．Under the same corrosion duration，the reduction degrees of tensile strengths of steel fiber
reinforced concrete are lower than that of corresponding compressive strengths．Among the three types of
steel fibers。the cut-off stee1 fibers possess better corrosion resistance than that of the shear-cut and the
mill—cut steel fibers．
Key words：steel fiber；steel fiber reinforced concrete；corrosion；strength；reduction coefficient
收稿日期：2013—1o一21 I修订日期：2013—11—09
基金项目：河南省高校科技创新团队项目(151RTSTHN026)}教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-09—0125)
第一作者：赵军(1971一)，男，河南漯河人，郑州大学教授，博士生导师。博士．E—mail：zhaoj1971@126．corn
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41O 建筑材料学报第18卷
钢纤维混凝土是由短钢纤维、水泥、砂、石和水以
及必要的外加剂按一定的比例配制经凝结硬化后形
成的复合建筑材料[1]，钢纤维能够改善和增强混凝土
的许多性能，使钢纤维混凝土具有比普通混凝土更加
优良的力学性能．近年来随着对钢纤维混凝土研究的
逐渐深入，其在工程中的应用也越来越广泛，已经应
用到各种工程领域．但是，由于钢纤维直径较小，且大
都由普通钢材加工而成，在利用钢纤维优异力学性能
的同时，研究和应用技术人员也一直关注着钢纤维和
钢纤维混凝土在锈蚀环境中的力学性能．一般认为，
混凝土中加入钢纤维可以有效阻止裂缝的发生与开
展，使钢纤维混凝土构件的裂缝更细密，环境中的腐
蚀介质不易侵入到混凝土内部，从而使钢纤维混凝土
的抗裂性能和抗腐蚀性能优于普通混凝土瞳]．正是由
于钢纤维混凝土的耐腐蚀性比混凝土好，以致于人们
常常会忽略钢纤维混凝土的腐蚀问题，而实际上钢纤
维混凝土在恶劣的腐蚀环境下也会发生腐蚀[3]，尤其
是在荷载或其他因素作用下已经开裂的钢纤维混凝
土，钢纤维的腐蚀会更加严重，导致钢纤维混凝土构
件承载能力和韧性降低[4 ]．对于存在明显裂缝的钢
纤维混凝土构件，在碳化与氯离子的共同作用下，钢
纤维的锈蚀速度更快．
目前，对于钢纤维和钢纤维混凝土在锈蚀环境
中的性能变化方面的认识还远远不够，关于锈蚀后
了解．为此，本文通过钢纤维和钢纤维混凝土在锈蚀
环境中的试验，研究锈蚀前后钢纤维和钢纤维混凝
土力学性能的变化，分析锈蚀对钢纤维和钢纤维混
凝土的影响规律，为以后进行钢纤维混凝土结构的
耐久性设计提供必要的试验依据。
l 试验概况
1．1 原材料
采用剪切型、铣削型、切断型3种类型钢纤维，
其中切断型钢纤维长度为3O．529 mm，等效直径为
0．559 2 mm，长径比为54．60；铣削型钢纤维长度为
32．312 mm，等效直径为0．943 6 mm，长径比为
34．24；剪切型钢纤维长度为32．426 mm，等效直径
为0．564 8 mm，长径比为57．4O．采用强度等级为
42．5 MPa的普通硅酸盐水泥，粗骨料为粒径5～
20 mm的碎石，颗粒级配良好，泥沙含量以及强度指
标均满足规范要求，细骨料为细砂和机制砂按质量
比1：3混合的砂子，拌和水为自来水．
1．2 钢纤维混凝土配合比
根据文献[6—7]中关于钢纤维混凝土配合比设
计的方法和步骤，本试验中混凝土和钢纤维混凝土
水胶比为0．50(质量比)，钢纤维混凝土设计强度等
级为CF30，配合比见表1．制作了720个试件，试件
尺寸为100 mmX 100 mm×100 mm，钢纤维体积分
钢纤维和钢纤维混凝土力学性能的变化规律还缺乏数分别为0 ，0．5 ，1．0％，1．5 ．
衰I 钢纤维混凝± 的配含比
Table 1 M ix proportions of steel fiber concrete
CO
SF0．5
SF1．0
SF1．5
M F0．5
M F1_O
M F1．5
BFO．5
BF1．0
BF1．5
200．00
226．O0
234．O0
242．00
204．00
212．0O
220．O0
220．00
228．O0
236．O0
400．00
452．00
468．OO
484．O0
408．O0
424．O0
440．00
440．O0
456．0O
472．00
l152．01
964．32
899．94
837．O0
1 072．80
1 005．49
939．60
1 009．21
943．79
879．81
647．99
757．68
798．06
837．O0
715．20
758．51
800．40
730．79
772．21
812．16
0
39．3O
78．60
117．9O
39．3O
78．6O
117．90
39．30
78．60
117．9O
Note：C，SF，MF，BF denotes concrete，shear-cut stee1 fiber reinforced concrete，mill-cut steel fiber reinforced concrete and cut-off steel fiber
reinforced concrete。respectively；The numbers after C，SF，MF，BF indicate the volume fraction of steel fiber．
1．3 试验方法
钢纤维锈蚀试验参考CECS 13：2009<(纤维混凝
土试验方法标准》、有关钢筋锈蚀试验方法及相关文
献进行，选定质量分数3％的氯化钠溶液作为锈蚀
溶液，锈蚀时间分别为0，15，30，45 d．钢纤维混凝土
的锈蚀环境温度为2O℃ ．试件在标准条件下养护
28 d后开始进行干湿循环加速锈蚀试验，即在质量
分数6％的氯化钠溶液中浸泡3 d，然后在空气中自
然干燥2 d，5 d为1个循环．本试验最长锈蚀时间为
150 d，每30 d为1个试验周期嘲．