大掺量粉煤灰及塑钢纤维混凝土断裂性能研究

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发布时间：2021-09-08

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大掺量粉煤灰及塑钢纤维混凝土断裂性能研究
程大伟，穆胜利2
(1．西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100； 2．中材地质工程勘察研究院，北京100102)
摘要：断裂韧度是衡量大掺量粉煤灰混凝土断裂性能的重要参数，在粉煤灰混凝土中掺入纤维能够改善其脆
性大和易开裂的缺点。利用三点弯曲梁试验，通过控制异型塑钢纤维体积率、灰胶比和水胶比3个参数，分别
考察它们对大掺量粉煤灰混凝土断裂韧度的影响。研究表明，大掺量粉煤灰混凝土的断裂韧度随异型塑钢纤
维体积率的增加而增大，随灰胶比、水胶比增大而减小。
关键词：大掺量粉煤灰混凝土；断裂韧度；纤维体积率；灰胶比；水胶比
中图法分类号：TV43 文献标志码：A
20世纪70年代问世的水工碾压混凝土筑坝技术
和减水剂，尤其是高效减水剂的普及是促进大掺量粉
煤灰混凝土应用技术快速发展的两个最主要因素。随
着大掺量粉煤灰混凝土技术的发展成熟，它将高性能
混凝土、大掺量粉煤灰混凝土和环保型低水泥用量混
凝土的概念加以有机地结合，这对于拓展三者的涵义，
走新型建材、绿色建材的道路具有指导意义。虽然粉
煤灰混凝土对节约能源，改善环保、控制污染起到有益
的作用，但是由于原材料、施工、养护及使用方面的一
些原因，其仍不可避免地存在不同程度的缺陷，从而导
致粉煤灰混凝土强度和耐久性能的降低。这主要表现
在自重大、耐久性低、高强低韧等方面。粉煤灰混凝土
存在上述缺点是本质的，不可能通过本身材质的改良
得到彻底解决，只有采用“复合化”的途径加以解决。
纤维的掺入能够改善粉煤灰混凝土脆性大和易开
裂的缺点。但是，粉煤灰混凝土毕竟是一种非均质、不
连续的脆性材料，要做到其内部颗粒完全均匀分布是
不可能的，纤维的掺入只能减少而无法彻底消除粉煤
灰混凝土的内部缺陷，只能抑制裂缝的发展而无法保
证在任何外载作用下内部微裂缝都不失稳，只能在一
定程度上提高粉煤灰混凝土的塑性、韧性和抗冲击性，
而无法使其成为类似金属的塑性材料。同时，纤维的
加入还增加了粉煤灰混凝土内部组分间的界面面积，
处理不当就会在纤维端部形成应力集中而给基体带来
新的裂纹源，尤其当纤维掺量过大时，由于纤维端部的
存在引起的内部缺陷会对粉煤灰混凝土性能产生劣化
作用，从而影响其阻裂效应的发挥，甚至会产生负面效
应。因此，纤维粉煤灰混凝土的断裂问题依然存在，在
纤维粉煤灰混凝土的研究与应用的过程中仍需考虑断
裂发生的可能性。
断裂韧度K 是断裂力学中的重要参数之一。近
年来随着断裂力学的发展，对于大掺量粉煤灰混凝土
断裂性能的研究引起了广大研究者和工程技术人员的
关注。众多的研究表明，造成混凝土断裂韧度尺寸效
应的原因是混凝土裂缝尖端附近的裂缝区及裂缝的亚
临界扩展。本文利用三点弯曲梁试验，研究异型
塑钢纤维体积率、水胶比及灰胶比对大掺量粉煤灰混
凝土断裂韧度的影响。
1 试验方法
1．1 三点弯曲梁试验
本文所采用的大掺量粉煤灰混凝土三点弯曲梁试
件形状见图1。其中试件长度L=400 mm，跨长s=