0引言

钢纤维超高强混凝土是指在高强度等级的混凝土基体中掺入乱向分布钢纤维制备的抗压强度超过100mpa的高强材料，具有性能优异、维修费低和寿命长的特点，能大幅度提高综合经济效益，在高层建筑结构、大跨度桥梁机构以及某些特点结构中得到广泛应用。种结构中得到广泛应用。按其制备工艺可分为特殊工艺超高强混凝土和常规工艺超高强混凝土，特殊工艺包括高速搅拌、加压成型、二次压实或者高温养护等，常规工艺是指不采用特殊设备和复杂养护气。

水泥在胶凝材料中占比是影响超高强混凝土强度的主要因素，超细粉煤灰与硅灰复掺对超高强混凝土工作性能与强度改善效果较好。对不同配比下UHPC工作性能和早期力学性能的研究发现，粉煤灰、列粉的掺入会降低UHPC的1d强度，提高3.7 d强度，且矿粉的提高效果优于粉煤灰，硅灰对UHPC早期强度具有提高效果,但硅灰掺量对强度影响不大，钢纤维掺量增加会显著降低新拌混凝土的流动性。采用常规工艺,通过掺入高性能减水剂和超细活性矿物掺合料，选择高强优质的骨料，配制出强度达到105～135 MPa、强度等级为CF95-CF120的高强、高韧性、高流态混凝土。林立勋等网在C120超高强混凝土中掺入聚丙烯纤维，限制了混凝土裂缝的发展，增加了混凝土的韧性，混凝土的劈裂抗拉强度和拉压比均有所提高，脆性得到了明显改善。克服了高温脆爆现象，实现了CI20超高强混凝土的高性能化。研究表明，超高性能混凝土的抗压、抗折和劈裂抗拉强度随着钢纤维体积掺量的增加都有不同程度的提高，劈裂抗拉强度在钢纤维体积掺量为1.0%～1.5%时增长.快，抗折强度在钢纤维体积掺量为1.0%～2.5%时增长.快。

目前，国内外有关钢纤维超高强混凝土的制备及性能研究大多集中于实验室内，实际生产应用相关研究较少。本文研究采用常规工艺，通过掺入高性能减水剂和超细活性矿物掺合料,选择高强优质骨料，配制强度等级为CFI20高强、高流态混凝土。重点研究了钢纤维掺量、养护方式及温度对CFI20超高强混凝土工作性能和抗压强度的影响。通过高温快速养护的方法进行混凝土强度预判定，及时修正混凝土配合比。此外，采用缩尺模型，模拟不同工况条件下CFI20混凝土水化温升规律，建立大尺寸构件CF120混凝土的温控措施，为实际施工拆模、养护和裂缝控制提供参考。

1试验

1.1试验 原料

水泥:马鞍山海螺水泥有限公司P·II 52.5水泥,3.28d抗压强度分别为36.8、67.3 MPa,主要化学成分如表1所示：超细活性矿物掺合料：市购超高强混凝土专用矿物掺合料，比表面积23 750 m/kg, 28 d活性指数120%;砂:天然砂,细度模效2.6, I区中砂,含水丰2%;碎石:S10 mm和10～16mm二级配的玄武岩碎石，压碎值分别为7.8% .5.0%,针片状颗粒含量均为4.0%，母岩立方体抗压强度≥180 MPa;钢纤维:江苏苏博特新材料股份有限公司产镀铜微细高强钢纤维，外观形貌如图1所示，直径0.18-0.22 mm,长度13 mm,抗拉强度>2500 MPa;减水剂:高性能聚粮酸减水剂，减水宰30%。

图1 镀铜微细高强钢纤维的外观形貌

1.2混凝土配合比

本研究结合前期大量室内试验结果，参考JGJ/T281-2012《高强混凝土应用技术规程》的技术要求，确定CF120超高强混凝土配合比中胶凝材料用量不低于760kg/m³，水胶比为0.16，砂率为38%，具体配合比如表2所示。

1.3试验方法

(1)搅拌过程:CFI20超高强混凝土中胶凝材料用量多混凝土黏度大,应适当延长搅拌时间，确保揽拌均匀,观察混凝土状态,通过对不同搅拌时间下混凝土取样观察、测试工作性能的方法确定搅拌过程：根据配合比将原材料称重后,将水泥和超细矿物掺合料加入到60 L单轴卧式混凝土揽拌机干拌20s;再停机将砂碎石依次加入搅拌20s;随后将水和减水剂倒入搅拌机中搅拌至3 min,以便充分发挥高性能减水剂的作用；然后将钢纤维均匀椒入继续搅拌2 min,直至钢纤维被浆体较好包裹并分布均匀。

(2)工作性能:按照GB/T 50080- -2016(普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对新拌CFI20混凝土的坍落度、扩展度以及倒置坍落度简排空时间进行测试。

(3)养护条件和抗压强度：成型100mm x100mm x100mm CF120混凝土,室温(20 C养护1d后脱模，分别采用蒸汽养护(90℃)至3、7d水浴养护090C)至3、7d标准养护至3、7、28 d,并按照GB/T 50081- 20196混凝土物理力学性能试验方法标准进行抗压强度测试，压力机加载速率为1 MPa/s。

(4)水化温升性能;采用缩尺模型(500 mmx500mmx500mm)，模拟不同工况条件下CF120超高强混凝土的温升规律，对浇筑后的混凝土试块进行绝热保温养护48h、覆膜自然养护48、72h后拆模。温度传感器探头分别位于混凝土立方体表面50mm，中部以及下表面50mm位置处（见图2），从而达到对CF120混凝土多点实时测温的目的。

图2 CF120超高强混凝土温度测试

2、试验结果与讨论

2.1 CF120混凝土的工作性能（见表3）

由表3可知，当钢纤维掺量从25kg/m³增加到50kg/m时,CF120超高强混凝土初始坍落度和扩展度分别降低了8.3%.8.6%，倒置坍落度简排空时间大幅延长至37.2s。可见钢纤维掺量增加,CF120混凝土的流动性降低，黏性明显增大。因此,当钢纤维掺量增加到80kg/㎡,调整了混凝土配合比，增加胶凝材料用量和减水剂掺量。

钢纤维掺量为80 kg/m³时，混凝土的初始坍落度较掺量为25kg/㎡时无变化，扩展度降低了7.0%,倒置坍落度简排空时间略有延长，但仍符合JGJ/T 281-2012的要求(5～20s)。可见，当钢纤维掺量≥50kg/㎡时，通过增加胶凝材料用量和减水剂掺量仍能获得工作性能符合相关标准和生产要求的CF120混凝土。

2.2 CF120混凝土的抗压强度（见表4）

由表4可见，不同养护条件下，随着钢纤维掺量的增加，CF120混凝土的抗压强度逐渐提高;随着养护龄期的延长，混凝土抗压强度逐渐提高,均无倒缩现象。标准养护28d时各组混凝土的抗压强度均超过138.0 MPa，.小值为139.1MPa,符合CF120超高强混凝士强度等级设计要求。

90℃蒸汽养护和水浴养护条件下,CF120混凝土在3d龄期均具有较高的抗压强度,分别为142.2、140.8MPa,较标准养护3d条件下分别提高了47.7% .46.2%，且已经高于标准养护28d混凝土的抗压强度。可见采取90 ℃高温养护(蒸汽养护或水浴养护)3 d的方式可快速预测CF120混凝土标准养护28d的抗压强度。此外, 90℃高温养护条件下,CF120混凝土在3～7d的强度均略有提高，且同一龄期下 采用蒸汽养护的混凝士强度均略高于水浴养护。

2.3 CF120 混凝土的抗压破坏形态

CF120超高强混凝土在受压破坏过程中，能听到钢纤维被拔出以及拉断的劈啪声,随后发出一声闷响, 立方体试块瞬间破坏。图3为钢纤维掺量25、50、80 kg/㎡时CF120混凝土立方体试块的抗压破坏形态。

图3 CF120超高强混凝土试块的抗压破坏形态

由图3可见，由于钢纤维的增韧作用，使得混凝土立方体试块被破坏后仍能基本保持原状，坏而不碎，钢纤维分布均匀、横向、竖向交错分布。

2.4 CF120混凝土水化温升性能

覆膜自然养护（分别48h、72h拆模）以及绝热保温的CF120混凝土立方试块在192h内的温度变化曲线如图4

图4 CF120混凝土的温度变化曲线

由图4(a)、(b)可知：覆膜自然养护条件下,CF120混凝土整体温度变化趋势与环境温度保持一致，与拆模时间无关，温度波动幅度较大。其中48h拆模的混凝土立方体试块底部、中部和表面温度分别在浇筑16.9、27.3、18.8 h后达到峰值，分别为33.2、37.9、26.4℃,里表.大温差为9.2℃。72 h拆模的混凝土立方体试块底部、中部和表面溫度分别在浇筑17.2、27.0、19.1h后达到峰值，分别为33.5、38.8、27.8℃,里表.大温差为12.6℃.由图4(c)可知，绝热保温养护条件下，CF120混凝士在浇筑完成后72 h内的温度变化未受到环境温度的影响，整体温度呈现先上升再下降.后趋于平稳的趋势,底部、中部和表而温度在浇筑完成后的27.1、25.5、23.5 h达到峰值,分别为52.0、52.2、48.4℃ C,72 h拆模后的温度变化与环境温度基本保持一致,但温度波动幅度较小,里表.大温差为5.3℃。

CF120混凝土具有低水化热特点,入模温度为15.8℃,覆膜自然养护条件下，混凝土.高温度为38.8℃,里表.大温差为12.6℃,小于25℃,符合GB 50496-2018 大体积混凝土施工标准中大体积混凝土施工温控指标。此外,采取绝热保温养护措施后,CF120混凝土的温度变化不再受环境温度的影响，整体呈现先上升再下降.后趋于平稳的趋势,里表.大温差降低为5.3℃。

3结论

(1)CF120混凝土具有良好的流动性和抗压强度，初始坍落度≥220 mm,初始扩展度≥585 mm,倒置坍落度简排空时间.优值为15.0s,标准养护28 d抗压强度≥139.1 MPa,符合CF120超高强混凝土设计要求。

2)随着钢纤维掺量的增加,CF120混凝土流动性降低，黏性明显增大,抗压强度逐渐提高，且随着龄期的延长，抗压强度逐渐提高，无倒缩现象。

(3)采用90℃高温养护(水浴养护或燕汽养护)3d的方式可快速预测CF120混凝土标准养护28 d抗压强度,对钢纤维超高强混凝土配合比的设计具有一定的指导意义。

(4)CF120混凝土具有低水化热特点,入模温度为15.8℃，覆膜自然养护下,混凝土.高温度为38.8℃,里表.大温差为12.6℃,绝热保温养护后降低为5.3℃。

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