聚丙烯纖維對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度的影響研究

　　摘要：通過試驗(yàn)研究表明，聚丙烯纖維能夠提高較低強(qiáng)度等級(jí)混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，但可能會(huì)降低高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，并分析了聚丙烯纖維對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響機(jī)理。

　　關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維；混凝土；強(qiáng)度
　　
　　1前言
　　
　　聚丙烯纖維對(duì)混凝土具有阻裂效果，對(duì)混凝土的強(qiáng)度也產(chǎn)生一定的影響，本文將研究聚丙烯纖維對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度的影響效果，主要研究聚丙烯纖維對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響規(guī)律。
　　
　　2試驗(yàn)介紹
　　
　　2．1原材料

　　水泥：湖南湘鄉(xiāng)水泥廠生產(chǎn)的“韶峰”牌P42.5級(jí)水泥；
　　砂：湖南湘江河砂，中砂，細(xì)度模數(shù)為2.7，區(qū)級(jí)配合格；
　　石：湖南湘江河卵石，粒徑5～25mm；
　　水：使用自來水。
　　高效減水劑：采用上?；ㄍ趸瘜W(xué)有限公司生產(chǎn)的邁地100。萘系高效減水劑。
　　聚丙烯纖維：主要使用了江蘇丹陽合成纖維廠生產(chǎn)的“丹強(qiáng)絲”(PPF3)。
　　
　　2．2配合比
　　
　　3聚丙烯纖維對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度的影響
　　
　　3．1聚丙烯纖維對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響
　　可以看出，當(dāng)混凝土處于較低強(qiáng)度等級(jí)(＜35MPa)，或者混凝土處于早期階段(強(qiáng)度較低)時(shí)，在基準(zhǔn)混凝土中摻入聚丙烯纖維可以提高混凝土立方體抗壓強(qiáng)度：當(dāng)混凝土處于較高強(qiáng)度等級(jí)(＞35MPa)，或者混凝土處于后期階段(強(qiáng)度較高)時(shí)，摻入聚丙烯纖維會(huì)使混凝土立方體抗壓強(qiáng)度略微降低。
　　
　　3．2聚丙烯纖維對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗折強(qiáng)度的影響。
　　試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，當(dāng)混凝抗折強(qiáng)度較低(＜45MPa)，或者混凝土處于早期階段(強(qiáng)度較低)時(shí)，摻入聚丙烯纖維可以提高混凝土抗折強(qiáng)度；當(dāng)混凝土處于較高強(qiáng)度等級(jí)(＞5.5MPa)，或者混凝土處于后期階段(強(qiáng)度較高)時(shí)，摻入聚丙烯纖維會(huì)使混凝土抗折強(qiáng)度降低約10%。

　　4聚丙烯纖維對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度影響的機(jī)理分析
　　
　　4．1聚丙烯纖維對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響分析

　　聚丙烯纖維是一種低彈性模量的纖維，其彈性模量通常在3000～4000MPa左右，約為混凝土的彈性模量的1/10。根據(jù)復(fù)合材料力學(xué)理論，由于聚丙烯纖維的彈性模量低于混凝土的彈性模量，所以，摻聚丙烯纖維的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土的會(huì)有所下降，但是，由于試驗(yàn)中聚丙烯纖維的摻量屬于低摻量(0.1%左右)，這個(gè)影響并不大。

　　另一方面，聚丙烯纖維在混凝土的體積摻量雖然不大，但是由于其直徑細(xì)(10～100m)，在體積率0.1%的情況下，每立方米混凝土中有幾百萬、上千萬甚至上億根纖維，在混凝土基體的水泥砂漿中布滿了橫豎交叉的立體纖維網(wǎng)，這種立體纖維網(wǎng)與水泥漿之間存在較大的粘結(jié)應(yīng)力。這個(gè)粘結(jié)應(yīng)力會(huì)阻止混凝土被“拉裂”。

　　混凝土中摻人聚丙烯纖維后，一方面，由于聚丙烯纖維彈性模量較低，摻入到混凝土中后，會(huì)降低混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度；另一方面，由于聚丙烯纖維在混凝土中會(huì)分散成為立體纖維網(wǎng)，限制混凝土的橫向變形，使混凝土立方體抗壓強(qiáng)度提高。當(dāng)混凝土強(qiáng)度較低時(shí)，由于混凝土的彈性模量小一些，聚丙烯纖維網(wǎng)的增強(qiáng)作用明顯一些，所以摻入聚丙烯纖維后，混凝土的強(qiáng)度會(huì)提高：當(dāng)混凝土強(qiáng)度較高時(shí)，由于混凝土的彈性模量大一些，聚丙烯纖維降低混凝土強(qiáng)度的作用明顯一些，所以摻人聚丙烯纖維后，混凝土的強(qiáng)度會(huì)降低。但總的來說，由于纖維摻量不是很大，摻入聚丙烯纖維后，混凝土的抗壓強(qiáng)度變化不大。

　　4．2聚丙烯纖維對(duì)混凝土抗折強(qiáng)度的影響分析

　　混凝土是低抗拉強(qiáng)度和低抗拉應(yīng)變的復(fù)合材料。在混凝土硬化過程中，伴隨著各種干縮的增大，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生許多微裂紋。混凝土受拉時(shí)，微裂紋附近產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，使得混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，并且“一裂就壞”。

　　在混凝土中摻人微纖維后，根據(jù)“纖維間距理論”，裂紋附近由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)大大變小，因此混凝土的抗折強(qiáng)度會(huì)增加，并且會(huì)比較明顯：并且聚丙烯纖維對(duì)混凝土存在“增韌”效應(yīng)和所謂“剩余彎曲強(qiáng)度”，即混凝土在初裂后，混凝土還不會(huì)馬上破壞，還能繼續(xù)承受荷載，從而提高混凝土的抗折強(qiáng)度。

　　當(dāng)纖維混凝土受拉和受彎時(shí)，受拉區(qū)基體開裂后，纖維將起到承擔(dān)拉力并保持基體裂縫緩慢擴(kuò)展的作用，從而基體縫間也保持著一定的殘余應(yīng)力。隨著裂縫開展，基體縫間殘余應(yīng)力將逐步減小，而纖維具有較大變形能力可繼續(xù)承擔(dān)截面上的拉力，直到纖維被拉斷或從基體中撥出，而且這個(gè)過程是逐步發(fā)生的，這樣纖維就起到了明顯的增韌效果。

　　但對(duì)于高強(qiáng)混凝土而言，摻入纖維后，混凝土的抗折強(qiáng)度為什么會(huì)下降呢?作者認(rèn)為，主要以下兩方面的原因①混凝土本身的抗拉強(qiáng)度比較高，微纖維在混凝土中起得作用已經(jīng)不明顯了，加之微纖維的彈性模量又較低，會(huì)降低混凝土的抗拉強(qiáng)度；②高強(qiáng)度的混凝土拌合物比較粘稠，容易造成微纖維分布不均勻，并且難以密實(shí)，從而降低混凝土的抗折強(qiáng)度。在本次試驗(yàn)過程中，為了便于比較，混凝土的攪拌時(shí)間和振動(dòng)成型時(shí)間都是按GB/T50081—2002規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行的，實(shí)際上，有試驗(yàn)表明，適當(dāng)延長(zhǎng)纖維混凝土振動(dòng)時(shí)間，可以提高混凝土的抗折強(qiáng)度。
　　
　　5結(jié)論
　　
　　由試驗(yàn)可知，對(duì)于較低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，摻聚丙烯纖維后能夠提高混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度：對(duì)于中等強(qiáng)度的混凝土，摻聚丙烯纖維后能夠提高混凝土的抗折強(qiáng)度，但會(huì)稍微降低混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度：對(duì)于高強(qiáng)混凝土，摻聚丙烯纖維后，混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均會(huì)降低。

　 原作者： 龐國(guó)平  
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