玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土基本力学性能的研究

蔡飞 CAI Fei；王桦 WANG Hua；刘平 LIU Ping

（扬州大学建筑科学与工程学院，扬州 225100）

（College of Civil science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225100，China）

摘要： 多种纤维混杂可以弥补单一纤维的不足，充分发挥各种纤维的优点。将玄武岩纤维与聚丙烯纤维进行混杂，按一定比例混杂掺入混凝土中，使其发生正混杂效应，能有效地增强混凝土。

Abstract： A variety of hybrid fibers can make up for the shortages of a single fiber， which is giving full play to the advantages of various fibers. This paper mixes steel fiber and polypropylene fiber， and puts these two fibers into concrete at a certain percentage. They bring about positive hybrid effect， which can be very effective in reinforced concrete.

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关键词 ： 纤维混凝土；混杂纤维；纤维掺量；抗压强度；抗折强度

Key words： fiber reinforced concrete；hybrid fiber；fiber dosage；compressive strength；bending strength

中图分类号：TU528.572 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）18-0096-02

作者简介：蔡飞（1989-），男，江苏盐城人，扬州大学建筑科学与工程学院在读硕士研究生。

0 引言

采用单一纤维增强混凝土往往只能在某些方面发挥自己的优点[1，2]，而多种纤维混杂可以弥补单一纤维的不足，充分发挥各种纤维的优点达到逐级阻裂和强化的功能，于是混杂纤维混凝土（HFRC，Hybrid Reinforced Fiber Concrete）开始受到学者们的关注，即将高弹模纤维（如钢纤维、碳纤维）与低弹模纤维（如聚丙烯纤维、尼龙等）进行混杂，相互取长补短，在不同层次和受荷阶段发挥“正混杂效应”来增强混凝土。华渊[3，4]等研究了碳纤维-聚丙烯纤维，钢纤维-聚丙烯纤维的混杂效应。同济大学姚武[5]等研究并讨论了碳纤维-钢纤维混杂对高性能混凝土力学性能的影响。本文中提出玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土的混杂模式，通过试验研究混掺玄武岩-聚丙烯纤维对混凝土基本力学性能（主要是抗压强度和抗折强度）的增强效果，获取混掺玄武岩-聚丙烯纤维混凝土提高抗压强度和抗折强度的最适配合比。

1 原材料与试验配合比设计

水泥：采用42.5普通硅酸盐水泥。

砂：采用细度模数为2.98、表观密度为2650kg/m3的中砂。

石子：最大粒径为20mm、表观密度为2700kg/m3的石灰碎石。

纤维主要物理性能见表1。

本文混凝上配合比按普通混凝土配合比设计方法设计，混凝土的强度等级采用C40，配合比见表2。

2 混掺玄武岩-聚丙烯纤维混凝土抗压与抗折试验

2.1 抗压强度试验

纤维对混凝土抗压强度的影响如图1所示。

由图1可知，①当玄武岩纤维掺量较小时，立方体抗压强度随着聚丙烯纤维掺量的增加有一个先增长后递减的趋势，合理掺量在0.9kg/m3左右，此时，聚丙烯纤维掺量加大反而不利于混凝土强度的提高；②当玄武岩纤维掺量较大时，加大聚丙烯纤维掺量的效果才得以显现，两种纤维混杂使得混凝土的强度得到很大提高；③聚丙烯纤维掺量一定时，玄武岩纤维掺量超过3.0kg/m3，随着纤维掺量的提高，混凝土的抗压强度基本呈上升趋势，最大增幅约16%；④尽管玄武岩纤维掺量为3.5kg/m3，聚丙烯纤维掺量为1.2kg/m3时，对抗压强度的增强最大，但综合考虑经济效率等方面因素，合理掺量为：玄武岩纤维掺量为2.5kg/m3，聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3。

2.2 抗折强度试验

混杂纤维对混凝土抗折强度的影响如图2所示。

从图2中可以发现，①当玄武岩纤维掺量一定时，聚丙烯纤维掺量的变化对混凝土抗折强度几乎没有什么影响；②当聚丙烯掺量较小时，随着玄武岩纤维掺量的加大，其抗折强度呈现增长的趋势，平均增长约14%，最大增幅达到17.5%；③聚丙烯掺量较大时，玄武岩纤维的加入对混凝土强度并没有太大的贡献；④由②③可以得出其合理掺量为：玄武岩纤维掺量为3.0kg/m3，聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3；⑤相比于素混凝土，抗折强度显著提高，平均增幅约73.4%。此时，由于纤维的粘结作用使混凝土产成了多裂纹效应，从而显著提高了混凝土的抗折强度。

3 结束语

尽管本文的试验数据有一定的离散性，但总体来说还是具备了一定的规律性，有一定的参考价值。得出的结论是：①对于单掺玄武岩纤维混凝土，玄武岩纤维的加入对其抗压强度几乎没有影响，抗折强度大幅提高，平均增幅为25.1%，合理掺量应该在2.0kg/m3左右；②玄武岩纤维掺量为2.5kg/m3，聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3时，对抗压强度的增强效果最好；③玄武岩纤维掺量为3.0kg/m3、聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3时，对抗折强度的增强效果最好。

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参考文献：

[1]许碧莞，施惠生.混杂纤维在混凝土中的应用[J].房材与应用：材料·结构，2005，33（6）：50-54.

[2]华渊，曾艺.纤维混杂效应的试验研究[J].混凝土与水泥制品，1998（4）：45-49.

[3]华渊，曾艺，刘荣华.混杂纤维增强混凝土耐久性试验研究[J].低温建筑技术，1998（3）：18-20.

[4]华渊，姜稚清，王志宏.混杂纤维增强水泥基复合材料的疲劳损伤模型[J].建筑材料学报，1998（2）：144-149.

[5]姚武，蔡江宁，陈兵，等.混杂纤维增韧高性能混凝土的研究[J].三峡大学学报：自然科学版，2002，24（1）：42-44.