聚丙烯纖維對不同強度等級混凝土強度的影響研究

　　摘要：通過試驗研究表明，聚丙烯纖維能夠提高較低強度等級混凝土的抗壓強度和抗折強度，但可能會降低高強混凝土的抗壓強度和抗折強度，并分析了聚丙烯纖維對混凝土強度的影響機理。

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

　　水泥：湖南湘鄉(xiāng)水泥廠生產(chǎn)的“韶峰”牌P42.5級水泥；
　　砂：湖南湘江河砂，中砂，細度模數(shù)為2.7，區(qū)級配合格；
　　石：湖南湘江河卵石，粒徑5～25mm；
　　水：使用自來水。
　　高效減水劑：采用上海花王化學有限公司生產(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“丹強絲”(PPF3)。
　　
　　2．2配合比
　　
　　3聚丙烯纖維對不同強度等級混凝土強度的影響
　　
　　3．1聚丙烯纖維對不同強度等級混凝土立方體抗壓強度的影響
　　可以看出，當混凝土處于較低強度等級(＜35MPa)，或者混凝土處于早期階段(強度較低)時，在基準混凝土中摻入聚丙烯纖維可以提高混凝土立方體抗壓強度：當混凝土處于較高強度等級(＞35MPa)，或者混凝土處于后期階段(強度較高)時，摻入聚丙烯纖維會使混凝土立方體抗壓強度略微降低。
　　
　　3．2聚丙烯纖維對不同強度等級混凝土抗折強度的影響。
　　試驗結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，當混凝抗折強度較低(＜45MPa)，或者混凝土處于早期階段(強度較低)時，摻入聚丙烯纖維可以提高混凝土抗折強度；當混凝土處于較高強度等級(＞5.5MPa)，或者混凝土處于后期階段(強度較高)時，摻入聚丙烯纖維會使混凝土抗折強度降低約10%。

　　4聚丙烯纖維對不同強度等級混凝土強度影響的機理分析
　　
　　4．1聚丙烯纖維對混凝土立方體抗壓強度的影響分析

　　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)復合材料力學理論，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度較基準混凝土的會有所下降，但是，由于試驗中聚丙烯纖維的摻量屬于低摻量(0.1%左右)，這個影響并不大。

　　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(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)應力。這個粘結(jié)應力會阻止混凝土被“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，會降低混凝土的立方體抗壓強度；另一方面，由于聚丙烯纖維在混凝土中會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度提高。當混凝土強度較低時，由于混凝土的彈性模量小一些，聚丙烯纖維網(wǎng)的增強作用明顯一些，所以摻入聚丙烯纖維后，混凝土的強度會提高：當混凝土強度較高時，由于混凝土的彈性模量大一些，聚丙烯纖維降低混凝土強度的作用明顯一些，所以摻人聚丙烯纖維后，混凝土的強度會降低。但總的來說，由于纖維摻量不是很大，摻入聚丙烯纖維后，混凝土的抗壓強度變化不大。

　　4．2聚丙烯纖維對混凝土抗折強度的影響分析

　　混凝土是低抗拉強度和低抗拉應變的復合材料。在混凝土硬化過程中，伴隨著各種干縮的增大，導致混凝土產(chǎn)生許多微裂紋?；炷潦芾瓡r，微裂紋附近產(chǎn)生較大的應力集中，使得混凝土的抗拉強度較低，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”，裂紋附近由于應力集中而產(chǎn)生的應力會大大變小，因此混凝土的抗折強度會增加，并且會比較明顯：并且聚丙烯纖維對混凝土存在“增韌”效應和所謂“剩余彎曲強度”，即混凝土在初裂后，混凝土還不會馬上破壞，還能繼續(xù)承受荷載，從而提高混凝土的抗折強度。

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

　　但對于高強混凝土而言，摻入纖維后，混凝土的抗折強度為什么會下降呢?作者認為，主要以下兩方面的原因①混凝土本身的抗拉強度比較高，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，會降低混凝土的抗拉強度；②高強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，從而降低混凝土的抗折強度。在本次試驗過程中，為了便于比較，混凝土的攪拌時間和振動成型時間都是按GB/T50081—2002規(guī)定的時間進行的，實際上，有試驗表明，適當延長纖維混凝土振動時間，可以提高混凝土的抗折強度。
　　
　　5結(jié)論
　　
　　由試驗可知，對于較低強度等級的混凝土，摻聚丙烯纖維后能夠提高混凝土的立方體抗壓強度和抗折強度：對于中等強度的混凝土，摻聚丙烯纖維后能夠提高混凝土的抗折強度，但會稍微降低混凝土的立方體抗壓強度：對于高強混凝土，摻聚丙烯纖維后，混凝土的立方體抗壓強度和抗折強度均會降低。

　 原作者： 龐國平  
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