掺加纤维的高强混凝土性能研究

周永甜

【摘 要】为了解决普通混凝土抗弯拉强度的缺点，本文选择较常用的秸稈纤维、聚丙烯纤维、钢纤维三种纤维，分别以不同方式掺入到胶凝材料中制得高强混凝土，研究不同纤维体积率对高强混凝土抗压性能、抗折性能的影响程度的问题。

【关键词】混合纤维高强混凝土；抗压性能；抗折性能；纤维体积率

0 绪论

传统的混凝土有其弱点，抗拉强度较低的脆性材料，不能承担拉应力，抗冲击强度及韧性差，自重大，比强度小，在承受荷载中，还有一定量的徐变。1910年，美国的博士H.F.Porter[1-4]提出了钢纤维混凝土概念，发表了关于纤维混凝土的研究报告获得了专利；1957年，由意大利蒙特卡蒂尼[1-4]（montecatini）公司首先实践了等规聚丙烯的工业化生产，之后不久又将用于大规模生产聚丙烯纤维。纤维掺加到复合材料中有三个作用[5]：（1）阻止微裂缝的产生于发展；（2）提高基体的强度尤其是抗拉强度，在掺加的量一定时，混凝土基体的强度显著提高；（3）荷载作用时，纤维可以承受拉应力使基体具有一定的韧性。高性能混凝土（High Perfoemance Concrete 缩写HPC）的出现较晚，根据我国建设标准CECS207：2006《高性能混凝土应用技术规程》，高性能混凝土[6]是“采用常规材料和工艺生产的能够保证混凝土结构所要求的各项力学性能，并具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土”。在混凝土结构中掺加纤维有助于克服上面所述的缺点，提高混凝土的抗弯强度、抗拉强度和抗剪强度，增强混凝土的韧性、抗冲击性，改善混凝土的抗裂性、抗渗性以及耐磨性等等的性能，大大提高混凝土的耐久性，从而提高建筑物的使用寿命和质量。纤维混凝土是当今发展迅速的新型复合建筑材料，明显的改善了混凝土的性能[7-9]，目前应用在建筑、交通、土木，水利等各个方面。

1 原材料

（1）所用材料：采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，无实测强度；试验所用粗骨料为卵石，最大粒径为20mm，砂子采用中粗河砂，砂石级配良好，用水量使基准混凝土坍落度达（80±10）mm，减水剂采用萘系减水剂，减水率20%，砂率0.3，采用一级粉煤灰，其掺量为30%，粒化高炉磨细矿渣，掺量10%，聚丙烯纤维，秸秆纤维，城市自来水。

（2）材料的选用要求[10]：①水泥应选用强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；②对强度等级为C60的混凝土，其粗骨料的最大粒径不应大于31.5mm，对强度等级高于C60的混凝土，其粗骨料的最大粒径不应大于25mm；针片状颗粒含量不宜大于5.0%，含泥量不宜大于0.5%，泥块含量不宜大于0.2%；③细骨料的细度模数应大于2.6；④配制高强混凝土时应掺加高效减水剂；⑤配制高强混凝土时，应掺加活性较好的矿物掺合料，且宜复合使用矿物掺合料。粗细骨料技术指标见表1。

表1 粗细骨料技术指标

2 配合比设计

2.1 配合比设计方法

根据《混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）中普通混凝土配合比设计方法进行设计， 所用外加剂采用后掺法，计算高性能混凝土配合比，15L混凝土为基准的实验室配合比见表2。

养护至28d，测得抗压强度分别为66.8MPa、63.2MPa、56.6MPa，因此根据表3选择第二组配合比作为基准配合比。

拌和之前，按照设计指标选择所需要的石头并将石头冲洗干净，筛选出大块的泥块等杂物。控制卵石的最大粒径，高强混凝土的最大粒径不得大于25mm；

按照配合比要求称取相应质量的水泥、萘系高效减水剂、粉煤灰、粒化高炉矿渣、聚丙烯纤维、秸秆纤维进行搅拌至均匀，15min后之后加入粗、细骨料均匀搅拌，最后加水搅拌。拌合之后进行坍落度测试，然后将拌合物装入刷好黄油的试模中，进行振捣密实，，自然养护至7d、28d测其强度。试验所用各种材料用量见表3所示。

表2 15L混凝土为基准的实验室配合比

表3 试验配合比中各材料用量

注：第一个字母为掺加秸秆纤维，第二个字母为聚丙烯纤维，C00是代表高强素混凝土，SPC0.5为掺加0.5%的聚丙烯、秸秆混合纤维高强混凝土，SPC1.0为掺加1.0%的聚丙烯、秸秆混合纤维高强混凝土，SPC1.5代表掺加1.5%的聚丙烯、秸秆混合纤维高强混凝土。

2.2 实验结果分析

通过对试件进行抗折强度和抗压强度试验，测定掺入同种纤维不同纤维体积率的抗压强度、抗折强度，得出数据见表4和表5。

表4 28d立方体试件抗折性能试验结果

表5 28d立方体试件抗压性能试验结果

由表4和表5得出：聚丙烯纤维、秸秆纤维的掺加，对28d龄期的混凝土抗折强度影响较为显著，影响幅度为8.5%～16%之间，对抗压强度影响并不明显，并且从表中看出，随着纤维掺加量增多，抗压强度有所降低。

3 结论

配制高强混凝土所用的原材料符合材料选用的标准并采用合适的公式计算，避免拌合过程中出现离析泌水现象、最终的配制强度不达标等现象。纤维的掺加对混凝土的抗压强度影响不太显著，强度值差别不太大，并且随着掺量的增加混凝土的抗压强度有所降低。纤维的掺加对混凝土的抗折强度影响很显著，但掺量增大，混凝土的抗折强度有减小的趋势。

【参考文献】

[1]徐至钧.纤维混凝土技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]沈荣熹，崔琪，李清海.新型纤维增强水泥基复合材料[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[3]史小兴，金剑.建筑工程纤维应用技术[M].北京：化学工业出版社，2007.

[4]汤寄予.纤维高强混凝土基本力学性能研究.郑州：郑州大学研究生学位论文，2003.

[5]沈荣熹，王璋水，崔玉忠.纤维增强水泥与纤维增强混凝土[M].北京：化学工业出版社，2006.

[6]宋少民，王林.混凝土学[M].武汉：武汉理工大学出版社，2013.

[7]黄承逵.纤维混凝土结构[M].北京：机械工业出版社.2004.

[8]孙霁.混杂聚丙烯纤维混凝土损伤力学性能研究.重庆：重庆大学研究生学位论文，2013.

[9]刘新荣，祝云华，李晓红.隧道钢纤维喷射混凝土单层衬砌试验研究[J].岩石力学，2009，30（8）：2319-2323.

[10]中华人民共和国国家标准.普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法标准（JGJ52—2006）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[责任编辑：朱丽娜]