玄武岩—PVA混杂纤维混凝土抗折性能试验研究

佟 欢 王学志 刘华新 孔祥清 辛 明

辽宁工业大学土木建筑工程学院 锦州 121001

前言

纤维混凝土是将纤维与混凝土基体相结合，从而提升混凝土性能的一种新型建筑材料。在当今纤维混凝土研究领域中，对单掺纤维混凝土性能研究是比较常见的，而对玄武岩纤维与聚乙烯醇（PVA）纤维混掺于基体混凝土中却鲜有研究。

1 试验概况

1.1 纤维材料

纤维各项物理力学性能指标见表1。

表1 纤维各项性能指标

1.2 配合比设计

试验所需混凝土强度等级为C40配合比设计见表2。

表2 C40混凝土配合比kg/m3

1.3 试件制作

在制备混凝土试件过程中，为保证聚乙烯醇（PVA）纤维和玄武岩纤维在混凝土中的均匀性，试验采用搅拌机搅拌，搅拌完毕后装模养护。

2 试验结果分析

2.1 抗折强度试验结果分析

为清晰直观地观察混凝土28d抗折强度变化趋势，将数据绘制成如图1所示的折线图。

图1 28d抗折强度试验结果分析

由图1可知，混凝土的抗折强度受纤维掺入的影响比较明显，不同纤维掺量以及不同比例对其抗折强度都用着不同程度提升，大多数发挥正混杂效应并在体积掺量0.4%时提升效果明显。其中混凝土的抗折强度受单掺玄武岩纤维的影响在纤维掺量超过0.2%后呈逐渐减小的趋势。分析其原因，适量的玄武岩纤维可以在混凝土的内部均匀地分布，形成一种网状结构，与混凝土基体共同受力，提升了混凝土的抗弯，抗拉等受力性能，改善了混凝土的延性与韧性，提升了混凝土的抗裂性能。单掺PVA纤维系列掺入混凝土后，随着掺量的增加，抗折强度呈先增后减的趋势。这是因为PVA纤维掺入混凝土以后，起到了锚固和桥接的作用，减缓了混凝土内部微裂缝的发展，从而提高了混凝土的抗折强度。从混凝土抗折强度的提升角度而言，玄武岩纤维优于PVA纤维。对于1：1混杂纤维系列，其对混凝土抗折强度的影响是先增后减，最后提升到本次试验抗折强度的最大值。究其原因，是两种纤维出现了混杂正效应，在混凝土内部形成更为牢固纤维网状结构，增强混凝土内部抗拉性能，在同等受力条件下，更能有效一直裂缝开展，从而提升混凝土的抗折强度。对于1：2混杂纤维系列，随着纤维掺量的增加，其抗折强度趋势是先增大后减小。这是因为起初纤维掺量小，玄武岩纤维在混凝土起着主要的传递应力的作用，但随着掺量的增大，PVA纤维作用逐渐大于玄武岩纤维，导致抗折强度稍有降低。

3 破坏形态对比分析

3.3 玄武岩-PVA纤维混凝土抗折破坏形态分析

由试验结果可知，基体混凝土掺入纤维后对其破坏形态都有着不同程度的改善。各种试件的劈拉破坏形态如图2所示。由图2（a）可以看到，裂缝贯穿于整个试件并且被破坏成两部分。单掺玄武岩纤维和单掺PVA纤维在掺入混凝土后，试件发生破坏时，仍然有较大裂缝但试件并未完全破坏。而由图2（b）可知，混杂纤维对混凝土抗折破坏形态的改善效果最好，混凝土基体表面仅有微小裂缝。且混凝土破坏后荷载不会立刻减小，而是逐渐消失，说明混杂纤维对混凝土的延性也起到一定的改善作用。

图2 各种试件抗折破坏形态

4 结论

本文通过试验进行了不同体积掺量和混杂比对玄武岩-PVA混杂纤维混凝土力学性能的影响研究，得到如下结论：

（1）在基体混凝土中，无论是单掺纤维还是混掺纤维都对混凝土28d抗折强度有所提高，混杂纤维的改善效果要优于单掺纤维。其中1：1混杂纤维系列，在体积掺入率为0.4%时对混凝土的抗折强度改善效果最好，相较于原基体混凝土提升了38.0%。

（2）玄武岩纤维、PVA纤维、混杂纤维明显的改善了混凝土的破坏形态，其中混杂纤维的改善效果要优于两种单掺纤维，抗折破坏后开展裂缝也较小。