简析聚丙烯纤维对混凝土强度的影响

(河南省交通规划设计研究院股份有限公司， 河南 郑州 451450)

1 聚丙烯纤维材料性质及作用

聚丙烯纤维混凝土是一种掺入少量短切聚丙烯纤维来增强或改善混凝土某些性能的复合材料，聚丙烯纤维对混凝土具有阻裂效果，在混凝土中掺入聚丙烯纤维的施工方法与常规混凝土的施工方法基本相同, 无需改变原设计混凝土的配比。一般情况下聚丙烯纤维的掺量为 0.6～1.2 kg/m3, 纤维长度为6～19 mm 。聚丙烯纤维呈白色、 半透明的网状或束状单丝结构，如图1所示, 在混凝土中搅拌时分散成丝状。

图1 聚丙烯纤维

聚丙烯纤维的材料性能见表1。

表1 聚丙烯纤维的物理性能比重/(kN·m-3)熔点/℃拉伸强度/MPa弹性模量/MPa长度/mm耐酸碱性0.91～0.93160～180≥500≥3 5006～19强

聚丙烯纤维在混凝土中的作用：

1) 减少或防止混凝土出现塑性收缩裂缝。混凝土在拌和、运输、浇筑、振捣、凝结硬化过程中，表面失水会导致塑性收缩和裂缝，掺加聚丙烯纤维的混凝土，可以减少或防止这种裂缝。由于聚丙烯纤维的弹性模量低于硬化混凝土，其对硬化混凝土的抗裂性能提高有限，对抗拉、抗弯强度提高也不大，但对混凝土韧性有一定程度提高。

2) 限制在外力作用下水泥基料中裂缝的扩展。在受荷(拉、弯)初期，水泥基料与纤维共同承受外力，而前者是外力的主要承受者；当基料发生开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。若纤维的体积掺量大于某一临界值，整个复合材料可继续承受较高的荷载，并产生较大的变形，直到纤维被拉断或纤维从基料中被拨出，以致复合材料破坏。与普通混凝土相比，纤维混凝土具有较高的抗拉与抗弯极限强度，尤以韧性提高的幅度为大。

2 原材料选用

1) 水泥：卫辉春江水泥厂生产的“春江”牌P.O42.5/P.O52.5级水泥，P.O42.5级水泥28 d胶砂强度47.2 MPa；P.O52.5级水泥28 d胶砂强度59.6 MPa。

2) 砂：河南信阳河砂，中砂，细度模数2.7，表观密度2.722 g /cm3，含泥量0.3%。

3) 碎石：荥阳贾峪碎石，粒径5～20 mm； 压碎值18.2%，针片状5.3%，表观密度2.753 g/cm3，级配良好。

4) 水：自来水，pH值为7。

5) 减水剂：大连西卡建筑材料有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂，pH值为4.5，碱含量1.8%，含气量3.5%，减水率27%，常压泌水率23%，固含量15.91%。

6) 聚丙烯纤维：泰安同伴聚丙烯纤维有限公司生产，长度19 mm。

3 试验方案

1) 在分析聚丙烯纤维对不同强度等级混凝土立方体抗压强度的影响时，试验选用 C40、C55 强度等级的普通混凝土，配合比见表2。

表2 试验配合比(1)强度等级原材料比例/(kg·m-3)P.O52.5水泥P.O42.5水泥粉煤灰碎石砂水外加剂聚丙烯纤维/%C40普通—359631 1637131524.642—C40纤维—359631 1637131524.6421C55普通441—491 1486751476.370—C55纤维441—491 1486751476.3701

2) 在分析聚丙烯纤维掺量对混凝土强度的影响时,试验选用C55强度等级的普通混凝土，聚丙烯纤维掺量为0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.3%、1.4%，见表3。

表3 试验配合比(2)序号原材料比例/(kg·m-3)P.O52.5水泥粉煤灰碎石砂水外加剂聚丙烯纤维/%1441491 1486751476.3700.42441491 1486751476.3700.63441491 1486751476.3700.84441491 1486751476.3701.05441491 1486751476.3701.26441491 1486751476.3701.37441491 1486751476.3701.4

4 试验结果及分析

4.1 聚丙烯纤维对不同强度等级混凝土立方体抗压强度的影响

由表4、图2和图3可以看出，C40聚丙烯纤维混凝土与C40普通混凝土相比：7 d立方体抗压强度由39.1 MPa提高至43.5 MPa,提高了11.0%，28 d立方体抗压强度由45.8 MPa提高至50.4 MPa，提高了10%；C55聚丙烯纤维混凝土与C55普通混凝土相比：7 d立方体抗压强度由55.3 MPa提高至56.2 MPa，提高了1.6%，28 d立方体抗压强度由63.8 MPa提高至65.1 MPa，提高了2%。

表4 普通混凝土与纤维混凝土强度MPa强度等级不同龄期混凝土强度(平均值)7 d28 dC55纤维56.265.1C55普通55.363.8C40纤维43.550.4C40普通39.145.8

图2 混凝土7 d抗压强度

图3 混凝土28 d抗压强度

4.2 聚丙烯纤维掺量对混凝土强度的影响

图4结果表明，在混凝土中掺入聚丙烯纤维后，混凝土7、28 d立方体抗压强度普遍提高，当聚丙烯纤维掺量从0.40%增大到1.0%时，随着聚丙烯纤维掺量的增加，混凝土的立方体抗压强度提高;当聚丙烯纤维掺量从1.0%增大到1.4%时，混凝土强度并未持续提高，反而出现回落，随聚丙烯纤维掺量的增加，混凝土坍落度降低，混凝土流动性变差，影响现场混凝土泵送质量，因此，纤维掺量应控制在1.0%以内。

图4 聚丙烯纤维掺量对混凝土抗压强度的影响

5 结论

1) 在基准混凝土中掺入聚丙烯纤维均可以提高C40、C55标号混凝土立方体抗压强度，C40聚丙烯纤维混凝土与C40普通混凝土相比，7 d立方体抗压强度提高了11.0%，28 d立方体抗压强度提高了10%；C55聚丙烯纤维混凝土与C55普通混凝土相比，7 d立方体抗压强度提高了1.6%，28 d立方体抗压强度提高了2%。

2) 对低标号混凝土立方体抗压强度的影响远大于对高标号混凝土立方体抗压强度的影响。

3) 聚丙烯纤维掺量在1.0%以下时，随着聚丙烯纤维掺量的增加，混凝土强度普遍提高；超过掺量1.0%后，随着聚丙烯纤维掺量的增加，强度不增反降，因此，纤维掺量应控制在1.0%以内。