混雜纖維混凝土的力學性能及應用分析

李昕　李海英

摘 要：纖維在混凝土中的應用日益廣泛，但由于纖維的性能和尺度不同，混凝土的力學性能亦不同。筆者從纖維混凝土入手，通過試驗研究混雜纖維混凝土與普通混凝土的抗壓強度、抗折強度及劈裂抗拉強度等力學性能，最后提出在實際工程中的應用，以期對以后混雜纖維混凝土的進一步研究有所裨益。

關鍵詞：混雜纖維；混凝土；力學性能；應用

纖維混凝土是由抗裂性大、彈性模量高的纖維和抗拉強度不同的混凝土組合而成的復合材料，具有提高基材抗拉強度、阻止擴展基材中的缺陷、延緩新裂紋出現、增強基材變形能力等特點，在土木工程中逐步得到廣泛的應用。纖維的種類不同對混凝土力學性能的影響亦不同，經不同纖維的單摻和混雜試驗，比較混雜纖維材料間的性能，以產生性能可靠，社會與經濟效益均理想的纖維材料。

1 試驗原材料及配合比

水泥：普通硅膠鹽水泥，粗集料：粒徑為5-10mm的碎石，細集料：細度模數為2.65的中粗河沙，減水劑：具有高效早強等特點，其摻量為水泥量的1.2%，纖維：纖維種類及其性能指標如下表1.

經正交試驗計算得出普通混凝土最優配合比水泥：水：石子：沙：減水劑=1：0.4：1.8：2.2：0.012，1m3普通混凝土水泥使用量450kg/m3，再分別依次摻入仿鋼纖維、聚丙烯纖維、鋼纖維等配制成普通混凝土。

2 力學性能比較

與普通混凝土相比，摻加適量混雜纖維的混凝土各種強度均明顯提高，主要體現在以下幾個方面：（1）若仿鋼纖維摻量為0.6%時，則混雜混凝土的抗壓、抗折、抗拉等強度均提高；（2）若聚丙烯纖維摻量為0.9kg/m3時，混雜纖維混凝土的各項強度指標均有一定程度的提高；（3）若聚丙烯纖維摻量為0.1%，同時仿鋼纖維摻量為0.6%時，混雜纖維混凝土的各項強度均有很大程度的提高，且各項強度指標綜合最優。混雜纖維混凝土既可提高混凝土的抗壓強度、抗折強度及劈裂抗拉強度，又可抑制混凝土裂縫的出現，而普通混凝土裂縫寬度較大，損害程度較嚴重，且損害多發在骨科斷裂處；混雜纖維混凝土試塊裂而不碎，整體性較好，表明混雜纖維的合理使用可充分發揮不同纖維的優良性能，既可增強混雜纖維混凝土的各項強度，又可阻止混凝土裂縫的進一步發展。

經試驗測得混雜纖維混凝土的力學性能如下表2。

由表2可知，與仿鋼纖維和聚丙烯纖維相比，鋼纖維對混雜纖維混凝土的增強效果較好，原因在于鋼纖維的高彈性模量和與水泥砂漿機體的強咬合力。鋼纖維28d抗壓強度、抗折強度及劈裂抗拉強度均高于普通混凝土，而仿鋼纖維與聚丙烯纖維的各項強度均較普通混凝土有一定程度提高，而提高幅度均低于鋼纖維和混雜纖維。鋼纖維對混凝土的各項強度提高較明顯，但鋼纖維所配制成的混凝土成本較高，比重較大，攪拌時不易分散，且很容易出現銹蝕；由仿鋼纖維與聚丙烯纖維摻合而成的混雜纖維具有較好的分散性，雖強度不及鋼纖維，但差別并不明顯，成本較低，在某些混凝土中可取代鋼纖維的應用。

3 在實際工程中應用

3.1 混雜纖維在地鐵等隧道工程中應用

與國外混雜纖維的應用相比，國內混雜纖維的相關研究起步較晚，研究及應用均落后于發達國家。但近年來發展較快，已逐步進入實質性的試驗研究及應用階段，如上海地鐵建設公司攜手同濟大學混凝土材料研究重點實驗室開展混雜纖維混凝土管片的研究，從材料、制造和結構檢測這3個方面分析并研究地鐵隧道混雜纖維混凝土管片的新技術，并在上海市M6地鐵線建立鋼纖維混凝土管片試驗段50m，并設置不同功能的應變膜系統、鋼筋計系統和光纖光柵傳感器系統等組合成地鐵隧道安全監控系統，并定時記錄地鐵管片在施工及運行中的變形、應力數據，并系統分析地鐵管片的優點及特性。數據表明，此地鐵試驗段工作狀況安全可靠，且狀態良好。

3.2 混雜纖維在加固工程中應用

混雜纖維在加固工程中的應用日益普遍，為增強混雜纖維混凝土的加固效果，在應用中應注意以下幾個方面的問題：（1）參照混雜纖維混凝土在建筑或橋梁修補及加固工程中的應用資料，選擇材料、設計配合比和正交試驗，然后分析混雜纖維混凝土中不同纖維摻量對混凝土纖維力學性能的影響，以確定最佳纖維摻量和混雜比例；（2）重視混凝土力學性能試驗的加載裝置，IMP動態數據采集，測試儀器安裝與調試，并結合符合材料理論、纖維間距理論及斷裂力學理論等進一步分析混雜纖維在加固工程中應用的加固與增韌機理。

混雜纖維混凝土是一種力學性能優良的工程材料，與普通混凝土相比，具有較好的抗壓強度、抗拉強度及劈裂中抗折強度，可在很大程度上延長工程竣工后的使用壽命，且有效解決普通混凝土路面出現磨損、碎裂、斷裂等問題，具有良好的應用價值和前景。

參考文獻

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基金項目：論文為“不同摻量的木質素纖維混凝土的基本力學性質實驗研究”的成果之一，項目編號：2014QJ02。