摻加纖維的高強混凝土性能研究

周永甜

【摘 要】為了解決普通混凝土抗彎拉強度的缺點，本文選擇較常用的秸稈纖維、聚丙烯纖維、鋼纖維三種纖維，分別以不同方式摻入到膠凝材料中制得高強混凝土，研究不同纖維體積率對高強混凝土抗壓性能、抗折性能的影響程度的問題。

【關鍵詞】混合纖維高強混凝土；抗壓性能；抗折性能；纖維體積率

0 緒論

傳統的混凝土有其弱點，抗拉強度較低的脆性材料，不能承擔拉應力，抗沖擊強度及韌性差，自重大，比強度小，在承受荷載中，還有一定量的徐變。1910年，美國的博士H.F.Porter[1-4]提出了鋼纖維混凝土概念，發表了關于纖維混凝土的研究報告獲得了專利；1957年，由意大利蒙特卡蒂尼[1-4]（montecatini）公司首先實踐了等規聚丙烯的工業化生產，之后不久又將用于大規模生產聚丙烯纖維。纖維摻加到復合材料中有三個作用[5]：（1）阻止微裂縫的產生于發展；（2）提高基體的強度尤其是抗拉強度，在摻加的量一定時，混凝土基體的強度顯著提高；（3）荷載作用時，纖維可以承受拉應力使基體具有一定的韌性。高性能混凝土（High Perfoemance Concrete 縮寫HPC）的出現較晚，根據我國建設標準CECS207：2006《高性能混凝土應用技術規程》，高性能混凝土[6]是“采用常規材料和工藝生產的能夠保證混凝土結構所要求的各項力學性能，并具有高耐久性、高工作性和高體積穩定性的混凝土”。在混凝土結構中摻加纖維有助于克服上面所述的缺點，提高混凝土的抗彎強度、抗拉強度和抗剪強度，增強混凝土的韌性、抗沖擊性，改善混凝土的抗裂性、抗滲性以及耐磨性等等的性能，大大提高混凝土的耐久性，從而提高建筑物的使用壽命和質量。纖維混凝土是當今發展迅速的新型復合建筑材料，明顯的改善了混凝土的性能[7-9]，目前應用在建筑、交通、土木，水利等各個方面。

1 原材料

（1）所用材料：采用P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥，無實測強度；試驗所用粗骨料為卵石，最大粒徑為20mm，砂子采用中粗河砂，砂石級配良好，用水量使基準混凝土坍落度達（80±10）mm，減水劑采用萘系減水劑，減水率20%，砂率0.3，采用一級粉煤灰，其摻量為30%，粒化高爐磨細礦渣，摻量10%，聚丙烯纖維，秸稈纖維，城市自來水。

（2）材料的選用要求[10]：①水泥應選用強度等級不低于42.5級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥；②對強度等級為C60的混凝土，其粗骨料的最大粒徑不應大于31.5mm，對強度等級高于C60的混凝土，其粗骨料的最大粒徑不應大于25mm；針片狀顆粒含量不宜大于5.0%，含泥量不宜大于0.5%，泥塊含量不宜大于0.2%；③細骨料的細度模數應大于2.6；④配制高強混凝土時應摻加高效減水劑；⑤配制高強混凝土時，應摻加活性較好的礦物摻合料，且宜復合使用礦物摻合料。粗細骨料技術指標見表1。

表1 粗細骨料技術指標

2 配合比設計

2.1 配合比設計方法

根據《混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011）中普通混凝土配合比設計方法進行設計， 所用外加劑采用后摻法，計算高性能混凝土配合比，15L混凝土為基準的實驗室配合比見表2。

養護至28d，測得抗壓強度分別為66.8MPa、63.2MPa、56.6MPa，因此根據表3選擇第二組配合比作為基準配合比。

拌和之前，按照設計指標選擇所需要的石頭并將石頭沖洗干凈，篩選出大塊的泥塊等雜物。控制卵石的最大粒徑，高強混凝土的最大粒徑不得大于25mm；

按照配合比要求稱取相應質量的水泥、萘系高效減水劑、粉煤灰、粒化高爐礦渣、聚丙烯纖維、秸稈纖維進行攪拌至均勻，15min后之后加入粗、細骨料均勻攪拌，最后加水攪拌。拌合之后進行坍落度測試，然后將拌合物裝入刷好黃油的試模中，進行振搗密實，，自然養護至7d、28d測其強度。試驗所用各種材料用量見表3所示。

表2 15L混凝土為基準的實驗室配合比

表3 試驗配合比中各材料用量

注：第一個字母為摻加秸稈纖維，第二個字母為聚丙烯纖維，C00是代表高強素混凝土，SPC0.5為摻加0.5%的聚丙烯、秸稈混合纖維高強混凝土，SPC1.0為摻加1.0%的聚丙烯、秸稈混合纖維高強混凝土，SPC1.5代表摻加1.5%的聚丙烯、秸稈混合纖維高強混凝土。

2.2 實驗結果分析

通過對試件進行抗折強度和抗壓強度試驗，測定摻入同種纖維不同纖維體積率的抗壓強度、抗折強度，得出數據見表4和表5。

表4 28d立方體試件抗折性能試驗結果

表5 28d立方體試件抗壓性能試驗結果

由表4和表5得出：聚丙烯纖維、秸稈纖維的摻加，對28d齡期的混凝土抗折強度影響較為顯著，影響幅度為8.5%～16%之間，對抗壓強度影響并不明顯，并且從表中看出，隨著纖維摻加量增多，抗壓強度有所降低。

3 結論

配制高強混凝土所用的原材料符合材料選用的標準并采用合適的公式計算，避免拌合過程中出現離析泌水現象、最終的配制強度不達標等現象。纖維的摻加對混凝土的抗壓強度影響不太顯著，強度值差別不太大，并且隨著摻量的增加混凝土的抗壓強度有所降低。纖維的摻加對混凝土的抗折強度影響很顯著，但摻量增大，混凝土的抗折強度有減小的趨勢。

【參考文獻】

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[2]沈榮熹，崔琪，李清海.新型纖維增強水泥基復合材料[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[3]史小興，金劍.建筑工程纖維應用技術[M].北京：化學工業出版社，2007.

[4]湯寄予.纖維高強混凝土基本力學性能研究.鄭州：鄭州大學研究生學位論文，2003.

[5]沈榮熹，王璋水，崔玉忠.纖維增強水泥與纖維增強混凝土[M].北京：化學工業出版社，2006.

[6]宋少民，王林.混凝土學[M].武漢：武漢理工大學出版社，2013.

[7]黃承逵.纖維混凝土結構[M].北京：機械工業出版社.2004.

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[9]劉新榮，祝云華，李曉紅.隧道鋼纖維噴射混凝土單層襯砌試驗研究[J].巖石力學，2009，30（8）：2319-2323.

[10]中華人民共和國國家標準.普通混凝土用砂、石質量標準及檢驗方法標準（JGJ52—2006）[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[責任編輯：朱麗娜]