聚丙烯纖維水泥混凝土試驗性能探析

李嘉卿

（廣東省公路工程質量監測中心， 廣東 廣州 510000）

1 試驗內容與設計方案

1.1 試驗內容

本試驗內容是研究摻入不同量的聚丙烯纖維后，混凝土所具備的抗折、抗壓和抗沖擊能力情況，通過標準混凝土試塊在力學試驗機得到數據，探討聚丙烯纖維水泥的力學性能變化規律。

1.2 設計方案

（1）制備四組分別摻入 0.5kg/m3、0.7kg/m3、0.9kg/m3的聚丙烯纖維材料的混凝土和無摻入聚丙烯纖維材料的混凝土。

（2）按標準試件澆筑試塊，每組試件在養護室按規范標準分別養護3d、7d、28d和60d。

（3）養護到期后將試塊放入力學試驗機進行各項性能檢測試驗，混凝土性能測試按《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[1]進行。

2 原材料的選用

在原材料中，選擇達到相關規定標準的水泥、中砂、碎石、聚丙烯纖維、減水劑和水[2]。選用42.5R級普通水泥；選用兩級配碎石，其中2.36mm - 9.5mm的物料占粗骨料總量的30%，9.5mm - 19mm的物料占粗骨料總量的70%；選用美國產杜拉聚丙烯纖維；選用“三圣”牌萘系高效減水劑；選用市政自來水。

3 試驗研究方法

3.1 抗折強度檢測試驗

混凝土抗折性能試驗中，試驗機加載速度保持在0.05 - 0.08MPa/s，持續到試件發生斷裂為止，記錄最大荷載[3]。混凝土試件的抗折強度（fc）主要與試件截面的寬度（b）、高度（h）、支座間的距離（L）以及其試件破壞時所承受的荷載大小（F）存有變量關系，具體計算公式為：

若三個試件中，存在一個斷裂面未位于兩個荷載作用線之間，而處于作用線外側，那么應當將此取值舍去，使用另外兩個試件所獲得的結果計算其平均值作為最終的結果。檢驗的方法是若數值之間的差值數小于其較小值的 15%，就可以將這兩個計算的試驗數值最為最終數據，算其平均值作為混凝土的抗折強度，否則需要才重新開展試驗。

3.2 抗壓強度檢測試驗

混凝土抗壓性能試驗中，試驗機加載速度保持在0.5 - 0.8MPa/s，當試件快要破壞時，變形速度增快，停止調整試驗機油門，直到試件破壞，記錄最大荷載[4]。混凝土試件的抗壓強度（fcu）計算主要與其承壓尺寸的大小（A）和試件破壞時負荷的大小（F）以及進行計算，具體計算需要按如下公式：

3.3 抗沖擊性檢測試驗

混凝土抗沖擊性能試驗中，使8kg的鋼球，從高度為25cm的地方做自由落體動作，向下砸中試件，當試件裂縫大于3mm時，記錄下此時一共沖擊的次數，每一組試驗都需要舍掉最大和最小值，最后結果為剩余3個數據的均值[5]。

4 試驗數據

4.1 抗折強度檢測結果

本試驗的物料配比情況為395kg水泥、190kg水、720kg砂、1145kg集料和165.8g減水劑，在此基礎上分別摻入0、0.5kg、0.7kg、0.9kg聚丙烯纖維材料。加入不同量的聚丙烯纖維，且在標養室標準養護 28d后的混凝土所具備的抗折強度檢測結果為：沒有摻加聚丙烯纖維混凝土抗折強度為5.6MPa，摻入0.5kg/m3、0.7kg/m3、0.9kg/m3纖維的混凝土抗折強度分別為5.7MPa、5.7MPa和5.8MPa。

4.2 抗壓強度檢測結果

加入不同量的聚丙烯纖維，在標養室養護3d，7d，28d以及60d后的混凝土所具備的抗壓強度檢測結果為：不摻入聚丙烯纖維的混凝土在養護室3天、7天、28天、60天后其抗壓強度分別為21.7MPa、30.1MPa、41.7MPa和51.7MPa。摻入0.5kg/m3纖維的混凝土在養護室3天、7天、28天、60天后其抗壓強度分別為22.3 MPa、31.4 MPa、42.5 MPa、52.5 MPa。摻入0.7kg/m3纖維的混凝土在養護室3天、7天、28天、60天后其抗壓強度分別為23.6 MPa、32.5MPa、44.5MPa和55.3MPa。摻入0.9kg/m3纖維的混凝土在養護室3天、7天、28天、60天后其抗壓強度分別為 23.1MPa、31.7MPa、43.1MPa和 54.5MPa。

4.3 抗沖擊能力檢測結果

加入不同量的聚丙烯纖維的混凝土抗沖擊強度測試結果為：不摻入聚丙烯纖維的混凝土初次裂開的沖擊次數為45次，破壞沖擊次數為54次。摻入0.5kg/m3纖維的混凝土初次裂開的沖擊次數為90次，破壞沖擊次數為99次。摻入0.7kg/m3纖維的混凝土初次裂開的沖擊次數為112次，破壞沖擊次數為122次。摻入0.9kg/m3纖維的混凝土初次裂開的沖擊次數為114次，破壞沖擊次數為125次。

5 結論

通過上述試驗數據，可以得到聚丙烯纖維混凝土各項性能的一些變化規律，能夠在一定程度上幫助施工單位配比出高效聚丙烯纖維混凝土。研究表明：

（1）在抗折強度方面，當聚丙烯纖維的摻入量在0.7kg/m3時，其抗折強度最大，相較于對照組高了7.1%。聚丙烯纖維的摻入量在0.9kg/m3時，則沒有明顯提升。可見抗折強度的提升應當是隨著纖維逐漸均勻而逐漸提升，并不是單純因為纖維數量的增加，因此在實際施工中要注意最佳纖維摻入量的確定。

（2）在抗壓強度方面，當其聚丙烯纖維的摻入量在0.7kg/m3時，其四種養護天數的混凝土抗壓強度性能均達到最優。當聚丙烯纖維摻入量為0.7kg/m3時，養護3天的較對照組的混凝土強度要高8.8%，養護7天的較對照組的混凝土強度要高7.8%，養護28天的較對照組的混凝土強度要高7.1%，養護60天的較對照組的混凝土強度要高6.8%。聚丙烯纖維混凝土抗壓強度與養護時長無明顯變量關系。

（3）在抗沖擊能力方面，隨著聚丙烯纖維摻入的數量增多，其具備的抗沖擊能力也更加優越，就抗沖擊試驗中的對照組（不摻入聚丙烯纖維）與其他組相比較而言，摻入一定量的聚丙烯纖維能夠大幅度增強混凝土的抗沖擊能力。

[1]普通混凝土力學性能試驗方法標準GB/T 50081-2002

[2]龔益,沈榮熹,李清海.杜拉纖維在土建工程中的應用[M].北京:機械工業出版社,2002.

[3]程慶國.全國第七屆纖維水泥與纖維混凝土學術會議論文集[M].北京:中國鐵道出版社,1998.

[4]張松.聚丙稀纖維混凝土力學性能的試驗研究[J].價值工程,2011,30(06):168.

[5]魏祥標.聚丙烯纖維水泥混凝土試驗性能研究[J].山西建筑,2016,42(33):113-114.