玻璃纖維與聚丙烯纖維混凝土的抗壓性能分析★

呂志恒 程 銘 蔣喜生 周奕輝 賈艷敏

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

混凝土在工程中應(yīng)用廣泛，但其本身存在易開(kāi)裂、韌性差等缺陷，這些弱點(diǎn)隨著混凝土強(qiáng)度的提高顯得尤為突出[1]。玻璃纖維具有高抗拉、高彈性模量的優(yōu)點(diǎn)，學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，耐堿玻璃纖維對(duì)改善混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度等有顯著的作用，并對(duì)混凝土的抗裂性有提高作用[1，2]。聚丙烯纖維在降低混凝土的脆性[3],提高混凝土抗彎、抗裂性能和增加韌性方面的作用顯著[4]。

1 試驗(yàn)材料及試件制作

1.1 試驗(yàn)材料

膠凝材料有水泥：P.O42.5；礦粉： S95級(jí)；粉煤灰和硅灰。纖維采用12 mm玻璃纖維(Glass Fiber)和聚丙烯纖維(Polypropylene Fiber)。粗骨料為5 mm～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石，壓碎值指標(biāo)14.87%。細(xì)骨料為天然河砂，細(xì)度模數(shù)2.66。采用聚羧酸系高性能減水劑，減水率25以上。試驗(yàn)用水為自來(lái)水。

1.2 配合比設(shè)計(jì)及試件制作

本試驗(yàn)采用三種不同水灰比，配合比設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 配合比設(shè)計(jì)

每組水灰比設(shè)七組試驗(yàn)，編號(hào)C0代表未摻入纖維的普通混凝土作為對(duì)照組，B1，B2，B3對(duì)應(yīng)玻璃纖維摻量為0.45%，0.90%和1.35%，J1，J2，J3對(duì)應(yīng)聚丙烯纖維摻量為0.45%，0.90%和1.35%。

根據(jù)GB/T 50081—2016普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)和JGJ/T 221—2010纖維混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程的試驗(yàn)要求，本試驗(yàn)制作邊長(zhǎng)100 mm的立方體試件，用于測(cè)定不同纖維摻量下混凝土的強(qiáng)度。

2 立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)與分析

表2為7 d和28 d立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，圖1為各組試件7 d立方體抗壓強(qiáng)度與28 d強(qiáng)度的比值，圖2,圖3為兩種纖維在單摻和復(fù)摻下對(duì)28 d立方體抗壓強(qiáng)度的影響。

1)分析圖1，摻入玻璃纖維后，Ⅰ組7 d立方體抗壓強(qiáng)度與28 d強(qiáng)度的比值先減小后增大，最大在B3(玻璃纖維摻量1.35%)時(shí)7 d立方體抗壓強(qiáng)度達(dá)到28 d抗壓強(qiáng)度的92%；Ⅱ組強(qiáng)度增長(zhǎng)與Ⅰ組類似，先減小后增大，在B3(玻璃纖維摻量1.35%)時(shí)7 d立方體抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)最快，達(dá)到28 d抗壓強(qiáng)度的84%；Ⅲ組7 d立方體抗壓強(qiáng)度中對(duì)照組C0增長(zhǎng)最快，為28 d抗壓強(qiáng)度的88%，隨著玻璃纖維的摻入，強(qiáng)度增長(zhǎng)出現(xiàn)不同程度減慢。摻入聚丙烯纖維后，三組試件除J2(聚丙烯纖維摻量0.90%)抗壓強(qiáng)度相對(duì)值大于對(duì)照組(達(dá)到28 d抗壓強(qiáng)度的81%)外，其他試件強(qiáng)度增長(zhǎng)速率均小于對(duì)照組。由此可見(jiàn)，在混凝土中摻入適量玻璃纖維對(duì)混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)有促進(jìn)作用。

水灰比越大，在水泥水化產(chǎn)物互相接觸形成空間網(wǎng)絡(luò)和填充空隙的時(shí)間更長(zhǎng)，因此水泥凝結(jié)硬化較慢，強(qiáng)度增長(zhǎng)速度慢，而在普通混凝土中加入玻璃纖維，纖維填充在空隙中，與水化產(chǎn)物粘結(jié)在一起，起到連接作用，從而增大混凝土早期強(qiáng)度。但比較發(fā)現(xiàn)，聚丙烯纖維沒(méi)有類似的作用。

表2 立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 MPa

2)單摻玻璃纖維時(shí)，由圖2可以看出，Ⅰ組立方體抗壓強(qiáng)度隨纖維體積率的增加而降低；玻璃纖維體積率在從0增加到0.90%時(shí)，Ⅱ，Ⅲ兩組混凝土立方體抗壓強(qiáng)度均有不同程度提高，其中Ⅱ組在玻璃纖維體積摻量為0.90%時(shí)強(qiáng)度相對(duì)C0提高了40.88%，當(dāng)玻璃纖維摻量繼續(xù)增加，達(dá)1.35%時(shí)Ⅱ組強(qiáng)度驟降，Ⅲ組強(qiáng)度繼續(xù)增加，最終相對(duì)對(duì)照組提升了39%。

單摻聚丙烯纖維時(shí)，分析圖3，Ⅰ組立方體抗壓強(qiáng)度曲線呈現(xiàn)直線下滑的趨勢(shì)；Ⅱ組強(qiáng)度在纖維摻量為0.45%時(shí)與對(duì)照組持平，而后隨纖維摻量增加而迅速降低；Ⅲ組強(qiáng)度先增后降，在纖維體積率為0.90%時(shí)最大，比對(duì)照組提升23%。

玻璃纖維在混凝土中均勻散布，與混凝土漿體粘結(jié)較好，在荷載作用下，混凝土出現(xiàn)裂縫，跨越裂縫區(qū)的玻璃纖維可承擔(dān)部分荷載作用，從而推遲裂縫的擴(kuò)展，使得混凝土抗壓強(qiáng)度提高；聚丙烯纖維在混凝土中分散性差，易粘結(jié)成團(tuán)[5]，發(fā)揮不出應(yīng)有的作用。水灰較大時(shí)，混凝土粘聚性變差，纖維在混凝土中的分散性不好，團(tuán)結(jié)在一起，導(dǎo)致與混凝土的粘結(jié)力下降。不難看出，纖維體積率越高，對(duì)強(qiáng)度的削弱越大。

3 結(jié)語(yǔ)

1)摻入適量的玻璃纖維對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度有一定程度的提高作用，但纖維摻量不應(yīng)過(guò)大。聚丙烯纖維僅在水灰比相對(duì)較小時(shí)且在低摻量下對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度有小幅提高作用。

2)隨著水灰比的增大，摻入同等體積率的玻璃纖維和聚丙烯纖維的混凝土強(qiáng)度下降明顯，水灰比大時(shí)，纖維分布不均勻，混凝土黏聚性變差、缺陷增多進(jìn)而強(qiáng)度降低。