淺談不同材料纖維摻料對混凝土強度及耐久性影響

摘要：以交通樞紐建設項目為背景，研究不同纖維摻料對混凝土抗壓強度和抗折強度的影響，旨在為建筑工程中混凝土材料的優化應用提供科學依據。通過試驗分析，得出以下結論：混凝土的抗壓強度與玄武巖纖維摻量呈線性關系，但當摻量超過一定閾值后，繼續增加纖維摻量對混凝土強度的提升效果逐漸減弱。氧化鋁纖維摻量與混凝土強度之間并非簡單的正向線性關系，在較低摻量下，氧化鋁纖維可以有效提升混凝土的抗壓強度；當纖維摻量超過某一臨界值時，過高的摻量反而會導致混凝土強度下降。隨著玄武巖纖維摻量的增加，其對混凝土抗折強度的提升效果逐漸減弱；而氧化鋁纖維摻量的增加，混凝土抗折強度呈現先增后減的趨勢。由此表明存在最佳摻量，超過此臨界值，纖維摻量過高反而降低抗折性能。

關鍵詞：實體工程；纖維摻量；抗壓強度；抗折強度

0" "引言

不同種類的纖維材料，例如鋼纖維、聚丙烯纖維以及碳纖維等，憑借其獨特的物理與化學特性，摻入混凝土后會從多維度對其產生影響。就強度層面而言，纖維能夠在混凝土內部構建起均勻的增強網絡架構，有力地阻礙裂縫的萌生與蔓延，進而顯著提升混凝土的抗壓、抗拉及抗彎強度。

李吉漢[1]通過基本力學性能試驗和抗沖擊試驗，研究玄武巖-聚丙烯混雜纖維混凝土的抗壓強度、抗折強度和抗沖擊韌性，提出了一種復合式混雜纖維混凝土道面結構。黃政宇[2]通過將硅灰與鋼纖維相結合，成功研制出了一種超高強混凝土材料，研究顯示，隨著鋼纖維的加入，該混凝土的強度和耐磨性顯著提高。羅健[3]的研究顯示，適量摻加碳纖維可提高輕骨料混凝土的抗壓強度，但過量則導致結構強度下降。王偉濤等[4]研究了不同氧化鋁纖維長度和體積摻量對混凝土抗壓和抗折性能的影響。結果顯示，隨著氧化鋁纖維體積摻量的增加，混凝土的抗壓與抗折強度先增后減。張著明[5]通過試驗分析表明，隨著玄武巖纖維摻量逐步增加，混凝土的抗折與抗壓強度表現出先升高后降低的變化趨勢。

本研究將結合實體工程，深入剖析不同材料纖維摻料對混凝土抗壓強度及抗折強度的具體影響，旨在為建筑工程中混凝土材料的優化應用提供堅實的科學依據與可靠參考。

1" "工程概況

1.1" "工程基本情況

交通樞紐及周邊配套設施建設項目，主要包括城市道路工程、橋涵工程。其中接駁線二及支線為河源北站（東源站）的進站道路。接駁線二起點接河源北站站內道路，路線沿贛深高鐵西側、梅龍高速東側布設，與康禾旅游公路平交后繼續向西南方向延伸。右幅接縣道X154 后改造利用既有道路，左幅下穿贛深高鐵后接回縣道X154。道路主線全長約3.131km（K0+000～K3+100）。接駁線二支線作為河源北站（東源站）的消防通道接河源北站站前廣場，向外延伸與接駁線二主線平交，全長0.42km。

1.2" "地貌特征

場地以河源盆地侵蝕地貌的低山丘陵區的緩坡結合溝谷低洼段為主，工程區地面高程介于50～125m。原地貌保持較好，植被較發育，地形起伏不大，地形坡度15～35°，現狀自然邊坡較穩定。總體場地地段地形地貌條件屬中等。

擬建工程區域附近大的地表水體主要為東江，其全長523km，河床平均寬273m。根據水文局、水文站資料，平均流量267m3/s。多年平均徑流量為62×109m3，最大洪峰為1.02×104m3/s，最小洪流量為0.79×104m3。距離本工程大于500m，對本工程建設影響小。工程內主要地表水體為沿線零星的小魚塘、山間小溪，山間小溪均采用箱涵的形式穿過，地表水對工程建設影響較小。

2" "試驗原料及制備

2.1" "試驗原料

在本項目中，以P·O42.5級普通硅酸鹽水泥作為核心膠凝材料，粗細骨料的選擇依據嚴格標準，其中粗骨料采用粒徑范圍在3～30mm的連續級配碎石，細骨料則選用河砂中的中砂部分，以此確保材料組成符合項目設計與施工要求，為整體工程質量奠定堅實基礎。減水劑采用普通高效減水劑。

試驗中使用的纖維包括短切玄武巖纖維和氧化鋁纖維均采購自當地某專業纖維公司。參照相關標準規范方法對各類纖維的主要性能進行了測試，測試結果匯總于表1中。

2.2" "混凝土配合比

該項目中，結合實際所需混凝土強度等級進行混凝土配合比設計，其配料信息見表2。

2.3" "試件制備

本文中，將玄武巖纖維的摻量范圍設定為0～5kg/m3。氧化鋁纖維的體積摻量則分別取0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%。備好纖維摻料后，按照所確定的混凝土配比，先將纖維、水泥、碎石以及砂等干料投入攪拌機中進行60s的干拌操作，檢查是否攪拌均勻。

若均勻性達到標準要求，則添加適量的水進行濕拌操作，且濕拌時長應隨著纖維摻量的增加而相應延長。在攪拌均勻后，把拌合料注入標準立方體鋼模以及標準棱柱體鋼模內，經過3d的養護后，進行脫模處理。將試件取出并放置于恒溫恒濕的標準養護室內繼續養護，直至28d養護周期完成，確保試件強度的穩定與可靠。

其中，立方體試件用于抗壓強度測試，棱柱體試件用于抗折強度測試，考慮到本次實體工程工期較為緊張，養護時間有限，為確保試驗結果與實際應用之間的良好關聯性，本研究選擇28d作為養護齡期進行試驗。

2.4" "試驗方法

依據相關規范的規定，采用標準測試方法測量混凝土試件的抗壓強度和抗折強度。慮到混凝土材料本身特性可能導致測試結果離散性較大，進而引發有效數據不足的問題，對于每種類型的混凝土試件進行抗壓和抗折試驗時，均嚴格重復測試3次。通過多次測量，有效降低隨機誤差對結果的影響，提高數據的可靠性與代表性。

最后以多組測試數據的平均強度作為試驗標準強度，從而為混凝土性能評估提供準確、穩定的數據基礎，保障后續相關工程應用與研究分析的科學性與有效性。

3" "試驗結果及分析

3.1" "抗壓強度

為研究不同纖維摻料對混凝土抗壓強度的影響，本研究選取同一配合比的混凝土，并分別摻入兩種不同類型的纖維。通過對比標準試件的抗壓強度，分析不同纖維摻料對混凝土性能的影響。

3.1.1" "摻加玄武巖纖維后的強度

玄武巖纖維摻量-抗壓強度關系如圖1所示。根據圖1所示可知，相較于素混凝土，摻加玄武巖纖維后，各組的抗壓強度均有所提升?？箟簭姸葟?8.4MPa不斷增長至38.5MPa、39.6MPa、40.2MPa、41.7MPa和37.6MPa，提升幅度分別為10.63%、13.8%、15.51%、19.83%、8.05%。特別地，當摻量為4kg/m3時，混凝土的抗壓強度達到峰

值，相比素混凝土的對照組，抗壓強度提升了約19.83%。但進一步增加摻量反而導致抗壓強度下降。

分析認為，當玄武巖纖維摻量超過4kg/m3時，纖維因其自身特性易發生纏繞與結團現象，這一情況會致使其分散均勻性顯著降低。由此水泥漿體無法充分、完整地包裹纖維，使得混凝土強度不一致。當受到外界應力作用時，這些內部缺陷部位極易成為應力集中點，進而引發破裂現象，對混凝土的整體性能產生不利影響。此外，過高的纖維摻量會吸收水分，影響水泥水化反應，降低抗壓強度。

3.1.2" "摻入氧化鋁纖維后的強度

氧化鋁纖維摻量-抗壓強度關系如圖2所示。從圖2可以看出，摻入氧化鋁纖維對混凝土抗壓強度產生了明顯影響，其提升幅度曲線隨纖維摻量的變化呈現出倒“√”形曲線關系。增加氧化鋁纖維的摻量，混凝土抗壓強度會隨之先提升再下降。

當氧化鋁纖維體積摻量為0.1%和0.2%時，混凝土抗壓強度分別提升了6.36%和6.97%，表明在較低摻量下，氧化鋁纖維可有效增強混凝土的抗壓性能。然而當纖維體積摻量增至0.3%時，抗壓強度僅比素混凝土提高了0.97%。進一步增加纖維摻量，混凝土抗壓強度繼續下降，相較于素混凝土強度分別降低了3.17%和6.82%。這說明氧化鋁纖維摻量與混凝土強度之間并非正向線性關系，過高的摻量反而不利于混凝土強度的提升。

分析認為，氧化鋁纖維作為混凝土強度的提升組分，具備卓越的強度特性。在混凝土基體中，其能夠有效連接并融合相互分離的區域，實現不同單位區塊框架體系間的連接，進而顯著提升混凝土基體框架體系的穩定性，為混凝土整體性能的優化提供有力支撐與保障。

3.2" "抗折強度

3.2.1" "摻加玄武巖纖維后的強度

玄武巖纖維摻量-抗折強度關系如圖3所示。根據圖3可知，在玄武巖纖維摻量為1kg時，其對混凝土抗折強度增益最大，增幅達12.44%，然而此后繼續增加摻量，對混凝土抗折強度的增幅效果越來越微弱，直至失去強度增益效果，該結果也與文獻[5]研究結果一致。

3.2.2" "摻入氧化鋁纖維后的強度

氧化鋁纖維摻量-抗折強度關系如圖4所示。由圖4可知，摻入氧化鋁纖維對混凝土的抗折強度產生了不同程度的影響。其強度變化規律與玄武巖纖維影響相似，隨著氧化鋁纖維摻量的增加，混凝土抗折強度的提升幅度曲線也呈現倒“√”形，峰值提升幅度達到7.8%，整體趨勢先增大后減小。

觀察抗折強度柱狀圖，當氧化鋁纖維體積摻量超出0.3%時，后續兩組試驗組所測得的混凝土抗折強度低于素混凝土對照組。與對照組相比，其抗折強度分別下降2.03%和7.64%。

由此可見，氧化鋁纖維并非摻量越高越好，過高的摻量反而會致使氧化鋁纖維混凝土的抗折強度降低，且相較于玄武巖纖維為混凝土抗折強度提升帶來的增益較小。

4" "結束語

本文以交通樞紐建設項目為背景，以實體工程所用的混凝土為研究對象，通過添加不同纖維摻量，研究了其對混凝土抗壓強度和抗折強度的影響。通過試驗數據分析，主要結論如下：

纖維混凝土的抗壓強度隨著玄武巖纖維摻量的增加而提升，但當摻量超過一定閾值后，繼續增加纖維摻量對混凝土強度的提升效果逐漸減弱。

氧化鋁纖維摻量與混凝土強度之間并非簡單的正向線性關系。在較低摻量下，氧化鋁纖維可以有效提升混凝土的抗壓強度；然而，纖維摻量超臨界值時，會致混凝土強度下降，二者呈負相關，超閾值后不再遵循正相關規律。

玄武巖纖維摻量不斷增加，會對混凝土抗折強度的提升效果逐漸減弱。但玄武巖纖維摻量超過5kg/m3時，纖維混凝土試件與素混凝土對照組的抗折強度無明顯差異。

氧化鋁纖維摻量的增加，使得混凝土抗折強度呈現先增后減的趨勢，表明存在最佳摻量。超過此臨界值，纖維摻量過高反而降低抗折性能。因此在實際應用中，需合理控制纖維摻量以確?；炷量拐坌阅艿奶嵘?/p>

參考文獻

[1]" 李吉漢. 機場道面纖維混凝土材料抗沖擊韌性及復合道面結構研究[D].南京：東南大學， 2023.

[2]" 黃政宇，劉強. 超高強高耐磨混凝土材料研究[J]. 湘潭大學自然科學學報，2009，31（1）：92-97.

[3]" 羅健，魏麗梅. 碳纖維摻量對輕骨料混凝土抗壓強度的影響[J].合成纖維， 2024， 53（9）： 62-64+70.

[4]" 王偉濤，洪剛，賀盛文，等. 氧化鋁纖維增強混凝土力學性能試驗研究[J]. 現代化工， 2024， 44（S1）： 124-128.

[5]""""" 張著明. 不同摻量玄武巖纖維對混凝土抗壓與抗折性能的影響[J].磚瓦， 2024（5）： 50-52.