钢 聚丙烯混杂纤维混凝土的试验研究
隋本贵
[摘 要]本文在“最紧密堆积”为设计理念，研究了耐碱玻璃纤维和聚丙烯纤维以及二元混杂纤维改性混凝土的基本力学性能、早期抵抗塑性开裂及对后期抗渗性能的影响。
[关键词]混杂纤维；混杂系数；塑性开裂；渗透系数
中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）25-0120-01
1 概述
本试验又着重研究了不同尺度和不同性能的纤维混杂增强，使其在混凝土中不同结构和不同性能层次上逐级阻裂与强化，充分发挥各个纤维的尺度和性能效应，并在不同尺度和性能层次上相互激发、相互补充，达到取长补短、造就高性能，以及提高抗裂能力进而提高混凝土的耐久性的目的。
2 原材料及试验方法
2.1 试验用原材料
烟台三菱水泥P.O42.5R；烟台电厂生产的Ⅱ级粉煤灰；粗集料为5mm～20mm的碎石；细集料为细度模数为2.8的中砂；聚丙烯纤维是泰安生产的TB-19型纤维，推荐掺量为1000g/m3耐碱玻璃纤维采用的是北京生产的ARW70型纤维，推荐掺量为1100g/m3；烟台三联生产的YJ2-Ⅱ型高效减水剂，减水率为15%～18%。混凝土配合比如表1所示。
2.2 试验方法
依據GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》测定混凝土抗压和劈裂抗拉强度，通过对单掺及二元混杂纤维混凝土混杂系数的探讨，确定其对力学性能上的改性效果；依据圣·乔治州立大学的PaulP.Kraai教授所提出的砂浆及混凝土干燥收缩裂缝测试方法进行试验，比较纤维单掺及二元掺加对混凝土早期塑性收缩性能的影响；依据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》，分析比较单掺及混合掺入纤维对改性混凝土渗透性能的影响。
3 试验结果与分析
3.1 纤维单掺及二元混杂对混凝土力学性能的影响
在表征混杂纤维对混凝土力学性能的作用时，有研究者引入混杂系数这一概念来比较混杂效果的好坏。通过混杂系数可以方便地得到纤维掺量匹配时对混凝土强度的影响，当时为正混杂效应，当时为负混杂效应。试验结果如表2、表3所示。
从表2可以看出，聚丙烯纤维（PP）与玻璃纤维（GF）混杂抗压强度的混杂系数为7d：0.97，28d：0.98，均呈现负混杂效应，但从强度的绝对降低值来看并不影响其力学性能；对混凝土劈裂抗拉强度的混杂系数为7d：1.02，28d：1.08，均呈现正效应，聚丙烯纤维和耐碱玻璃纤维混合增强混凝土对混凝土劈裂抗拉强度的提高有积极作用，从表3中可以看出28d劈裂抗拉强度最大可提高22%。当在高性能混凝土中少量掺入这两种纤维时，混凝土的韧性得以显著的提高主要得益于纤维的阻裂机制：一方面，弹性模量高的玻璃纤维起增强材料的作用，当混凝土中的微小裂纹在外载作用下发生扩展时，纤维横跨在裂纹之间起桥接作用，缓解了裂缝尖端的应力集中，增加了裂缝的扩展阻力，提高了混凝土的断裂能；另一方面，弹性模量比混凝土低，但断裂延伸率要大得多的聚丙烯纤维能显著提高纤维增强混凝土的裂后变形能力，形成所谓的多点开裂，上述混杂系数也清楚地表明了这一点。正是这二者的协同作用提高了混凝土物理力学性能，体现了比不掺或单掺纤维性能好的特点。
3.2 纤维单掺及二元混杂对混凝土早期塑性收缩性能的影响
通过计算混杂纤维和单掺纤维混凝土的抗开裂性能比和开裂指数可以看出，不管是单掺还是混掺纤维，均能减少砂浆的塑性干缩裂缝，单在最佳掺量下，三种掺加形式对减少塑性干缩裂缝作用大小的排序为：混掺>单掺PP>单掺GF。
3.3 纤维单掺及二元混杂对混凝土渗透性能的影响
采用抗渗试验法，测定结果为单掺PP渗透系数为4.7，单掺GF为5.5，而混为5.8，相比空白对照组抗渗效果明显。说明在适当掺量下，纤维能均匀地分布于混凝土中，在早期能有效地抑制混凝土中塑性收缩裂缝的宽度以及减少了混凝土贯穿孔的产生和发展，从而对后期抗渗性的提高必然有积极作用。
4 结论
第一，纤维改性混凝土对抗压强度为负影响，对劈裂抗拉强度为正影响；二元混杂纤维混凝土7d和28d的抗压强度的混杂系数为小于1的值，呈现负混杂效应；而7d和28d劈裂抗拉强度混杂系数为大于1的值，呈现正混杂效应。第二，二元混杂纤维比单掺纤维的能更好的抑制混凝土早期塑性开裂，抗开裂性能约提高50%。第三，聚丙烯纤维和耐碱玻璃纤维及二元混杂纤维对混凝土的抗渗性能都有所提高，但提高效果不是很明显。
参考文献
[1] 吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土.中国铁道出版社，1994：18～24.
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