东莞市振惠通永兴混凝土有限公司
摘要：用于混凝土的聚烯烃纤维按原料与纤维尺度可分为聚丙烯细纤维与聚 烯烃粗纤维两类.前者主要用于防止或减少混凝土的早期收缩裂缝,并可防止混凝土在火灾中发生爆裂.后者主要用于提高混凝土的变形能力,增进混凝土的韧性、 抗冲击性与抗疲劳性.文章分别介绍了两类聚烯烃纤维的特性、主要品种以及在混凝土中的作用机制,并列举了在国内外混凝土工程中的应用实例.
关键词：粗合成纤维；抗弯韧性；剩余强度；混凝土；配合比；纤维掺量
1 聚烯烃粗合成纤维材性试验概况
1.1纤维材性
聚烯烃粗合成纤维（聚丙烯与聚乙烯的共聚物）力学性能指标见表1。圆丝浪形钢纤维由江西赣州大业金属纤维有限公司提供，直径和长度分别为0.9mm和50mm，强度均为700MPA。
1.3聚烯烃粗合成纤维试件制作
试件尺寸为100mm×100mm×400mm。制作试件时，先将称好的砂、水泥、石依次放入搅拌机，干拌2mｉｎ，再将水分2次或3次加入，将纤维分散加入并搅拌3mｉｎ左右，混凝土搅拌好后倒入模具内振捣并抹平，浇注24ｈ后脱模并在标准养护室养护28ｄ，试验前3ｈ从养护室取出晾干，试件编号及纤维掺量见表3。
1.4聚烯烃粗合成纤维试验方法
抗弯韧性试验在Instron1343伺服系统机上采用三分点加载方式进行，试件跨度为300mm，采用恒位移控制加载，加载速率为0.10mm.s-1。挠度测定时将夹式引伸仪置于试件的中性轴来测定试件的挠度，计算机自动记录数据，并自动绘制荷载-挠度曲线，抗弯韧性试验测试装置如图1所示。
2 聚烯烃粗合成纤维试验结果与分析
2.1破坏过程及形式
单掺或混掺粗合成纤维后，试件具有很好的抗弯韧性，呈延性破坏，各抗弯韧性指数随着纤维掺量的增加而增大。当基体强度为C25时，各试件的抗弯强度相差较小。开裂前，荷载增长较快，荷载-挠度曲线呈直线上升趋势；开裂后，挠度增长速度加快，曲线斜率略有下降；当荷载达到峰值以后，荷载迅速下降，挠度也随之有较大增长，试件中部有明显的裂缝出现，之后裂缝缓慢向上发展，裂缝处纤维被逐渐拔出，纤维起到了很好的连接增韧作用。然后荷载缓慢下降，但有部分试件荷载保持不变或略有上升，裂缝逐渐变宽，挠度增大直至试件破坏。当基体强度为C50时，各试件的抗弯强度同样相差较小，抗弯强度比基体强度为Ｃ25时有明显的增大。3种合成纤维混掺后的试件明显呈延性破坏；单掺钢纤维的试件有较高的峰值荷载，但是开裂后荷载下降较快，然后荷载保持在较低值；粗合成纤维与钢纤维混掺的试件，呈现出良好的延性，粗合成纤维和钢纤维能够发挥各自作用，使试件在出现裂缝后，仍保持较高的荷载，起到了很好的增强增韧作用。
2.2抗弯韧性指数
由表4可以看出：
（1）对于基体强度为C25和C50的合成纤维混凝土试件，随着纤维掺量的增加，抗弯韧性指数明显增加。直径为0.5mm的纤维，当掺量由6KG.m-3增加到11KG.m-3时，抗弯韧性指数I5比素混凝土提高了2.3-3.7倍，抗弯韧性指数I10比素混凝土提高了4.0-7.8倍，抗弯韧性指数I30比素混凝土提高了9.6-18.5倍。直径为0.8mm的纤维，当掺量由6KG.m-3增加到11KG.m-3时，抗弯韧性指数I5比素混凝土提高了1.6-2.7倍，I10比素混凝土提高了2.7-4.8倍，I30比素混凝土提高了7.2-11.2倍。直径为1mm的纤维，当掺量由6KG.m-3增加到11KG.m-3时，抗弯韧性指数I5，I10，I30分别比素混凝土提高了1.5～2.7，4～5.8，8.9～14.7倍。
（2）当基体强度提高时，抗弯韧性指数略有上升。如单掺直径0.8mm的合成纤维，当基体强度由C25增加到C50时，抗弯韧性指数I30分别由9.1，9.6，12.0增加到9.2，11.8，12.2。
（3）纤维直径对抗弯韧性指数的影响规律不明确，但从总体上看，掺入直径1mm纤维的试件，其抗弯韧性指数比直径为0.5mm或0.8mm纤维的试件小。为改善韧性，宜选用直径相对较小的纤维。
（4）混掺钢纤维和合成纤维对于改善混凝土裂后行为效果显著，特别对于提高I30效果非常显著。当基体强度为C35时，3种合成纤维混掺后试件的抗弯韧性指数I5，I10，I30分别比素混凝土提高了3.1，5.3，12.0倍；单掺钢纤维后试件的抗弯韧性指数I5，I10，I30分别比素混凝土提高了3.6，4.9，9.6倍；同时掺入合成纤维和钢纤维后试件的抗弯韧性指数I5，I10，I30分别比素混凝土提高了3.8，5.8，18.1倍。合成纤维与钢纤维共同作用，使抗弯韧性指数得到有效提高。
（5）剩余强度随纤维掺量的增加而提高，如基体强度为C25、单掺直径1mm纤维的试件，掺量分别为6.8，11KG.m-3时，剩余强度分别为1.15，1.70，2.2mpa。
（6）合成纤维与钢纤维混掺后，对于改善试件剩余强度效果明显。3种合成纤维混掺后剩余强度为1.54mpa，单掺钢纤维后剩余强度为1.31mpa，合成纤维与钢纤维混掺后的剩余强度达到了3.21mpa，高于上述2种掺法剩余强度之和。
由表5可知，纤维掺量增加对提高抗弯韧性指标效果明显。当基体强度为C25和C50时，3种合成纤维单掺的试件，抗弯韧性指标Ｔb和韧度因子珋σ随纤维掺量的增加而增加。混掺3种合成纤维的混凝土试件韧度
因子珋σ为1.71Mpa，单掺钢纤维的混凝土试件韧度因子珋σ为1.46Mpa，同时混掺合成纤维和钢纤维的试件韧度因子珋σ达到了3.24Mpa4，远高于其他试件。可见，这种混掺方式可有效提高混凝土试件的韧性。
2.2.1聚烯烃粗合成纤维新评价方法
上述方法可以评价纤维对混凝土的增韧效果，但也存在不足之处，美国ASTM方法中的抗弯韧性指数对初裂挠度要求较高，但初裂点不易确定且其离散性较大，不同试验者采用的方法也各不相同，要想取得准确的荷载-挠度曲线，对试验机要求较高；日本JSCE方法中峰值荷载容易确定，但不能反映纤维对混凝土开裂后的增韧作用。由荷载-挠度曲线可知，粗合成纤维混凝土具有良好的延性，峰值荷载后仍可保持较高水平，甚至有上升的趋势，试件挠度为2mm时，纤维对韧性的作用还很明显，挠度大于2mm后，伺服试验机费时且纤维增韧作用下降，为了较好地反映粗合成纤维的增韧效果，剩余强度计算可以将梁挠度为2MM作为结束标准。建议剩余强度SAR为
采用新评价方法与表4相比，单掺合成纤维试件剩余强度SAR变化较小，变化幅度在3％以内，但是单掺钢纤维试件采用新评价方法计算，其剩余强度SAR减小了6.85％，3种合成纤维混掺后剩余强度SAR增加了4.54％。粗合成纤维可有效提高混凝土试件韧性，峰值荷载后可保持较高的荷载，而单掺钢纤维试件在峰值荷载后，荷载下降较快，延性较差。采用此评价方法可充分反映合成纤维混凝土具有良好的阻裂能力和变形特性。
结束语
钢筋混凝土结构和构件的各种受力反映和安全性主要取决于混凝土的力学性能。了解水泥混凝土主要组成材料的性质和其对混凝土的性能的影响，对降低工程成本提高工程质量具有实际意义。普通混凝土易裂，严重影响结构耐久性，掺入纤维后，可有效改善抗裂性。
参考文献
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论文作者:欧健康
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/9
标签：混凝土论文; 合成纤维论文; 韧性论文; 荷载论文; 纤维论文; 强度论文; 挠度论文; 《基层建设》2017年第23期论文;