超韌性纖維混凝土配合比實驗研究

【摘要】通過對不同體積摻量的聚丙烯纖維混凝土的研究表明，在本實驗參數范圍內，粉煤灰摻量為50%，砂膠比為1：1時，纖維的體積摻量在0.9%最好；當無粉煤灰，砂膠比為2.5時，纖維體積摻量為0.7時最好。

目前，關于纖維在混凝土中的作用，工程界與學術界均有不同觀點：有的認為，纖維的加入僅起到抗裂的作用，對力學性能指標沒有作用，甚至會降低強度指標。有的認為，適度的纖維摻量可以提高抗壓與抗折以及其他性能。本文的實驗方案是，大部分纖維被拉斷，部分纖維被拔出。通過RPC（鋼纖維混凝土）及ECC（工程水泥基復合材料）的研究經驗來看，若能保證纖維的分散性，則纖維的摻量越高，纖維混凝土的綜合性能越好。如目前指標最高的RPC抗壓強度可達250MPa，抗折強度達45MPa，均為加入4%的PVA或2%以上的RPC專用鋼纖維。為此，本本基于上述流動度較好的水泥基體研究基礎上，在目前使用的纖維分散性條件允許的條件下，盡量增加纖維的體積摻量來實現材料綜合性能的提升。通過試驗確定纖維的體積摻量在0.1%- 1.5%之間時，可基本保證纖維的良好分散性。具體試驗結果如下。

1.配合比試驗

由于粉煤灰的摻量比較大，為了不影響早期強度，本次試驗采用了二元復配的早強劑，主要成分為硫酸鈉、硝酸鈉。

在整個配置過程中，所有試件均表現出良好的保水性、粘聚性。

通過分析發現，由于優化組分的加入，各個配合比的性能均有很大提升。試驗過程中發現，表1序號1（水泥：粉煤灰：砂：優化組分：水=1：1：2：0.1：0.6），性能指標，尤其抗折指標已經不低于沒有粉煤灰配合比，且與40%，30%粉煤灰摻量的配合比相比，強度指標接近，且流態更好。為此，優先選用表1序號1配合比。考慮到實際施工地區可能沒有合格的粉煤灰的客觀條件，選取表沒有粉煤灰的配合比進行纖維混凝土的相關研究。但由于序號1、2的配合比的成本高，即使開發成功，也沒有應用的價值。為此，僅研究3，4的配合比，考慮到序號3，4配合比的粘結力明顯低于有粉煤灰的配合比，且砂率較大，為此，要求施工中必須對新老界面層進行嚴格的清理與潤濕處理，并在優化組分中增加膠凝材料的0.05%纖維素醚，以增強界面的粘結力，且在終凝前，應進行充分的打磨與壓實，以避免出現空鼓等現象。

通過試配發現，砂膠比為2.5時，通過增加纖維素增強粘聚力，仍可通過延長攪拌時間的方法，使纖維分散。當砂膠比增大到3以后，即使增加粘聚力，部分纖維仍然難以分散。

2.實驗結果分析

2.1破壞現象

（1）抗壓破壞

在所有試件抗壓試驗時，各個配合比的破壞現象基本相似。與素砂漿的脆性斷裂不同，大摻量纖維混凝土表現出良好的延性特征。當混凝土達到抗壓強度后，纖維混凝土試塊并沒有發生脆性破壞，而是呈現良好的延性破壞特性，抗壓應變達到2%時，其破壞呈現圖1（a）的形式，可見，試塊仍保持著良好的整體性。

（2）抗折破壞

砂膠比為1的破壞現象

當抗折試件達到抗折極限承載力后，電動抗折儀出現了突然的波動，此時，若停止加載，則整個抗折試件僅有一條微米級的裂紋，并沒有發生斷裂（此時我們把該狀態定義為極限抗折強度）。停止加載，則抗折儀保持在當前狀態。繼續加載則抗折強度繼續增長，通常仍能增長1-2Mpa以后，試件變形速度加快，最終斷開。原因是，當裂縫出現后，更多的纖維被拉緊，纖維受力更大，更多的纖維作用開始發揮，抵抗了由于混凝土退出工作而引起的裂紋進一步開展。可見，纖維混凝土表現出良好的延性破壞特征。考慮到工程實際，仍然把出現第一條微裂縫作為抗折強度指標。

砂膠比為2、2.5的破壞現象

抗折試件達到強度極限承載力后，電動抗折儀出現了波動，波動后不久很快出現急速下降，主裂縫開展很快，而砂膠比達到2.5以后，出現斷裂現象更加明顯，且纖維拉斷為主，分析原因可能是因為纖維與砂表面接觸較多，砂的尖角導致纖維斷裂。另外通過滾筒攪拌試驗發現，當砂膠比為1時，實驗室攪拌效果與工程現場攪拌效果基本相同，纖維分散性很好，可保證工程質量。而砂膠比在2以上后纖維偶有出現結團不分散現象。

3.結論

（1）砂膠比為2.5時，通過增加纖維素增強粘聚力，仍可通過延長攪拌時間的方法，使纖維分散。

（2）纖維體積摻量對7d的影響比28天的影響大一些，原因在于，28天后水泥基體水化更加充分，水泥基體的彈性模量變大，相同變形條件下，水泥基體所承擔的比重增加，相應纖維所承擔的荷載部分相應下降，但總體纖維承擔的荷載仍在增長。

（3）保證纖維的分散性，則隨著纖維體積摻量的增加，砂漿試塊的抗壓、抗折強度均有所增長。

參考文獻

[1] 龔意、沈榮熹、李海清，杜拉纖維在土建工程中的應用.機械工業出版社，2002.10

[2] 沈榮熹，低摻量纖維在混凝土中的作用機制.水泥基復合材料科學技術.北京：中國建材工業出版社，1999.

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

[4] 蘇建波，李士恩.杜拉纖維增強混凝土的力學性能研究.廣東土木與建筑，2011.1