淺談聚丙烯對水泥土抗壓、抗拉強度的影響

曹明緯 朱文旺 吳月勇 曹如意

（1.河海大學 土木與交通學院，江蘇 南京210098；2.河海大學 港口海岸與近海工程學院，江蘇 南京210098）

聚丙烯纖維是改善水泥基復合材料抗裂性和韌性的有效組成材料之一。 水泥土是將土、硅酸鹽水泥和水按一定比例拌合、搗實、養護而成的一種具有一定工程特性的材料，但水泥土的抗拉強度，抗裂性能差，采用在水泥土中摻入聚丙烯纖維的方法可以獲得比水泥土強度更高的纖維水泥土，通過聚丙烯吸收能量，大幅提高混凝土抗裂能力。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

水泥：采用P.C32.5 復合硅酸鹽水泥

土料：取南京鼓樓河海大學旁隧道用土，在室內攤開風干，粉碎結塊后用篩子篩去雜質。 土壤為輕土壤。

聚丙烯纖維：某國產聚丙烯材料，具體指標如下

纖維形狀：束狀單絲 截面形狀：Y 型

纖維直徑：31μm 密 度：0.91kg/m3： 長 度：6mm、12mm

抗拉強度：≥400MPa 斷裂伸長度：>1596 楊氏模量：≥3.5

導電性： 低 熔 點：165-175℃ 燃 點：590℃

1.2 試驗方法

水泥土抗拉和抗壓實驗采用7.07cm×7.07cm×7.07cm 立方體試模，水泥土水灰比為0.5，水泥摻量為12%，纖維摻量（體積比）分別為0、1%、1.5%。 進行無側限抗壓強度試驗時，壓力機以1.5-2.0kN/s 的速度連續而均勻的加荷直至試件破壞;進行抗拉強度試驗時，壓力機以0.2-0.3kN/s 的速度加荷直至試件破壞。

2 實驗結果和分析

2.1 聚丙烯纖維對水泥土抗壓強度的影響

圖1 聚丙烯纖維長度l 和含量w對水泥土抗壓強度的影響

圖2 聚丙烯纖維長度l 和含量w對水泥土抗拉強度的影響

從圖1 可以看出當w 在0-1%時， 抗壓強度σ 隨w 增加而增加，但增加速度減慢，當w 在1%到2%時，σ 隨w 增大而減小。 由此看出纖維含量在1%左右時σ 達到最大值，為1.75MPa（6mm 纖維），此后σ減少。 L 分別為6、12mm 時，σ 分別為1.75、1.83MPa，比素水泥土抗壓強度（1.42MPa）分別增加23.2%、28.9%。 所以適當摻入聚丙烯纖維可以增加水泥土抗壓強度，但纖維存在一個最佳摻量，為1%左右，超過這個最佳摻量反而會使σ 降低。 另外也可適當增加纖維長度來增加水泥土抗壓強度。

2.2 聚丙烯纖維對水泥土抗拉強度的影響

從圖2 可以看出抗拉強度σ 隨w 的變化趨勢與抗壓強度隨w 的變化趨勢相近，同樣是隨著w 的增加先增加再減小，存在一個現為最佳摻量，為1%左右。 當纖維摻量為1%時，6mm、12mm 的纖維水泥土抗拉強度分別達到最大為0.4、0.44MPa， 分別比素水泥土抗拉強度（0.3MPa）增加33.3%、46.7%。

3 機理分析

往水泥土中參入適量的聚丙烯纖維能顯著提高水泥土的抗壓和抗拉強度，原因是聚丙烯纖維細長，隨機分布在土體中，使其內部形成一種支撐體系。 在受力時聚丙烯纖維承擔了試樣剪切變形的部分應力，限制了試樣的變形從而增加了水泥土的抗壓和抗拉強度。 當纖維含量在1%時，纖維分布比較均勻，內部凝聚力較大，現為承擔應力左右最為明顯，為最佳摻量。當試件破壞時，如果水泥土與纖維間的作用力大于破壞力，則由纖維承擔所有荷載作用力，使水泥土在受到不斷增加的荷載作用時出現更多裂縫直至聚丙烯纖維被拉斷或拔出。因此適量摻入聚丙烯纖維可以增強水泥土的抗壓和抗拉強度。 同時，適當增加纖維長度，增加纖維在水泥土受力時承擔部分應力的能力，也增加了水泥土的強度，提高水泥土性能。

4 結語

通過研究可以得出，在水泥土中加入少量聚丙烯纖維可以顯著增加水泥土的抗壓和抗拉強度。但隨著纖維的增加，水泥土抗壓、抗拉強度會出現一個最大值，隨后會隨之減小，因此應適量摻入聚丙烯纖維來提高水泥土抗壓和抗拉強度。 同時，聚丙烯纖維長度適當增加也會增加水泥土的抗壓和抗拉強度。

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