聚丙烯纖維混凝土基本力學性能

劉 文 李曉路

（寧夏大學 土木與水利工程學院， 寧夏 銀川 750021）

聚丙烯纖維混凝土基本力學性能

劉 文 李曉路

（寧夏大學 土木與水利工程學院， 寧夏 銀川 750021）

聚丙烯纖維是一種高強聚丙烯束狀單絲纖維，具有性價比高、抗裂性能優良、分散性極佳等特點。針對 C30混凝土強度等級，研究了聚丙烯纖維摻量為 0.4%、0.8%、1.2%，粉煤灰摻量為 10%、20%、30%情況下，混凝土試塊的抗壓和劈裂拉伸性能。試驗結果表明，在摻入粉煤灰和聚丙烯纖維情況下，當粉煤灰摻量為20%，聚丙烯纖維摻量為0.8%時，抗壓強度達到最大值；對于劈裂拉伸強度，當粉煤灰摻量為30%，聚丙烯纖維摻量為1.2%時，劈裂拉伸強度達到最大值?？梢姡郾├w維對混凝土的抗壓強度和劈裂拉伸強度具有增強、增韌的效果。

粉煤灰；聚丙烯纖維；力學性能

在工程實際中，以混凝土結構占主導地位，混凝土結構由于內外因素的作用不可避免地存在裂縫，而裂縫是混凝土結構物承載能力、耐久性及防水性降低的主要原因。因此，抑制混凝土裂縫的開展具有重要意義。大量研究表明，在混凝土中摻入纖維可以有效地抑制裂縫的開展[1]、增加混凝土韌性、降低混凝土脆性，提高混凝土抗拉抗裂能力。纖維作為增韌增強材料已經被廣泛地應用于混凝土工程中[2]。

對于聚丙烯纖維，它具有能防止或減少裂縫、改善長期工作性能、提高變形能力和耐久性等優點[3]，在素混凝土中加入聚丙烯纖維之后，有助于減少混凝土的泌水,并降低其在塑性狀態下的收縮率[4]，混凝土的抗壓性能、抗折性能、抗滲性能都得到了很大程度的提高；另外在纖維混凝土中摻入粉煤灰，具有潤滑、抗腐蝕、致密等作用，這樣做既使廢物再利用，也大大提高了混凝土的抗滲性。秦荷成[5]研究表明再生混凝土摻加聚丙烯纖維后可以提高混凝土的抗裂性能；李華明[6]對纖維混凝土的性能進行了綜合分析,得出了纖維混凝土在物理力學性能上的優勢。本文研究了聚丙烯纖維摻量為0.4%、0.8%、1.2%，粉煤灰摻量為10%、20%、30%情況下，對于混凝土試塊抗壓強度和劈裂拉伸強度的影響,希望能對以后的混凝土工程起到一定的借鑒和指導作用。

1 試驗設計

1.1 試驗原材料

圖1 聚丙烯纖維

試驗所用水泥為寧夏賽馬廠生產的42.5R普通硅酸鹽水泥,水泥細度4.7%[7],外加劑為烏海成城交大建材有限公司生產的奈系高效能減水劑,減水效率為 25%,實驗用水采用當地自來水.天然粗骨料為寧夏銀川鎮北堡生產的人工碎石,粒徑為4.75～31.5mm 連續級配，天然細骨料采用寧夏鎮北堡的人工水洗中砂，滿足混凝土骨料級配要求，粉煤灰采用寧夏回族自治區銀川市西夏區熱電廠Ⅱ級粉煤灰，聚丙烯纖維采用河北廊坊保溫建材有限責任公司生產的纖維，如圖1，其基本力學指標如表1所示。

表1 聚丙烯纖維基本力學指標

1.2 試驗內容和方法：

本試驗混凝土設計強度等級為C30，水膠比采用 0.43，砂率為42%。粉煤灰摻量分別為10%，20%，30%；聚丙烯纖維摻量分別為0.4%，0.8%，1.2%。試件的尺寸是100mmx100mmx100mm，24h后拆模成型。在標準養護條件下分別養護7d、28d后進行試驗。

試件養護7d、28d后，按GB/T50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[8]，進行試驗。試驗采用液壓式壓力試驗機加載，直至試件破壞。

2 試驗數據處理與分析

表2 摻入粉煤灰混凝土試件的強度

表2數據顯示，混凝土的7d、28d抗壓強度隨著粉煤灰摻量的增加呈現先升高后降低的趨勢，當粉煤灰摻量達到 20%時，混凝土抗壓強度達到最大；對于混凝土劈裂拉伸強度，隨著粉煤灰摻量的增加呈現逐漸降低的趨勢。

表3 摻入聚丙烯纖維混凝土試件的強度

表3數據顯示，在混凝土中摻入聚丙烯纖維時，混凝土7d、28d抗壓強度隨著聚丙烯纖維摻量的增加，呈現先升高后降低的趨勢；對于混凝土 28d劈裂拉伸強度，同樣呈現先升高后降低的趨勢。

表4摻入粉煤灰和聚丙烯纖維混凝土試件的強度

圖2 7d抗壓強度

圖4 28d抗壓強度

根據表4及圖2-4可知，對于混凝土抗壓強度，在粉煤灰量不變的情況下，聚丙烯纖維從0.4%、0.8%、1.2%變化時，混凝土抗壓強度逐漸提高，并且在粉煤灰摻量從10%、20%、30%逐漸增加時，混凝土抗壓強度呈現先升高后降低的趨勢。當粉煤灰摻量為20%，聚丙烯纖維摻量為0.8%時，混凝土抗壓強度達到最大值；對于劈裂拉伸強度，當粉煤灰摻量為30%，聚丙烯纖維摻量為1.2%時，混凝土劈裂拉伸強度達到最大值。

3 結論

（1）在摻入粉煤灰的情況下，摻入量為20%較為適宜，混凝土試件7d、28d抗壓強度達到最大；摻入量為10%時，其劈裂拉伸強度達到最大。

（2）在摻入聚丙烯纖維的情況下，纖維的摻入量不宜較大，在聚丙烯纖維摻量為0.8%時，混凝土7d、28d抗壓強度和劈裂拉伸強度均達到最大；

（3）在同時摻入粉煤灰和聚丙烯纖維情況下，當粉煤灰摻量為20%，聚丙烯纖維摻量為0.8%時，抗壓強度達到最大值；對于劈裂拉伸強度，當粉煤灰摻量為30%，聚丙烯纖維摻量為1.2%時，劈裂拉伸強度達到最大值。

[1]薛偉辰,姚武. 先進纖維混凝土試驗·理論·實踐[M],上海,同濟大學出版社,2004.

[2]李學英,馬新偉,韓兆祥,等. 聚丙烯纖維混凝土的工作性與力學性能[J].武漢理工大學學報.31（5）：9-12.

[3]祝云華. 聚丙烯纖維對混凝土力學性能的影響[J].水運工程，2011，453(5)：63-66.

[4]莊惠平,楊明,李艷麗. 聚丙烯纖維混凝土力學性能分析及在工程中的應用[A];第14屆全國結構工程學術會議論文集（第二冊）[C];2005年

[5]秦荷成.聚丙烯纖維對再生混凝土早期抗裂性能影響的試驗研究[J].廣西水利水電，2013，(3)：9-11.

[6]李華明. 聚丙烯纖維混凝土性能研究及其在隧道工程中的應用[D].西南交通大學橋梁與遂道工程，2002.

[7]李曉路，金寶宏，姚宇峰，等. 玄武巖纖維再生混凝土的基本力學性能[J].河北大學學報(自然科學版).2017，37(3):225-230.

[8]中華人民共和國行業標準. 普通混凝土力學性能試驗方法標準(GB/T50081–2002)[S]. 北京:中國建筑工業出版社，2003.

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