摻玻璃纖維和聚丙烯纖維混凝土力學(xué)性能分析★

王中志 段長松 賈艷敏

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

混凝土作為現(xiàn)代最為常見和使用的建筑材料，具有強度高、抗變形能力出色等優(yōu)越性，在國家橋梁工程、大型建筑中得到廣泛應(yīng)用。但混凝土收縮因受到限制會引起拉應(yīng)力，且混凝土抗拉強度較低，因而混凝土收縮容易引起混凝土出現(xiàn)裂紋，從而引起一系列的問題[1]。因此改善及提高混凝土的物理力學(xué)性能，提高其耐久性，成為當(dāng)前工程界亟需解決的問題。摻聚丙烯纖維(Polypropylene Fiber，以下簡稱PPF)和玻璃纖維(Glass Fiber，以下簡稱GF)混凝土作為一種新型材料在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用正受到國內(nèi)外越來越多的重視，然而國家還沒有針對其實驗和技術(shù)規(guī)程制訂統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[2]，因此開展雙摻玻璃纖維和聚丙烯纖維混凝土的基礎(chǔ)性研究，對于推廣應(yīng)用于土木工程有著現(xiàn)實的意義。

1 試驗

1.1 主要試驗材料

1)水泥：采用哈爾濱“亞泰”公司2017年7月份生產(chǎn)的P.O42.5水泥；2)集料：細(xì)集料采用細(xì)度模數(shù)為2.5的優(yōu)質(zhì)河砂；粗集料選用10 mm～16 mm的連續(xù)級配碎石；3)外加劑：采用高效減水劑，由宏遠(yuǎn)建筑外加劑有限公司生產(chǎn)；4)纖維：選用了泰安市嘉程纖維有限公司生產(chǎn)的GF和浙江博恩金屬制品有限公司生產(chǎn)的PPF;5)粉煤灰：采用Ⅱ級粉煤灰，產(chǎn)地為哈爾濱熱電廠；6)水：純凈的自來水。

1.2 GF和PPF的物理性能

GF(如圖1所示)是一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料，抗腐蝕性好，握裹力強，耐久性好，綠色環(huán)保。GF性能參數(shù)：當(dāng)量直徑15 μm，密度2.7 kg/m3，彈性模量為80 GPa，抗拉強度1 800 GPa[3]。

PPF是一種半透明、集束狀或網(wǎng)絡(luò)狀的塑料纖維(如圖2所示)，性能穩(wěn)定、耐酸堿性好、握裹力大等特點。PPF性能參數(shù)：密度為0.91 kg/m3，當(dāng)量直徑為48 μm，抗拉強度500 MPa，彈性模量為5 GPa，熔點為160 ℃[3]。

1.3 試驗配合比

為測定摻入不同種類和含量纖維的混凝土力學(xué)性能指標(biāo)，將試驗分為摻入總含量為0.5 kg/m3,1.5 kg/m3的纖維，并設(shè)置一組不摻纖維的素普通混凝土為對比試驗。不同體積摻量試驗下有三組，分為單摻GF、單摻PPF、雙摻GF和PPF，并保持總纖維含量不變。

1.4 試驗方法

試驗按照CECS 13—89鋼纖維混凝土試驗方法進行[4]，對試件進行7 d和28 d抗壓和抗折試驗。抗壓強度試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，抗折強度試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm。砂漿試模采用可裝卸的試模，成型后提供相對濕度大于90%的條件的養(yǎng)生環(huán)境。每組下不同齡期的抗壓、抗折試件各有2個,3個平行試件。試驗溫度控制在20 ℃上下，濕度控制為60%左右。

2 試驗結(jié)果和分析

2.1 抗折強度

試件在養(yǎng)護7 d和28 d后進行抗折試驗，并取試件強度的平均值作為結(jié)果。試驗結(jié)果如表1所示。

表1 各組抗折試驗結(jié)果 MPa

其中，NC為素混凝土；GF0.25,GF0.5,GF0.75,GF1.5分別為纖維體積摻量為0.25 kg/m3,0.5 kg/m3,0.75 kg/m3,1.5 kg/m3；PPF相應(yīng)數(shù)值與GF命名規(guī)律一致。因每組試塊的波動較小，變異系數(shù)小于0.05，因此不考慮試驗數(shù)據(jù)波動帶來的干擾。

1)在抗折試驗可以明顯看出，混凝土試件在外力下均發(fā)生了脆性破壞，摻入纖維的組抗折強度稍有提升，但提高幅度不顯著。摻入0.5%含量纖維時，對比7 d抗折強度，GF0.5，PPF0.5，GF0.25+PPF0.25分別提升了11.14%,5.64%,6.37%；對比28 d抗折強度，則上述各組分別提升了10.89%,5.19%,5.66%。

2)摻入1.5%含量纖維時，對比7 d抗折強度，GF1.5,PPF1.5,GF0.75+PPF0.75分別提升了9.22%,2.85%,2.99%；對比28 d抗折強度，上述各組分別提升了7.43%,2.48%,2.79%。

3)摻入不同種類和含量的纖維，其抗折強度出現(xiàn)不同的變化，GF在試驗中抗折強度均為最大。總體而言，摻纖維在提高抗折強度性能上有限，雙摻纖維提高幅度居于相同含量GF和PPF之間。

2.2 抗壓強度

試件在經(jīng)7 d和28 d養(yǎng)生后進行抗壓強度測試，因每組試塊的波動較小，變異系數(shù)小于0.05，所以取三個平行試件的平均值作為試驗結(jié)果，數(shù)值見表2。

表2 各組抗壓試驗結(jié)果 MPa

1)通過試驗結(jié)果可知，在摻入纖維后，各組的抗壓強度與NC相比出現(xiàn)了降低的現(xiàn)象。在抗壓強度試驗中，摻入0.5%含量纖維時，對比7 d抗壓強度，GF0.5,PPF0.5,GF0.25+PPF0.25分別降低了4.49%,2.40%,4.45%；對比28 d抗壓強度，上述各組分別降低了4.70%,1.90%,3.09%。

2)摻入1.5%含量時，對比7 d抗壓強度，GF1.5,PPF1.5,GF0.75+PPF0.75分別降低了6.18%,4.9%,5.57%；對比28 d抗壓強度，上述各組分別降低了4.48%,4.08%,4.05%。

3)摻入纖維后，各組抗壓強度均有降低。加入不同種類和含量纖維的混凝土擁有不同的性質(zhì)，但效果無明顯區(qū)別。雙摻GF和PPF在抗壓強度試驗上，性能居其他摻入單一纖維組之間。

3 結(jié)語

1)對于普通強度等級混凝土，在相同的材料、溫度和濕度條件下，摻入一定含量GF和PPF均能提高混凝土的抗折性能，在提高幅度上單摻GF較其他組最為明顯，單摻PPF的組幅度相比較而言最低。兩種纖維含量均能降低混凝土破壞時的抗壓性能，致使混凝土脆性增大，抗壓性能降低。雖然強度隨纖維含量增加而抗壓性能降低，但總體而言無顯著影響。

2)雙摻纖維不同體積摻量下兼有單摻GF和PPF混凝土的性質(zhì)，但對抗折強度的提高能力有限。