不同材質纖維混雜對UHPC 性能影響研究進展

王 慶

（上海浦東工程建設管理有限公司，上海市200210）

0 引言

超高性能混凝土，簡稱UHPC，主要由水泥、硅灰、細砂、磨細石英砂、金屬纖維、高效減水劑等原材料組成。其中作為主要原材料之一的金屬纖維，主要是指鋼纖維，在混凝土中發揮增強的作用。然而隨著實際應用的不斷發展，僅僅摻入鋼纖維的UHPC 已無法滿足許多工程對混凝土韌性和抗裂性的要求。因此，研究人員開始嘗試將不同材質或不同尺寸的纖維混摻入UHPC 進行研究，期望找到能夠提高和改善其韌性和抗裂性的鑰匙。

通過梳理近幾年鋼纖維與不同材質纖維（如聚乙烯纖維、聚丙烯醇纖維、聚丙烯纖維、玄武巖纖維等）混雜對UHPC 性能影響的研究成果，本文分析并總結出一定的規律，以期為國內行業人員提供概要性、簡潔性參考，為工程實踐提供指導。

1 混雜聚乙烯纖維對UHPC 的影響

各項研究成果均表明聚乙烯纖維（PE 纖維）對UHPC 的突出影響是顯著改善其抗折性能或韌性。

何杰[1]用少量聚乙烯纖維替代部分鋼纖維，起到了良好的增韌效果。王越洋等[2]以較低的摻量將兩種不同長徑比的聚乙烯纖維摻入UHPC，建立可信度較高的流動度模型、抗壓強度模型及抗折強度模型，該模型分析結果表明聚乙烯纖維對UHPC 抗折強度的提高作用顯著。長度為6 mm 的聚乙烯纖維的摻入量僅為體積摻量的0.81 %，而UHPC 抗折強度就高達35.5 MPa，較對比樣提高29.6%。黃政宇等[3]選擇聚乙烯纖維，取不同摻量和長徑比摻入UHPC，進行抗折強度與抗壓強度試驗。試驗結果表明：摻入聚乙烯纖維后不僅較大幅度提高了UHPC 的抗壓強度，更是將抗折強度提高了47.3%（聚乙烯纖維體積摻量為2%），達到28 MPa。

李操旺[4]同樣針對不同摻量、不同長徑比的聚乙烯纖維研究其對UHPC 的流動性和力學性能的影響，并采用彎拉荷載-撓度曲線、軸拉應力-應變曲線對聚乙烯纖維的增韌效果進行分析。研究表明聚乙烯纖維對UHPC 抗壓強度沒有非常突出的改善作用，而相比之下對抗折強度的提高作用顯著，尤其是當聚乙烯纖維摻量超過1%后。其摻量對提高UHPC 抗折強度作用明顯，纖維長度對抗折強度影響不大。試驗過程中出現多縫開裂和位移硬化現象，說明顯著改變了UHPC 的彎拉韌性。

2 混雜聚丙烯纖維對UHPC 的影響

將聚丙烯纖維摻入UHPC 提高其在養護過程中的高溫抗開裂、抗爆裂性能，但其與鋼纖維混雜后，對增強UHPC 抗壓強度和增韌作用沒有相同摻量的純鋼纖維顯著。

尚亞杰[5]在研究含粗骨料UHPC 養護過程中的常溫性能和高溫爆裂行為時，發現聚丙烯纖維不僅改善干熱低溫養護UHPC 期間的抗爆裂性能，而且可以一定程度上緩解干熱高溫養護UHPC期間因水分快速流失而開裂的現象。朋改非等[6]在梳理UHPC 的火災高溫性能研究成果時，同樣得出了向UHPC 中摻加聚合物纖維如聚丙烯纖維，可有效抑制UHPC 因較高的內部濕含量而導致劇烈高溫爆裂的結論。

賴建中等[7]對比研究了將鋼纖維、聚丙烯纖維分別摻和混雜摻入UHPC（超細粉煤灰摻入量高達25%和40%）棱柱體的三點彎曲行為和薄板四點彎曲行為。研究結果表明：鋼纖維體積摻量為2%、3%或4%時UHPC 的三點彎曲強度或抗彎韌性均要比鋼-聚丙烯纖維混雜（2.75%鋼纖維+0.25%聚丙烯纖維）摻入UHPC 的高。

3 混雜聚乙烯醇纖維對UHPC 的影響

不同于聚丙烯纖維，聚乙烯醇纖維不僅可大幅改善UHPC 養護期間的抗裂性能，還能顯著提升其抗彎性能。

將聚乙烯醇纖維摻入UHPC 后，在高溫養護條件下，聚乙烯醇纖維會融化并形成許多微型通道，起到疏導蒸汽的作用，有效改善UHPC 抗爆裂性能。當再與鋼纖維混摻，則既可改善抗爆裂性能，又可提高高溫后的殘余抗壓強度[8]。任亮等[9]基于不同纖維混雜效應設計原理，利用聚乙烯醇纖維或聚丙烯纖維與鋼纖維混雜，摻入到一種只需常溫養護的橋梁伸縮縫UHPC 中。研究結果表明：混雜纖維制備的UHPC 不僅具有較高的抗壓強度還有較好的抗裂性。

海然等[10]表明鋼纖維和聚乙烯醇纖維均能改善UHPC 的彎拉性能；超高性能鋼- 聚乙烯醇混雜纖維混凝土對超高性能鋼纖維混凝土的折壓比和拉壓比的增益比隨著鋼纖維摻量的提高而增加，鋼纖維與聚乙烯醇纖維在改善UHPC 彎拉性能上具有良好的協同效應。

4 混雜玄武巖纖維對UHPC 的影響

作為無機礦物纖維，玄武巖纖維對UHPC 各方面性能具有一定的改善作用，但不夠顯著，與聚丙烯纖維、聚乙烯纖維等有機纖維混合對UHPC性能改善效果更優。

張吉松等[11]研究發現摻入0.1%玄武巖纖維的UHPC 試件其力學性能比未摻入的力學性能稍高。楊智碩等[12，13]對摻入玄武巖纖維的超高強度混凝土試件開展抗壓強度、抗折強度和劈裂抗拉強度試驗，結果表明：當玄武巖纖維摻量為2 kg/m3時，棱柱體抗壓強度、立方體抗壓強度、抗折強度和劈裂抗拉強度分別提高10.9%、14.1%、10.2%和11.0%。

王雪芳等[14]采用改進平板法，開展聚丙烯、玄武巖纖維摻量對超高強混凝土抗裂性能影響的試驗研究。研究結果表明：將纖維摻入UHPC 中能改善超高強混凝土的早齡期抗裂性能，并且混雜纖維混凝土的抗裂性能要明顯優于摻入單一纖維的混凝土。黃政宇等[15]研究用作裝飾材料UHPC 的成型方法、工藝參數、養護條件、抗壓強度、彎曲強度、干燥收縮等性能后，得出玄武巖纖維可在一定程度上減少UHPC 干燥收縮，提升抗壓和彎曲強度。

5 結 論

通過梳理與分析不同材質纖維對UHPC 性能影響的研究成果，得出以下結論：

（1）摻入聚乙烯纖維、聚乙烯醇纖維可顯著提高UHPC 的抗折性能、抗彎性能和韌性，聚丙烯纖維和聚乙烯醇纖維可改善UHPC 養護期間的抗裂性能和抗爆裂性能。

（2）作為無機類纖維，玄武巖纖維可在一定程度上改善UHPC 的有關性能，但改善幅度有限，多與有機類纖維混雜摻入。

除了前述中與鋼纖維混雜的幾種主要材質纖維外，還有以鋼纖維為基體進行改性或處理的纖維，同樣也具備改善UHPC 某一或某些方面性能的特點，如用磷酸鋅（ZnPh）改性的鋼纖維可顯著提高其極限抗拉強度和軸拉韌性比[16]；附著了橡膠顆粒的再生鋼纖維不僅可以顯著提高UHPC 的斷裂韌性，還利于減輕其高溫爆裂[17]。

然而，不同的實際工程對UHPC 性能要求的側重點也不同，這就需要領域從事人員本著經濟、環保的原則，選擇摻入某一類或混雜幾類纖維來實現目標需求。