玄武巖—PVA混雜纖維混凝土抗折性能試驗研究

佟 歡 王學志 劉華新 孔祥清 辛 明

遼寧工業大學土木建筑工程學院 錦州 121001

前言

纖維混凝土是將纖維與混凝土基體相結合，從而提升混凝土性能的一種新型建筑材料。在當今纖維混凝土研究領域中，對單摻纖維混凝土性能研究是比較常見的，而對玄武巖纖維與聚乙烯醇（PVA）纖維混摻于基體混凝土中卻鮮有研究。

1 試驗概況

1.1 纖維材料

纖維各項物理力學性能指標見表1。

表1 纖維各項性能指標

1.2 配合比設計

試驗所需混凝土強度等級為C40配合比設計見表2。

表2 C40混凝土配合比kg/m3

1.3 試件制作

在制備混凝土試件過程中，為保證聚乙烯醇（PVA）纖維和玄武巖纖維在混凝土中的均勻性，試驗采用攪拌機攪拌，攪拌完畢后裝模養護。

2 試驗結果分析

2.1 抗折強度試驗結果分析

為清晰直觀地觀察混凝土28d抗折強度變化趨勢，將數據繪制成如圖1所示的折線圖。

圖1 28d抗折強度試驗結果分析

由圖1可知，混凝土的抗折強度受纖維摻入的影響比較明顯，不同纖維摻量以及不同比例對其抗折強度都用著不同程度提升，大多數發揮正混雜效應并在體積摻量0.4%時提升效果明顯。其中混凝土的抗折強度受單摻玄武巖纖維的影響在纖維摻量超過0.2%后呈逐漸減小的趨勢。分析其原因，適量的玄武巖纖維可以在混凝土的內部均勻地分布，形成一種網狀結構，與混凝土基體共同受力，提升了混凝土的抗彎，抗拉等受力性能，改善了混凝土的延性與韌性，提升了混凝土的抗裂性能。單摻PVA纖維系列摻入混凝土后，隨著摻量的增加，抗折強度呈先增后減的趨勢。這是因為PVA纖維摻入混凝土以后，起到了錨固和橋接的作用，減緩了混凝土內部微裂縫的發展，從而提高了混凝土的抗折強度。從混凝土抗折強度的提升角度而言，玄武巖纖維優于PVA纖維。對于1：1混雜纖維系列，其對混凝土抗折強度的影響是先增后減，最后提升到本次試驗抗折強度的最大值。究其原因，是兩種纖維出現了混雜正效應，在混凝土內部形成更為牢固纖維網狀結構，增強混凝土內部抗拉性能，在同等受力條件下，更能有效一直裂縫開展，從而提升混凝土的抗折強度。對于1：2混雜纖維系列，隨著纖維摻量的增加，其抗折強度趨勢是先增大后減小。這是因為起初纖維摻量小，玄武巖纖維在混凝土起著主要的傳遞應力的作用，但隨著摻量的增大，PVA纖維作用逐漸大于玄武巖纖維，導致抗折強度稍有降低。

3 破壞形態對比分析

3.3 玄武巖-PVA纖維混凝土抗折破壞形態分析

由試驗結果可知，基體混凝土摻入纖維后對其破壞形態都有著不同程度的改善。各種試件的劈拉破壞形態如圖2所示。由圖2（a）可以看到，裂縫貫穿于整個試件并且被破壞成兩部分。單摻玄武巖纖維和單摻PVA纖維在摻入混凝土后，試件發生破壞時，仍然有較大裂縫但試件并未完全破壞。而由圖2（b）可知，混雜纖維對混凝土抗折破壞形態的改善效果最好，混凝土基體表面僅有微小裂縫。且混凝土破壞后荷載不會立刻減小，而是逐漸消失，說明混雜纖維對混凝土的延性也起到一定的改善作用。

圖2 各種試件抗折破壞形態

4 結論

本文通過試驗進行了不同體積摻量和混雜比對玄武巖-PVA混雜纖維混凝土力學性能的影響研究，得到如下結論：

（1）在基體混凝土中，無論是單摻纖維還是混摻纖維都對混凝土28d抗折強度有所提高，混雜纖維的改善效果要優于單摻纖維。其中1：1混雜纖維系列，在體積摻入率為0.4%時對混凝土的抗折強度改善效果最好，相較于原基體混凝土提升了38.0%。

（2）玄武巖纖維、PVA纖維、混雜纖維明顯的改善了混凝土的破壞形態，其中混雜纖維的改善效果要優于兩種單摻纖維，抗折破壞后開展裂縫也較小。