纖維自密實混凝土變形性能的研究

王 晨，王正君，賈 峰，張 瑋，李樹航

黑龍江大學 水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080

0 引言

纖維自密實混凝土自提出以來受到了高度關注，國內外學者對其進行了大量的研究。纖維自密實混凝土具備自密實混凝土和纖維混凝土二者的優點。首先，纖維自密實混凝土拌合物中摻入了粉煤灰、礦渣等工業廢料，節省原材料的同時還有利于環保；其次，纖維自密實混凝土具有較高的流動性，在施工過程中不需要振搗，解決了振搗困難和施工噪聲的問題；最后，纖維的摻入還可以改善自密實混凝土的開裂，增強自密實混凝土的韌性，從而提高了混凝土結構的耐久性。

1 纖維類型及其性能

根據彈性模量，可以把纖維分為兩類：高彈模纖維和低彈模纖維。高彈模纖維能夠顯著提高混凝土的某些力學性能；而低彈模纖維在混凝土硬化初期能夠明顯約束混凝土基體，但混凝土一旦發生開裂現象，纖維便很難再發揮作用［1］。表1 列出了一些國內外常用纖維的基本性能參數。

表1 常用纖維的基本性能參數

2 纖維對彈性模量的影響

彈性模量是混凝土應力與應變的比值，它能反應混凝土受力時抵抗變形的能力。

李韌等［2］和劉競等［3］分別就玄武巖纖維和聚丙烯纖維對自密實混凝土彈性模量的影響進行了試驗，發現：盡管纖維類型不同，但是自密實混凝土的彈性模量均隨著纖維摻量的增加而下降。

Cristina Frazao 等［4］通過試驗研究了自密實混凝土彈性模量隨鋼纖維摻量的變化，他在自密實混凝土中摻入60kg/m3的鋼纖維，通過對比分析，得出：鋼纖維能夠提高自密實混凝土的彈性模量，但是效果甚微，該摻量下的自密實混凝土的彈性模量僅較基準混凝土提高了3%。

Sherif Yehia 等［5］研究了鋼纖維和合成纖維對自密實混凝土彈性模量的影響，研究表明，合成纖維、鋼纖維、鋼-合成纖維混雜均能提高自密實混凝土的彈性模量，但是影響較小。這三種纖維中，鋼纖維對彈性模量的影響最大，鋼-合成纖維次之，合成纖維的影響最小。

3 纖維對抗裂性能的影響

由于自密實混凝土膠凝材料的用量較多，在荷載作用下容易產生裂縫。而裂縫的發展又會造成混凝土的侵蝕、鋼筋的銹蝕等問題，影響混凝土的使用壽命，因此，如何提高混凝土的抗裂性能、減少混凝土開裂變得尤為重要。

劉競等［3］研究了聚丙烯纖維自密實混凝土的抗裂性能。他指出：自密實混凝土的抗裂性能因聚丙烯纖維的摻入得到明顯的改善，增加聚丙烯纖維的摻量可以減少自密實混凝土的裂縫，其裂縫寬度也逐漸變小，同時，出現裂縫的時間也會推遲；在聚丙烯纖維摻量達到1.2kg/ m3時，自密實混凝土試件的裂縫面積較不摻入纖維的自密實混凝土試件減少了95.6%，且裂縫寬度均不超過1mm。

Sherif Yehia 等［5］對不同纖維類型改善自密實混凝土的開裂進行了試驗研究，試驗結果表明：在自密實混凝土中摻入纖維后，其因不同荷載引起的裂縫較對照組混凝土明顯減少，鋼纖維、合成纖維以及鋼-合成纖維混雜均能夠閉合早期裂縫、提高混凝土的抗裂性，證實了纖維對延緩宏觀裂紋擴展和抑制微裂縫產生的積極作用。

王鈞等［6］對比分析了鋼纖維和納米碳纖維對自密實混凝土抗裂性能的影響，結果表明：納米碳纖維能抑制微裂縫的產生，鋼纖維能延緩宏觀裂縫的擴張，兩種纖維混雜后提高了纖維自密實混凝土的抗裂性能。

李書進等［7］研究了鋼纖維和聚乙烯醇纖維對自密實混凝土抗裂性能的影響，結果表明：摻入0.07%的聚乙烯醇纖維后，自密實混凝土的裂縫數量和面積明顯減少，其單位面積的總開裂面積僅為未摻入纖維的自密實混凝土的66.7%；當0.07%的聚乙烯醇纖維和1.0%鋼纖維混雜后，對降低自密實混凝土的裂縫開展具有明顯效果。這是因為將龐大數量的纖維摻入混凝土基體中能夠阻擋裂縫的發展，從而提高混凝土的抗裂性能。

畢繼紅等［8］研究了玄武巖纖維摻量對自密實混凝土抗裂性能的影響，測試結果表明：在自密實混凝土中摻入一定的玄武巖纖維后，能夠有效的抑制裂縫的開展和延伸，并且隨著纖維摻量的增加，裂縫的數量和寬度也隨之減小。

4 結語

目前，關于纖維自密實混凝土的變形性能已有大量的研究，但是其具體摻量及類型都是根據試驗研究得出的經驗值，具體纖維的類型、摻量，以及混雜纖維對混凝土變形性能的影響仍需要進一步探討。