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摘要：本文研究了不同摻量聚丙烯纖維高性能混凝土的抗折、脆性和抗沖擊性能，綜合論述了摻纖維對(duì)高性能混凝土抗折強(qiáng)度、脆性、抗沖擊性能的影響，探討和分析了高性能水泥基纖維復(fù)合材料脆性下降，抗沖擊性能提高的機(jī)理。試驗(yàn)證明：高性能混凝土中摻纖維能顯著降低混凝土的脆性和提高混凝土抗折強(qiáng)度、抗沖擊性能。
一、前言
高性能混凝土不僅要有良好的強(qiáng)度性能，還應(yīng)有優(yōu)異的耐久性能和適宜的工作性能，以滿足目前和未來(lái)的大規(guī)模混凝土工程的施工需要，經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)研究，我們應(yīng)用硅灰和粉煤灰配制出高性能混凝土，這種混凝土不僅具有很高的強(qiáng)度，而且工作性好、硬化混凝土抗凍融性能、抗?jié)B透性能和抗侵蝕性能優(yōu)異。但脆性大、抗沖擊性差影響高性能混凝土實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)重要因素。有研究認(rèn)為，自收縮開(kāi)裂、濕脹開(kāi)裂和脆性是目前高性能急待解決的重要問(wèn)題。本文將采用聚丙烯纖維來(lái)改善高性能混凝土脆性和抗沖擊性能。
二、實(shí)驗(yàn)方法
1、原材料：
1．1水泥：采用三舫局小野田水泥有限公司525＃普硅水泥
1．2摻合料：試驗(yàn)采用化聯(lián)外加劑廠提供的硅灰，減水劑采用五四助劑廠生產(chǎn)的SN－Ⅱ高效減水劑。
1．3集料：粗集料采用5－8mm的石英碎石，細(xì)集料采用標(biāo)準(zhǔn)石英砂。
1．4聚丙烯纖維：采用新型改性聚丙烯纖維，其物理性能列于下表。
吸水性 無(wú)
比重 0.91
纖維長(zhǎng)度（mm） 12－19
熔點(diǎn) 160－170
沸點(diǎn) 590
導(dǎo)電性 低
導(dǎo)熱性 低
耐酸堿性 高
抗壓強(qiáng)度（Mpa） 560－770
拉伸強(qiáng)度（Mpa） 350
2、試驗(yàn)方法
抗折、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)GB177－85水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)方法進(jìn)行。用水量是采用標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，其標(biāo)準(zhǔn)稠度及凝結(jié)時(shí)間均按GB134－77水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量進(jìn)行。
耐磨試件尺寸為15cm×15cm×17cm。磨損試驗(yàn)采用GLM－200鋼輪式混凝土磨損試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)方法按GB/T12988－91《無(wú)機(jī)地面材料耐磨性試驗(yàn)方法》進(jìn)行。耐磨性用抗長(zhǎng)度L表示，單位mm，耐磨試驗(yàn)每組5塊，取十次試驗(yàn)平均值。
抗沖擊性能尺寸為15cm×15cm×5cm，每組共5個(gè)試件。將8kg重的鋼球從25cm高度自由落下，當(dāng)試件裂縫寬度大于3mm時(shí)，記錄沖擊次數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果取中間3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。
三、結(jié)果與討論
1．聚丙烯纖維對(duì)高性能混凝土脆性影響
高性能混凝土強(qiáng)度和耐久性主要受水灰比和礦物聚合物的影響，當(dāng)水灰比（w/c）一定時(shí)，礦物摻合料量將直接影響到高性能混凝土各種物理力學(xué)性能。耐摻聚丙烯纖維可以改善高性能混凝土的力學(xué)性能。下表為高性能混凝土改變纖維摻量（0、0.1%、0.15%）對(duì)混凝土強(qiáng)度影響。
試件 硅灰摻量（%） 纖維摻量（kg） 抗壓強(qiáng)度 抗折強(qiáng)度
R3 R28 R3 R28
1 0 0 36.9 63.4 5.31 8.53
2 5 0 43.0 73.9 5.45 9.05
3 10 0 47.5 82.4 6.06 9.82
4 0 0.1 29.3 60.8 5.36 8.59
5 5 0.1 29.9 61.3 5.33 8.72
6 10 0.1 32.4 66.9 5.45 9.25
7 0 0.15 38.4 68.5 6.08 9.35
8 5 0.15 39.9 77.7 6.28 11.02
9 10 0.15 47.4 82.3 7.55 12.52
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)水灰比（w/c）一定時(shí)，混凝土力學(xué)性能隨摻量增加提高，與此同時(shí)混凝土的耐久性能也大幅度提高。但硅灰摻量變化對(duì)混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度影響程度是不一樣的。由表中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)硅灰從0－10%混凝土抗壓強(qiáng)度提高30%以上，而抗折強(qiáng)度僅僅提高15%左右，這樣高性能混凝土的脆性就隨之顯著提高。
試驗(yàn)結(jié)果表明摻和聚丙烯纖維可以改善高性能混凝土的脆性。當(dāng)聚丙烯纖維含量從（0－15%）高性能混凝土抗壓強(qiáng)度幾乎沒(méi)有變化，而抗折強(qiáng)度提高27%以上。使混凝土的脆度系數(shù)從8.39%下降到6.5%。從而表現(xiàn)為高性能混凝土在保證抗壓強(qiáng)度和耐久性能不變的前提下大幅度降低混凝土的脆性。
2.聚丙烯纖維網(wǎng)對(duì)高性能混凝土抗沖擊性影響
聚丙烯纖維對(duì)高性能混凝土抗沖擊性具有較大影響。同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在高性能混凝土中摻加纖維可以顯著改善混凝土抗沖擊性能。高性能混凝土的抗沖擊隨纖維摻量增加而明顯提高，混凝土抗沖擊性提高與纖維量成正比。此外纖維高性能混凝土的抗沖擊性能隨混凝土基材強(qiáng)度的提高而增長(zhǎng)。因此，纖維與高性能混凝土基材復(fù)合是配制高性能水泥基合材料的主要技術(shù)途徑之一。
3.聚丙烯纖維對(duì)高性能混凝土增折與抗沖擊性能改善的機(jī)理初探
綜上所述，在高性能混凝土中摻入聚丙烯纖維后能顯著提高混凝土抗折強(qiáng)度和抗沖擊性能，其抗沖擊性能的提高尤為顯著。究其原因，在于纖維的阻裂效應(yīng)。實(shí)際上高性能混凝土抗壓強(qiáng)度提高幅度大大地在于抗折強(qiáng)度提高幅度，原因應(yīng)于高性能混凝土內(nèi)部存在不同尺度的微裂縫，而微裂縫對(duì)抗折強(qiáng)度影響遠(yuǎn)大于抗壓，由于高性能混凝土脆性及自收縮等造成內(nèi)部存在不同尺度的微裂縫，在結(jié)構(gòu)形成過(guò)程中，聚丙烯纖維阻止了這些裂 |