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摘要：通過理論分析和試驗(yàn)研究，認(rèn)為聚丙烯纖維通過以下四種效應(yīng)對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生影響，增稠效應(yīng)、阻裂效應(yīng)、界面效應(yīng)、荷截傳遞效應(yīng)。增稠效應(yīng)能減少混凝土的離析、泌水，但增加密實(shí)的難度。阻裂效應(yīng)能有效阻止混凝土發(fā)生塑性開裂，提高硬化后混凝土介質(zhì)的連續(xù)性，增強(qiáng)了混凝土的抗動(dòng)載能力。界面效應(yīng)對(duì)混凝土的抗折強(qiáng)度不利，但可通過摻入粉煤灰等活性混合材料加以改善。荷載傳遞效應(yīng)能提高混凝土裂后的韌性。
關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維 混凝土 效應(yīng)分析力學(xué)特性
一、前言
聚丙烯纖維是一種新型的混凝土防裂纖維，也被稱為“次要增強(qiáng)筋”，主要功能是抑制混凝土的塑性裂縫的產(chǎn)生，目前市場(chǎng)上常見的幾種聚丙烯纖維的物理性能指標(biāo)見表1。
品名 密度(kg/m3) 長(zhǎng)度(mm) 類型 抗酸堿性 抗拉強(qiáng)度(Mpa) 直徑μm 伸長(zhǎng)率 彈模(Gpa)
A 0.91 12 束狀單絲 強(qiáng) － 20 28％ 3.5
B 0.91 19 束狀單絲 強(qiáng) 276 40 15％ 3.8
C 0.91 19 束狀單絲 強(qiáng) 560－770 100 － 3.5
根據(jù)復(fù)合材料理論分析和試驗(yàn)結(jié)果均證實(shí)，聚丙烯纖維較低的彈性模量（3.5Gpa）左右，僅為普通混凝土彈性模量的1/10，和在混凝土中較小的摻量（體積率為0.05-02%）并不能使硬化混凝土的強(qiáng)度有明顯提高，且在破壞過程中也不能顯示出作為纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料應(yīng)具備的破壞特征，因此有關(guān)工程技術(shù)人員認(rèn)定聚丙烯纖維僅能提高混凝土早期的抗裂性，而以后期的使用性能無顯著影響。本文通過理論分析和試驗(yàn)研究后認(rèn)為，雖然聚丙烯纖維的摻量較低，但由于纖維的細(xì)度高（平均纖維直徑為20μm－100μm），以常用的每立方米混凝土0.9kg的纖維摻量就可獲得700－3000萬(wàn)根的纖維根數(shù)。如此高的纖維數(shù)量除了在混凝土中具有顯著的阻裂效應(yīng)，其增稠效應(yīng)、界面效應(yīng)和荷載傳遞效應(yīng)也將對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生不可忽視的影響。本文將從聚丙烯纖維在混凝土中的上述幾點(diǎn)效應(yīng)入手，分析聚丙烯纖維混凝土的性能。
二、聚丙烯纖維的增稠效應(yīng)
稠度是指新拌混凝土軟硬稀程度，是混凝土一項(xiàng)重要的工作性指標(biāo)。增大新拌混凝土的稠度才能減少混凝土離析、泌水，但也增大了混凝土振排氣密實(shí)的難度，需加強(qiáng)振動(dòng)才能保證混凝土密實(shí)。本文測(cè)試了聚丙烯纖維摻入后對(duì)新拌混凝土維勃稠度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表2。
纖維品種 基準(zhǔn) C品牌 C品牌 A品牌
纖維摻量(kg/m3) 0 0.9 1.8 0.7
體積率(Vf) 0 0.1% 0.2% 0.077%
維勃稠度 5.8 9.1 11.5 9.6
由表2可見：摻入聚丙烯纖維后，新拌混凝土的維勃稠度（經(jīng)振動(dòng)達(dá)到表面液化所需時(shí)間）提高，并隨纖維摻量增大而顯著。由于聚丙纖維的增稠效應(yīng)使混凝土振動(dòng)密實(shí)的難度增大，應(yīng)對(duì)硬化后混凝土的強(qiáng)度有所影響。表3為不同成型振動(dòng)時(shí)間下聚丙烯纖維混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天齡期抗折強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果。（試件尺寸100×100×400m）。
試驗(yàn)編號(hào) 纖維品種 纖維摻量(kg/m3) 纖維體積率(%) 振動(dòng)時(shí)間(s) 抗折強(qiáng)度(Mpa)
Con.-1 - 0 0 20 8.32
Con.-2 - 0 0 40 8.50
FM1-1 C品牌 0.9 0.1 20 7.76
FM1-2 C品牌 0.9 0.1 40 8.31
FM2－1 C品牌 1.8 0.2 20 7.73
FM2-2 C品牌 1.8 0.2 40 7.73
FM2-3 C品牌 1.8 0.2 60 8.36
CF1-1 A品牌 0.7 0.077 20 7.70
CF1-2 A品牌 0.7 0.077 40 8.26
由表3可見：同樣在成型時(shí)振動(dòng)20s，聚丙烯纖維摻入會(huì)使混凝土的強(qiáng)度有所下降。當(dāng)延長(zhǎng)振動(dòng)時(shí)間至40s時(shí)，基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度有所提高，但不明顯(2%)，纖維摻量相對(duì)較低的FM1和CF1系列的抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，增幅達(dá)7%。強(qiáng)度和基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度值接近，而M2系列強(qiáng)度仍未增長(zhǎng)。繼續(xù)延長(zhǎng)振動(dòng)時(shí)間至60s，F(xiàn)M2的強(qiáng)度有明顯提高，增長(zhǎng)率也為7%左右，強(qiáng)度值和基準(zhǔn)混凝土的接近。
上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果和維勃稠度的測(cè)試結(jié)果具有較好的相關(guān)性，表明聚丙烯纖維的增稠效應(yīng)是存在的，并且不利于混凝土的振動(dòng)密實(shí)，并最終提高混凝土的強(qiáng)度。為消除增稠效應(yīng)對(duì)混凝土強(qiáng)度的不利影響，應(yīng)隨纖維摻量的增大適當(dāng)延長(zhǎng)新拌混凝土的振動(dòng)時(shí)間。
三、聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)
聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)是指對(duì)混凝土早期塑性開裂的抑制作用，也是聚丙烯纖維最為主要的效應(yīng)。纖維阻止混凝土發(fā)生不規(guī)則、無取向性的塑性開裂的能力和中纖維的間距有關(guān)，對(duì)于不同品種的纖維這種能力則體現(xiàn)在纖維的細(xì)度上。宏觀上理解聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)，可以將其看成是纖維對(duì)塑性期混凝土的增強(qiáng)作用，這種增強(qiáng)作用的有效性主要和纖維在混凝土中的分散程度有關(guān)，即纖維越細(xì)，纖維間距越小，增強(qiáng)作用越有效，百由于塑性期混凝土自身尚無強(qiáng)度，常用的纖維抗拉強(qiáng)度、長(zhǎng)徑比、彈性模量等性能參數(shù)均不和纖維在混凝土中阻裂效應(yīng)的強(qiáng)弱有關(guān)。
試驗(yàn)編號(hào) Con. FM1 FM2 CF1 DF1 SF1
纖維品種 － C品牌 C品牌 A品牌 B品牌 鋼纖維
纖維摻量(kg/m3) 0 0.9 1.8 0.9 0.9 50
塑性裂縫寬度 1.084 |