混杂纤维混凝土的力学性能及应用分析

李昕　李海英

摘 要：纤维在混凝土中的应用日益广泛，但由于纤维的性能和尺度不同，混凝土的力学性能亦不同。笔者从纤维混凝土入手，通过试验研究混杂纤维混凝土与普通混凝土的抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度等力学性能，最后提出在实际工程中的应用，以期对以后混杂纤维混凝土的进一步研究有所裨益。

关键词：混杂纤维；混凝土；力学性能；应用

纤维混凝土是由抗裂性大、弹性模量高的纤维和抗拉强度不同的混凝土组合而成的复合材料，具有提高基材抗拉强度、阻止扩展基材中的缺陷、延缓新裂纹出现、增强基材变形能力等特点，在土木工程中逐步得到广泛的应用。纤维的种类不同对混凝土力学性能的影响亦不同，经不同纤维的单掺和混杂试验，比较混杂纤维材料间的性能，以产生性能可靠，社会与经济效益均理想的纤维材料。

1 试验原材料及配合比

水泥：普通硅胶盐水泥，粗集料：粒径为5-10mm的碎石，细集料：细度模数为2.65的中粗河沙，减水剂：具有高效早强等特点，其掺量为水泥量的1.2%，纤维：纤维种类及其性能指标如下表1.

经正交试验计算得出普通混凝土最优配合比水泥：水：石子：沙：减水剂=1：0.4：1.8：2.2：0.012，1m3普通混凝土水泥使用量450kg/m3，再分别依次掺入仿钢纤维、聚丙烯纤维、钢纤维等配制成普通混凝土。

2 力学性能比较

与普通混凝土相比，掺加适量混杂纤维的混凝土各种强度均明显提高，主要体现在以下几个方面：（1）若仿钢纤维掺量为0.6%时，则混杂混凝土的抗压、抗折、抗拉等强度均提高；（2）若聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3时，混杂纤维混凝土的各项强度指标均有一定程度的提高；（3）若聚丙烯纤维掺量为0.1%，同时仿钢纤维掺量为0.6%时，混杂纤维混凝土的各项强度均有很大程度的提高，且各项强度指标综合最优。混杂纤维混凝土既可提高混凝土的抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度，又可抑制混凝土裂缝的出现，而普通混凝土裂缝宽度较大，损害程度较严重，且损害多发在骨科断裂处；混杂纤维混凝土试块裂而不碎，整体性较好，表明混杂纤维的合理使用可充分发挥不同纤维的优良性能，既可增强混杂纤维混凝土的各项强度，又可阻止混凝土裂缝的进一步发展。

经试验测得混杂纤维混凝土的力学性能如下表2。

由表2可知，与仿钢纤维和聚丙烯纤维相比，钢纤维对混杂纤维混凝土的增强效果较好，原因在于钢纤维的高弹性模量和与水泥砂浆机体的强咬合力。钢纤维28d抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度均高于普通混凝土，而仿钢纤维与聚丙烯纤维的各项强度均较普通混凝土有一定程度提高，而提高幅度均低于钢纤维和混杂纤维。钢纤维对混凝土的各项强度提高较明显，但钢纤维所配制成的混凝土成本较高，比重较大，搅拌时不易分散，且很容易出现锈蚀；由仿钢纤维与聚丙烯纤维掺合而成的混杂纤维具有较好的分散性，虽强度不及钢纤维，但差别并不明显，成本较低，在某些混凝土中可取代钢纤维的应用。

3 在实际工程中应用

3.1 混杂纤维在地铁等隧道工程中应用

与国外混杂纤维的应用相比，国内混杂纤维的相关研究起步较晚，研究及应用均落后于发达国家。但近年来发展较快，已逐步进入实质性的试验研究及应用阶段，如上海地铁建设公司携手同济大学混凝土材料研究重点实验室开展混杂纤维混凝土管片的研究，从材料、制造和结构检测这3个方面分析并研究地铁隧道混杂纤维混凝土管片的新技术，并在上海市M6地铁线建立钢纤维混凝土管片试验段50m，并设置不同功能的应变膜系统、钢筋计系统和光纤光栅传感器系统等组合成地铁隧道安全监控系统，并定时记录地铁管片在施工及运行中的变形、应力数据，并系统分析地铁管片的优点及特性。数据表明，此地铁试验段工作状况安全可靠，且状态良好。

3.2 混杂纤维在加固工程中应用

混杂纤维在加固工程中的应用日益普遍，为增强混杂纤维混凝土的加固效果，在应用中应注意以下几个方面的问题：（1）参照混杂纤维混凝土在建筑或桥梁修补及加固工程中的应用资料，选择材料、设计配合比和正交试验，然后分析混杂纤维混凝土中不同纤维掺量对混凝土纤维力学性能的影响，以确定最佳纤维掺量和混杂比例；（2）重视混凝土力学性能试验的加载装置，IMP动态数据采集，测试仪器安装与调试，并结合符合材料理论、纤维间距理论及断裂力学理论等进一步分析混杂纤维在加固工程中应用的加固与增韧机理。

混杂纤维混凝土是一种力学性能优良的工程材料，与普通混凝土相比，具有较好的抗压强度、抗拉强度及劈裂中抗折强度，可在很大程度上延长工程竣工后的使用寿命，且有效解决普通混凝土路面出现磨损、碎裂、断裂等问题，具有良好的应用价值和前景。

参考文献

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基金项目：论文为“不同掺量的木质素纤维混凝土的基本力学性质实验研究”的成果之一，项目编号：2014QJ02。