耐碱玻璃纤维体积率对混凝土力学性能的影响

(青岛理工大学土木工程学院 山东 青岛 266033)

耐碱玻璃纤维体积率对混凝土力学性能的影响

高天佑隋杰英

(青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033)

通过对耐碱玻璃纤维混凝土进行立方体抗压、劈裂抗拉对比试验，研究不同纤维体积率对混凝土力学性能的影响。通过对比分析，掺入耐碱玻璃纤维对混凝土的立方体抗压强度无明显贡献，反而会随着纤维体积率增加有所下降；对混凝土的劈裂抗拉强度有提升作用，纤维体积率在1.5%时提升最大。

纤维混凝土；体积率；立方体抗压；劈裂抗拉

一、引言

随着我国经济高速发展，人们对建筑材料的要求也越来越高，这也使得新型复合建筑材料在近些年发展的很迅速[1-2]。纤维混凝土相对与普通混凝土具有很多优点，在结构工程中的应用也越来越受到重视[3]。

耐碱玻璃纤维相对于其他纤维具有较多优势，它强抗拉度高、比重轻、价格适中等，再加上其优越的热性能、耐水性和良好的电绝缘性，比较适合在混凝土复合材料中推广使用[4-5]，因此研究耐碱玻璃纤维混凝土力学性能对今后在实际工程中的推广具有很重的意义。

二、试验概况

(一)试验材料

试验所需纤维是耐碱玻璃纤维短切丝，力学性能参数见表1。

表1 耐碱玻璃纤维短切丝力学性能

此次试验混凝土强度等级为C30，混凝土配合比见表2。

表2 试验混凝土配合比

(二)试件浇筑

为了避免耐碱玻璃纤维混凝土在拌制过程中出现纤维固结成团以及被搅碎，本试验采用预拌法进行施工，具体工艺流程如图1所示。

图1 耐碱玻璃纤维混凝土施工工艺

混凝土拌制完成后，浇筑成150mm×150mm×150mm立方体试块，自然条件下养护28d。

(三)试验设备

试验加载装置采用300t压力试验机。

三、试验结果及分析

(一)立方体抗压强度试验

对养护28d的四组试块在300t压力试验机上进行立方体抗压强度试验，采用连续均匀加载，加载速度为每秒0.06MPa，试验结果如表3所示。

表3 立方体抗压试验结果

试验结果表明，掺有纤维的混凝土受压破坏后的竖向裂缝明显比不掺纤维的混凝土少，而且出现有较多的斜裂缝，破坏后试块相对比较完整。从表2.1可以得出，纤维混凝土的立方体抗压强度实测值与配制混凝土的设计强度相差不大，玻璃纤维体积率为1%、1.5%和2%的抗压强度平均值分别是普通混凝土抗压强度的平均值的86.9%、83.2%和72.7%。纤维的掺入对混凝土的立方体抗压强度并没有提升作用，反而使抗压强度有所下降。

通过以上结果分析，造成加入纤维后混凝土的抗压强度没有提高的原因有很多，例如在混凝土拌制过程中拌制不均匀、纤维折断现象较为严重、振捣方式不同等。此外最重要的原因可能是纤维体积率的增长导致混凝土内部孔隙率增大，基体密实性降低，纤维与纤维之间的水平间距减小导致发生缠绕和成团的现象，从而减少纤维与水泥砂浆的接触面积，且与骨料之间的粘结效应也减弱，所以纤维的掺入对混凝土立方体抗压强度没有增强的作用。

(二)劈裂抗拉试验

对四组试块进行劈裂抗拉试验时，在压力试验机上下压板分别放置光圆钢筋，上下钢筋保证在试块中心线位置，并且将试块尽量放在上下压板的中间处，保证其受力不偏心。

试验使用300t压力试验机进行，加载速度为0.06MPa，试验结果如表4所示。

表4 劈裂抗拉试验结果

试块劈裂抗拉试验属于脆性破坏试验，在试验过程中没有明显的破坏征兆，伴随着试块劈裂的声音，试块从上下光圆钢筋中心连线位置开裂。对试块劈裂断面进行观察可发现，玻璃纤维在混凝土内部分布比较随机，基本是乱象分布，断面上有许多被拉断的玻璃纤维束，说明玻璃纤维在混凝土起到了一定的抗拉效果。从试验结果上可以得出，掺有玻璃纤维体积率1%、1.5%和2%的混凝土劈裂抗拉强度平均值分别是普通混凝土劈裂抗拉强度的平均值的116.5%、119.3%和109.2%。纤维混凝土劈裂抗拉强度实测值与配制混凝土设计强度相差不大，其纤维的掺入对混凝土的劈裂抗拉强度有所提升，在纤维体积率为1.5%时提升最多，在体积率为2%时虽有提升但远低于其他两种纤维体积率的提升幅度。说明纤维对混凝土的劈裂抗拉强度提升程度有限。

四、结论

(1)掺入耐碱玻璃纤维对混凝土的立方体抗压强度无明显贡献，反而立方体抗压强度会随着纤维体积率增加有所下降。

(2)掺入纤维对混凝土的劈裂抗拉强度有提升作用，但随着纤维体积率的增大，混凝土的抗拉强度提升幅度反而会下降，说明纤维体积率并不是越大越好，在1.5%时提升效果最佳。

[1]王晓初,刘洪涛.碳纤维混凝土受弯构件抗弯性能试验研究[J].混凝土,2013,286(8)129-132(139)

[2]代若愚,程赫明,徐浩,等.玻璃纤维混凝土的力学性能研究[J].昆明冶金高等专科学校学报,2009,25(1):48-51.

[3]碳-聚丙烯混杂纤维混凝土力学性能试验研究[J].曹雅娴,贾尚华.公路,2016(10)

[4]耐碱玻璃纤维混凝土板的受力分析方法[J].贾丽红.建筑技术开发.2017(10)

高天佑(1992-)，男，硕士研究生，主要从事混凝土结构设计研究工作；隋杰英(1973-)，女，博士/副教授，主要从事结构减震抗震研究工作。