玻璃纤维与聚丙烯纤维混凝土的抗压性能分析★

吕志恒 程 铭 蒋喜生 周奕辉 贾艳敏

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

混凝土在工程中应用广泛，但其本身存在易开裂、韧性差等缺陷，这些弱点随着混凝土强度的提高显得尤为突出[1]。玻璃纤维具有高抗拉、高弹性模量的优点，学者研究发现，耐碱玻璃纤维对改善混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度等有显著的作用，并对混凝土的抗裂性有提高作用[1，2]。聚丙烯纤维在降低混凝土的脆性[3],提高混凝土抗弯、抗裂性能和增加韧性方面的作用显著[4]。

1 试验材料及试件制作

1.1 试验材料

胶凝材料有水泥：P.O42.5；矿粉： S95级；粉煤灰和硅灰。纤维采用12 mm玻璃纤维(Glass Fiber)和聚丙烯纤维(Polypropylene Fiber)。粗骨料为5 mm～20 mm连续级配碎石，压碎值指标14.87%。细骨料为天然河砂，细度模数2.66。采用聚羧酸系高性能减水剂，减水率25以上。试验用水为自来水。

1.2 配合比设计及试件制作

本试验采用三种不同水灰比，配合比设计见表1。

表1 配合比设计

每组水灰比设七组试验，编号C0代表未掺入纤维的普通混凝土作为对照组，B1，B2，B3对应玻璃纤维掺量为0.45%，0.90%和1.35%，J1，J2，J3对应聚丙烯纤维掺量为0.45%，0.90%和1.35%。

根据GB/T 50081—2016普通混凝土力学性能试验方法标准和JGJ/T 221—2010纤维混凝土应用技术规程的试验要求，本试验制作边长100 mm的立方体试件，用于测定不同纤维掺量下混凝土的强度。

2 立方体抗压强度试验与分析

表2为7 d和28 d立方体抗压强度试验结果，图1为各组试件7 d立方体抗压强度与28 d强度的比值，图2,图3为两种纤维在单掺和复掺下对28 d立方体抗压强度的影响。

1)分析图1，掺入玻璃纤维后，Ⅰ组7 d立方体抗压强度与28 d强度的比值先减小后增大，最大在B3(玻璃纤维掺量1.35%)时7 d立方体抗压强度达到28 d抗压强度的92%；Ⅱ组强度增长与Ⅰ组类似，先减小后增大，在B3(玻璃纤维掺量1.35%)时7 d立方体抗压强度增长最快，达到28 d抗压强度的84%；Ⅲ组7 d立方体抗压强度中对照组C0增长最快，为28 d抗压强度的88%，随着玻璃纤维的掺入，强度增长出现不同程度减慢。掺入聚丙烯纤维后，三组试件除J2(聚丙烯纤维掺量0.90%)抗压强度相对值大于对照组(达到28 d抗压强度的81%)外，其他试件强度增长速率均小于对照组。由此可见，在混凝土中掺入适量玻璃纤维对混凝土早期强度增长有促进作用。

水灰比越大，在水泥水化产物互相接触形成空间网络和填充空隙的时间更长，因此水泥凝结硬化较慢，强度增长速度慢，而在普通混凝土中加入玻璃纤维，纤维填充在空隙中，与水化产物粘结在一起，起到连接作用，从而增大混凝土早期强度。但比较发现，聚丙烯纤维没有类似的作用。

表2 立方体抗压强度试验结果 MPa

2)单掺玻璃纤维时，由图2可以看出，Ⅰ组立方体抗压强度随纤维体积率的增加而降低；玻璃纤维体积率在从0增加到0.90%时，Ⅱ，Ⅲ两组混凝土立方体抗压强度均有不同程度提高，其中Ⅱ组在玻璃纤维体积掺量为0.90%时强度相对C0提高了40.88%，当玻璃纤维掺量继续增加，达1.35%时Ⅱ组强度骤降，Ⅲ组强度继续增加，最终相对对照组提升了39%。

单掺聚丙烯纤维时，分析图3，Ⅰ组立方体抗压强度曲线呈现直线下滑的趋势；Ⅱ组强度在纤维掺量为0.45%时与对照组持平，而后随纤维掺量增加而迅速降低；Ⅲ组强度先增后降，在纤维体积率为0.90%时最大，比对照组提升23%。

玻璃纤维在混凝土中均匀散布，与混凝土浆体粘结较好，在荷载作用下，混凝土出现裂缝，跨越裂缝区的玻璃纤维可承担部分荷载作用，从而推迟裂缝的扩展，使得混凝土抗压强度提高；聚丙烯纤维在混凝土中分散性差，易粘结成团[5]，发挥不出应有的作用。水灰较大时，混凝土粘聚性变差，纤维在混凝土中的分散性不好，团结在一起，导致与混凝土的粘结力下降。不难看出，纤维体积率越高，对强度的削弱越大。

3 结语

1)掺入适量的玻璃纤维对混凝土的抗压强度有一定程度的提高作用，但纤维掺量不应过大。聚丙烯纤维仅在水灰比相对较小时且在低掺量下对混凝土抗压强度有小幅提高作用。

2)随着水灰比的增大，掺入同等体积率的玻璃纤维和聚丙烯纤维的混凝土强度下降明显，水灰比大时，纤维分布不均匀，混凝土黏聚性变差、缺陷增多进而强度降低。