纤维自密实混凝土变形性能的研究

王 晨，王正君，贾 峰，张 玮，李树航

黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080

0 引言

纤维自密实混凝土自提出以来受到了高度关注，国内外学者对其进行了大量的研究。纤维自密实混凝土具备自密实混凝土和纤维混凝土二者的优点。首先，纤维自密实混凝土拌合物中掺入了粉煤灰、矿渣等工业废料，节省原材料的同时还有利于环保；其次，纤维自密实混凝土具有较高的流动性，在施工过程中不需要振捣，解决了振捣困难和施工噪声的问题；最后，纤维的掺入还可以改善自密实混凝土的开裂，增强自密实混凝土的韧性，从而提高了混凝土结构的耐久性。

1 纤维类型及其性能

根据弹性模量，可以把纤维分为两类：高弹模纤维和低弹模纤维。高弹模纤维能够显著提高混凝土的某些力学性能；而低弹模纤维在混凝土硬化初期能够明显约束混凝土基体，但混凝土一旦发生开裂现象，纤维便很难再发挥作用［1］。表1 列出了一些国内外常用纤维的基本性能参数。

表1 常用纤维的基本性能参数

2 纤维对弹性模量的影响

弹性模量是混凝土应力与应变的比值，它能反应混凝土受力时抵抗变形的能力。

李韧等［2］和刘竞等［3］分别就玄武岩纤维和聚丙烯纤维对自密实混凝土弹性模量的影响进行了试验，发现：尽管纤维类型不同，但是自密实混凝土的弹性模量均随着纤维掺量的增加而下降。

Cristina Frazao 等［4］通过试验研究了自密实混凝土弹性模量随钢纤维掺量的变化，他在自密实混凝土中掺入60kg/m3的钢纤维，通过对比分析，得出：钢纤维能够提高自密实混凝土的弹性模量，但是效果甚微，该掺量下的自密实混凝土的弹性模量仅较基准混凝土提高了3%。

Sherif Yehia 等［5］研究了钢纤维和合成纤维对自密实混凝土弹性模量的影响，研究表明，合成纤维、钢纤维、钢-合成纤维混杂均能提高自密实混凝土的弹性模量，但是影响较小。这三种纤维中，钢纤维对弹性模量的影响最大，钢-合成纤维次之，合成纤维的影响最小。

3 纤维对抗裂性能的影响

由于自密实混凝土胶凝材料的用量较多，在荷载作用下容易产生裂缝。而裂缝的发展又会造成混凝土的侵蚀、钢筋的锈蚀等问题，影响混凝土的使用寿命，因此，如何提高混凝土的抗裂性能、减少混凝土开裂变得尤为重要。

刘竞等［3］研究了聚丙烯纤维自密实混凝土的抗裂性能。他指出：自密实混凝土的抗裂性能因聚丙烯纤维的掺入得到明显的改善，增加聚丙烯纤维的掺量可以减少自密实混凝土的裂缝，其裂缝宽度也逐渐变小，同时，出现裂缝的时间也会推迟；在聚丙烯纤维掺量达到1.2kg/ m3时，自密实混凝土试件的裂缝面积较不掺入纤维的自密实混凝土试件减少了95.6%，且裂缝宽度均不超过1mm。

Sherif Yehia 等［5］对不同纤维类型改善自密实混凝土的开裂进行了试验研究，试验结果表明：在自密实混凝土中掺入纤维后，其因不同荷载引起的裂缝较对照组混凝土明显减少，钢纤维、合成纤维以及钢-合成纤维混杂均能够闭合早期裂缝、提高混凝土的抗裂性，证实了纤维对延缓宏观裂纹扩展和抑制微裂缝产生的积极作用。

王钧等［6］对比分析了钢纤维和纳米碳纤维对自密实混凝土抗裂性能的影响，结果表明：纳米碳纤维能抑制微裂缝的产生，钢纤维能延缓宏观裂缝的扩张，两种纤维混杂后提高了纤维自密实混凝土的抗裂性能。

李书进等［7］研究了钢纤维和聚乙烯醇纤维对自密实混凝土抗裂性能的影响，结果表明：掺入0.07%的聚乙烯醇纤维后，自密实混凝土的裂缝数量和面积明显减少，其单位面积的总开裂面积仅为未掺入纤维的自密实混凝土的66.7%；当0.07%的聚乙烯醇纤维和1.0%钢纤维混杂后，对降低自密实混凝土的裂缝开展具有明显效果。这是因为将庞大数量的纤维掺入混凝土基体中能够阻挡裂缝的发展，从而提高混凝土的抗裂性能。

毕继红等［8］研究了玄武岩纤维掺量对自密实混凝土抗裂性能的影响，测试结果表明：在自密实混凝土中掺入一定的玄武岩纤维后，能够有效的抑制裂缝的开展和延伸，并且随着纤维掺量的增加，裂缝的数量和宽度也随之减小。

4 结语

目前，关于纤维自密实混凝土的变形性能已有大量的研究，但是其具体掺量及类型都是根据试验研究得出的经验值，具体纤维的类型、掺量，以及混杂纤维对混凝土变形性能的影响仍需要进一步探讨。