高性能纤维混凝土的试验研究与应用

李永，孙兵，李长龙，从志勇，谢怀洋，周明明

（淮安盖特建材科技有限公司，江苏 淮安 223300）

0 前言

混凝土是工程建设所必需的量大、面广的材料，它是一种抗压强度大但抗拉强度相对低的脆性材料，易产生裂缝。纤维混凝土是在混凝土中掺入纤维而改善混凝土性能的复合材料，它具有普通混凝土所不具备的诸多优良品质，在抗拉、抗裂、抗冲击等方面较普通混凝土有明显改善。本课题将分析纤维混凝土的工作机理并对纤维混凝土的性能进行试验研究分析。

1 试验原材料

（1）水泥：P·O52.5 水泥，其性能见表 1。

表 1 水泥性能

（2）碎石：玄武岩 5～25mm 连续级配，压碎值8.8%，含泥量 0.8%，泥块含量 0，针片状含量 4.7%。

（3）黄砂：湖砂中砂，细度模数 2.6，Ⅱ 区，含泥量 1.0%，泥块含量 0.2%。

（4）粉煤灰：电厂干排，Ⅱ级灰，性能见表 2。

表 2 粉煤灰性能检测表

（5）外加剂：某外加剂厂生产膨胀剂 JM-Ⅲ 和高效减水剂 PCA。

（6）聚丙烯纤维：100% 聚丙烯纤维，其性能见表3。

2 性能试验及分析

为实现试验目标，符合混凝土各项性能要求，采用复合外加剂（膨胀剂 JM-Ⅲ 和高效减水剂 PCA）与聚丙烯纤维和粉煤灰复掺技术。具体配合比及坍落度试验结果见表 4。

表 3 纤维性能

表 4 混凝土试验配合比及坍落度检测结果

2.1 纤维对混凝土的工作性能的影响

由表 4 中可以看出，掺加了纤维的混凝土坍落度明显下降，且掺加了纤维的混凝土比普通混凝土的坍落度损失更大。但其保水性、粘聚性较好，这是由于纤维通过搅拌所形成的三维乱向支撑体系能够有效地阻碍了骨料的沉降，降低了泌水性，减少混凝土中的泌水通道，使孔隙率大大降低。

2.2 复合外加剂和纤维对混凝土力学性能的影响

由上述试验可知，随着纤维掺量的增加，其初始坍落度下降幅度逐步增大，坍落度损失随之亦大。从表 4可以看出，掺 0.6% 纤维工作性能效果较好，能够满足设计要求，因此以下纤维掺量固定为 0.6%，改变外加剂掺量进行混凝土力学性能的试验研究。结果见表 5。

表 5 混凝土力学性能试验结果 MPa

由表 5 可以看出，掺纤维混凝土的 7 天抗压强度相对于基准混凝土均有不同程度的提高，28 天抗折、抗压强度的增长率较明显。这说明纤维在混凝土中分散均匀，对密实度的影响小，且随着龄期增长，混凝土内部的开放孔数量和体积率大幅度减小，在试验中掺加Ⅱ级粉煤灰和 JM-Ⅲ 形成了更致密的复合胶凝体系，使混凝土的抗折、抗压强度显著提高。

2.3 复合外加剂和纤维对混凝土耐久性的影响

2.3.1 复合外加剂和纤维混凝土抗渗性能试验（表 6）

表 6 抗渗试验结果

由表 6 试验结果可见，纤维与 JM-Ⅲ 及粉煤灰的掺入，可以改善混凝土的抗渗性能。这是因为纤维形成的三维乱向支撑体能有效地减少混凝土的泌水和沉降，降低混凝土中的 50～100mm 和大于 100mm 的孔隙率，另由于纤维在混凝土中良好的分散性及其物理力学性能，削弱了混凝土的塑性应变力，减少了混凝土的塑性裂缝，因此能够大幅度地提高混凝土的抗渗性。

2.3.2 复合外加剂和纤维对混凝土的抗裂作用

在混凝土中添加少量的纤维，可以显著减少塑性裂缝与早期干缩裂缝，主要是因为纤维在混凝土中形成的均匀的乱向支撑体系，能够有助于削弱混凝土塑性收缩的张力，极为有效地增强了混凝土的韧性，抑制了微细裂缝的产生和发展。

3 小结

（1）纤维混凝土比普通混凝土具有更优良的抗裂性能，在混凝土中复合掺加纤维和 JM-Ⅲ 及粉煤灰是克服混凝土开裂的有效途径，尤其是塑性裂缝。

（2）混凝土中添加聚丙烯纤维后，对混凝土的抗压、抗折强度有增强作用，无明显的不良影响。尤其在纤维掺量增加后混凝土的抗拉、抗折强度增长幅度较大。

（3）纤维所形成的三维乱向支撑体系能够有效地减少混凝土泌水，降低混凝土中的孔隙率，并减少塑性裂缝，能够大幅度提高混凝土的抗裂性能。

（4）在混凝土中添加聚丙烯纤维随着掺量增加，坍落度会明显下降，且损失增大，但能够改善拌合物的保水性和粘聚性。经过调整完全可以满足泵送施工要求。

（5）混凝土中添加适量纤维，其抗渗、抗裂性能提高，混凝土的耐久性得到了改善。