多尺度聚丙烯粗纤维混凝土的力学性能试验研究.doc

多尺度聚丙烯粗纤维混凝土的力学性能实验研究 丁春奎1，高强1，张丽哲1，孙启龙1（南通大学纺织服装学院，南通226019,） 摘 要：通过实验研究了不同长度、不同细度、不同体积率的聚丙烯粗纤维对混凝土抗压性能和抗折性能的影响成果表白：受长度、细度、体积率的影响，混凝土的抗压强度与素混凝土相比总体呈下降趋势，最大降幅分别为12.1%、23.2%、13.9%，但纤维长度为10mm、细度为0.3mm、体积率为0.65%时，混凝土的抗压强度明显提高；聚丙烯粗纤维的掺入增大了混凝土的抗折强度和中心挠度，延长了破坏所需的时间随纤维长度、细度和体积率的变化，中心挠度的最大增幅分别为54.6%、70.6%、49.9%，有效提高了混凝土的韧性和形变能力 核心词： 聚丙烯粗纤维; 抗压强度；抗折强度；中心挠度；聚丙烯纤维混凝土Experimental study on mechanical properties of multi-scale coarsepolypropylene fiber reinforced concrete Ding Chun-kui1,Gao Qiang1,Ji Tao1,Zhang Li-zhe1 ,Sun Qi-long1(School of Textile and Clothing, Nantong University, Nantong, Jiangsu, 226019,China,) Abstract: By experiment to study the effects of different lengths, different fineness,different volume ratio of coarse polypropylene fibers on compression and flexural performance of concrete. The results showed that:under the influence of length, fineness, the volume ratio of fiber, compressive strength of concrete was falling overall compared to plain concrete, the largest decline was 12.1%, 23.2%, 13.9% respectively.However, a fiber length of 10mm, a fineness of 0.3mm, 0.65% by volume can significantly improved the compressive strength of concrete. Incorporation of coarse polypropylene fibers increased the flexural strength and central deflection of concrete,extended the time required for the destruction.Vary with length, fineness, the volume ratio of fiber ,the maximum increase of central deflection was 54.6%, 70.6%, 49.9% respectively,improve the toughness and deformation capacity of concrete effectively . Kay word: Coarse polypropylene fiber ;Compressive strength;Flexural strength; Center deflection; Polypropylene fiber reinforced concrete(PFRC);混凝土是脆性材料，抗拉强度低，韧性差；当混凝土的强度增长时，其延性减小，这些缺陷限制了混凝土在工程中的使用。

研究表白，在混凝土中加入少量短切聚丙烯纤维，能有效提高混凝土的能量吸取能力，减少混凝土收缩裂缝的形成，提高了混凝土的持续性和稳定性，起到明显的阻裂与增韧作用[1-5]聚丙烯纤维耐化学腐蚀性强，强度高，加工性好，且质轻、蠕变收缩小，价格低廉，因此在建筑工程中得到广泛应用根据其在混凝土中的作用分为两种：阻裂纤维与增韧纤维[6]增韧纤维的直径一般较粗（0.1mm-1.0mm），常称为“粗合成纤维”(coarse synthetic fiber)本文通过实验研究了一定长度（10-30mm）、细度（0.1-0.3mm、体积率（0.35%-0.95%）范畴内的聚丙烯粗纤维对混凝土抗压性能和抗折性能的影响1实验过程1.1实验材料 水 泥 强度级别为P.O 42.5的一般硅酸盐水泥 砂 子 细度模数为1.82的细砂 粗集料 3mm到19mm持续粒级碎石 纤 维 南通新帝克单丝科技股份有限公司生产的圆形截面聚丙烯单丝，其物理力学性能见表1纤维直径/mm密度 /（g/cm3）断裂强度/MPa断裂伸长率聚丙烯0.10.9158518.19%聚丙烯0.150.9154220.93%聚丙烯0.200.9159118.06%聚丙烯0.250.9152825.31%聚丙烯0.30.9154326.07%表1 聚丙烯纤维的物理力学性能1.2实验措施根据《混凝土构造设计规范GB50010-》，设计混凝土的强度级别为C30，配合比为水：水泥：砂：石子（质量比）=0.48:1:1.47:2.74，硬化混凝土的表观密度为2420kg/m3。

采用单因素实验的措施，L、D、V分别表达聚丙烯粗纤维的长度、细度、体积率根据《纤维混凝土应用技术规程》，选用长度20mm,体积率0.5%，细度0.2mm作为 A组、B组、C组中预设纤维长度、体积率和细度掺加纤维的状况见表2 表2 各组实验的纤维掺加状况A组B组C组L/mmD/mmV/%L/mmD/mmV/%L/mmD/mmV/%A0---B0---C0---A1100.20.5B1200.10.5C1200.50.35%A2150.20.5B2200.150.5C2200.50.50%A3200.20.5B3200.200.5C3200.50.65%A4250.20.5B4200.250.5C4200.50.8%A5300.20.5B5200.300.5C5200.50.95% 抗压性能实验采用100mm100mm100mm的立方体非原则试模，抗折性能实验采用100mm100mm300mm的长方体非原则试模，每种试样各浇筑3个试件浇筑完毕，静置24小时后脱模，在温度为20℃，相对湿度为95%的恒温恒湿条件下养护28天取出。

在微机控制电液伺服全自动压力实验机上完毕抗压强度测试，加载速度为2KN/s;在电子万能实验机上进行抗折强度测试，中心跨距150mm,加载速度为0.5mm/min2 实验成果与讨论根据GB/T50081《一般混凝土力学性能实验措施原则》中“抗压强度实验”措施和“抗折强度实验”措施，每个试样的三个试件的测试值去算术平均值[7]，三个测试值中的最大值或最小值如有一种与平均值的差超过平均值的15%，则把最大值和最小值一并舍除，取中间值作为该试样的强度值抗压强度和抗折强度按如下公式计算，抗压非原则试件的测试成果应乘以折算系数为0.95，折算成原则件的相应强度值；抗折非原则试件的测试成果应乘以折算系数为0.85，折算成原则件的相应强度值中心挠度即为抗折强度测试时加载点的位移抗压强度： 式中 ---混凝土立方体试件抗压强度（MPa）； ---试件破坏载荷(N) ；---试件承压面积（mm2） 抗折强度： 式中 ---纤维混凝土的初裂强度（MPa）； ---纤维混凝土的初裂载荷(N)；---支座间距（mm）；---试件截面高度（mm）； ---试件截面宽度（mm）。

2.1 纤维长度对混凝土力学性能的影响聚丙烯粗纤维的长度与混凝土抗压、抗折强度的关系曲线如图1所示，图2为纤维长度与抗折试件中心挠度的关系曲线 图1 纤维长度与抗压、抗折强度的关系 图2 纤维长度与中心挠度的关系 从图1中可以看出，A1,A5的抗压强度较A0增大，增幅分别为8.5%，2%而A2、A3、A4的抗压强度分别减小9.5%、12.1%、3.2%A1中纤维短，相似体积率时基体中纤维根数较A2、A3、A4、A5中多，纤维能更加有效地平衡受压时横向膨胀而产生的拉应力和剪切面上的剪切应力，从而提高混凝土的抗压强度不同长度的聚丙烯纤维掺入到混凝土中，其抗折强度先减小后增大，当纤维长度为30mm时，抗折强度急剧下降，最大降幅达44.9%，阐明此时基体内纤维也许已浮现纤维缠结或分散不均现象从图2可看出，聚丙烯粗纤维增大了混凝土的中心挠度，其中A4较A0提高54.6%聚丙烯纤维短切后加入混凝土，可以起到阻裂增韧的作用纤维长度不同，分散在混凝土中的单根纤维与混凝土基体的接触面积不同，纤维越长接触面积越大，但长纤维容易发生缠结，形成纤维团，这些纤维团对混凝土强度有致命影响。

纤维越短，混凝土试件中纤维根数越多，纤维的平均间距越小，在纤维充足均匀分散的条件下，纤维的平均间距与阻裂效果成反比，而纤维根数与纤维的相对密度成反比，与阻裂效果成正比；若纤维分散不均，会影响混凝土的抗裂效果2.2 纤维细度对混凝土力学性能的影响聚丙烯粗纤维的细度与混凝土抗压、抗折强度的关系曲线如图3所示，图4为纤维细度与抗折试件中心挠度的关系曲线 图3 纤维细度与抗压、抗折强度的关系 图4 纤维细度与中心挠度的关系 分析图3可知，聚丙烯粗纤维的加入减小了混凝土的抗压强度，B1较B0减小了 23.2%随着纤维细度的增长，混凝土的抗压强度逐渐增大，B5较B0增大了0.2%B1的抗压强度仅为22.98MPa，阐明B1基体中细度为0.1mm的纤维发生缠结或难以分散，混凝土的抗压强度明显减少纤维细度对抗折强度和中心挠度的影响趋于一致，B5的抗折强度为4.34MPa，中心挠度为2.309mm.比其她试样都小B5基体中纤维根数少，纤维间距较大，纤维吸取弯曲破坏的能量较少，因此阻裂增韧效果差 纤维作为混凝土的“次增强筋”，与混凝土内的配筋一道形成“筋级配”。

纤维越细，越容易发生缠结，形成纤维团；纤维越粗，相似体积率时纤维根数越少，纤维的平均间距越大，阻裂增。