钢—聚丙烯纤维混凝土纤维增强作用机理研究
时间：2020-10-22 18:42:20 来源：达达文档网 本文已影响 人 
魏金源 厉帅 张勇 刘宏伟
压能力的影响，对两种纤维不同掺量的混杂纤维混凝土进行压缩试验，并设计素混凝土作为对照实验。通过对压缩过程的破坏现象进行分析，结合纤维混杂效应理论，得出了混杂纤维对混凝土的增强作用规律。
关键词：混杂纤维；
混凝土；
压缩试验；
理论分析
作为应用范围最广，使用量最大的土木工程材料，混凝土的强度一直是人们最为关注的性能指标。然而混凝土弱点是脆性强、塑性差，受外力作用易产生裂缝并造成性能的下降。许多学者长期以来探索弥补混凝土这些缺陷的方法，纤维混凝土由此而产生。已有研究表明，将各种纤维掺入混凝土基体中，不仅可以限制混凝土内部收缩裂缝的萌发，并且阻碍外力作用下裂缝的进一步发展。文章通过对混凝土中掺入钢纤维及聚丙烯纤维，并对其进行静态压缩试验，通过对压缩破坏过程进行分析，着重阐述了纤维对混凝土的增强作用机理的理论分析。
1 试验
1.1 试验材料
（1）水：市用自来水；
（2）水泥：普通的425硅酸盐水泥；
（3）石子：5-10mm碎石；
（4）砂：细度模数为2.6，满足建筑Ⅱ类砂标准；
（5）钢纤维及聚丙烯纤维参数见表1。
1.2 试验设计
本实验在中国矿业大学岩土力学重点实验室进行，采用MTS816静力学实验系统进行静态抗压强度实验，经过搅拌、振捣、脱模，在标准条件下养护28d，于实验前4h取出等待试验，混凝土配合比见表2。
本实验共设计了钢纤维与聚丙烯纤维的单掺混凝土体积掺量分别取0.5%、1%、1.5%三个水平，以及两种纤维的同时掺入，控制总参量不变，采取全水平试验。
2 试验结果及分析
2.1 试件破坏结果
从试件的物理破坏过程可以看出，混凝土材料在承受荷载前已存在微裂纹和微孔洞等损伤，随着荷载的不断增大，这些初始损伤会诱发开裂，逐渐扩展，直至断裂。试件受压破坏过程均为：开始加载、初裂产生、峰值应力、最终破坏四个过程。
2.2 理论分析
复合材料力学理论认为复合材料是由多相组成的，可以按各相叠加原理计算复合材料的弹性模量和强度等指标。纤维混凝土就是一种复合材料，使用该理论的前提假设是：（1）认为纤维和基体都是弹性变形体，且变形在横向上相等；
（2）纤维与基体产生相应应变；
（3）纤维排列方向与应力方向相同，且均匀连续；
（4）纤维与基体无相对滑动。
由线弹性断裂力学可知，混凝土内部有各种大小缺陷，如微裂纹、孔洞等。当外力施加时，应力集中现象会出现在这些薄弱部位，并引起裂缝的进一步扩展，直至结构的破坏。因此，在混凝土中加入纤维或混杂纤维后，混凝土在受力产生破坏时，纤维能够限制裂缝或孔洞的萌发和发展，提高混凝土的阻裂性能，实现混凝土的增强、增韧。
3 结语
通过纤维中心间距来看。与单掺纤维混凝土相比，混杂纤维的掺入，增加了单位体积内的纤维根数，导致纤维间距变小。另外，高低弹模的纤维组合和不同形状的纤维组合在裂纹孔隙内部发挥协同作用，提高了抗裂能力。这主要表现在两个方面，一方面，高弹模的钢纤维横跨在裂纹之间，减弱了裂缝之间的拉应力，应力集中被削弱，起到增强材料的作用；
另一方面，低弹模的聚丙烯纤维可以在混凝土内部形成多点开裂，提高混凝土的裂后变形能力。因此，混杂与单掺纤维混凝土和素混凝土相比，明显改善了混凝土的物理和力学性能，具有更高的抗压强度。
参考文献
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基金项目：文章为国家自然科学基金青年科学基金项目阶段性成果，项目编号：51508565；
文章为国家自然科学基金面上项目阶段性成果，项目编号：51478462。
作者简介：魏金源（1992- ），男，江西南昌人，硕士，空军勤务学院机场工程与保障系，研究方向：防灾减灾及防护工程。
