玄武岩一聚丙烯混杂纤维混凝土基本力学性能试验研究

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发布时间：2021-09-03

资料介绍

玄武岩一聚丙烯混杂纤维混凝土
’基本力学性能试验研究
赵兵兵，贺晶晶，王学志，郑淑文
(1．辽宁工业大学艺术设计与建筑学院，锦州121001；2．辽宁工业大学土木建筑工程学院，锦州121001)
摘要：将玄武岩、聚丙烯纤维以单掺和混杂的形式掺入普通C30混凝土基体中，通过对4种掺加量在不同的
掺加方式一单掺和3种不同混杂比例的混掺下对混凝土基体的28d抗压、劈裂抗拉、抗折等性能进行试验研究。结
果表明，混凝土中掺入纤维后，对基体混凝土的抗压强度有降低作用；低掺量纤维对基体劈裂抗拉强度有明显的提
高；对抗折强度有大幅度的提高作用；同时，对混凝土破坏形态有极大改善作用，其中混杂纤维优于单掺纤维。
关键词：玄武岩纤维；聚丙烯纤维；混杂纤维混凝土；力学性能
Abstract：Basalt fiber and polypropylene fiber are added in the ordinary C30 matrix in the different form of single
addition?and mixed addition．Through difierent addition ways of single addition and three difierent ratio mixed addition
with the four kinds of mixing amounts，the composite concretes are prepared，and the 28d compressive strength，tensile
strength．flexural and other properties of the composite concrete are tested．rrI1e resuhs show that adding fiber can reduce
the compressive strength of matrix concrete，but adding the fiber with low amount can improve the tensile strength and
flexural strength of the matrix concrete significantly；meanwhile，fiber has a positive impact on the failure mode of con—
crete，and the effect of mixed addition fiber are better than that of single addition fiber．
Key words：Basalt fiber；Polypropylene fiber；Hybrid fiber reinforced concrete；Mechanical properties
中图分类号：TU528．572 文献标识码：A 文章编号：1000—4637(2014)08—51—05
0 前言
纤维混凝土(Fiber Reinforced Concrete，简称
FRC)是以水泥浆、砂浆或混凝土为基体，加入纤维
组成的复合混凝土材料。而混杂纤维混凝土
(HFRC)是指在混凝土中加入两种或两种以上不同
纤维或不同几何特性的同一品种纤维组成的纤维
混凝土。其混杂形式具体可分三种 ]：① 不同品质不
同几何特性的二种纤维混杂，如高弹性模量和低弹
性模量纤维混杂；② 同品种，不同几何特性纤维混
杂，如同一品种、不同长度纤维混杂；⑧ 多元纤维混
杂，也就是多种纤维混杂。总之，混杂纤维混凝土是
将不同品种或不同特性的纤维按一定比例混杂掺
入混凝土基体，使其取长补短，发挥各自优势，使混
凝土基体性能在多相、多结构、多层次上得到改善。
国内外大量试验研究表明：在混凝土中掺入一定量
的纤维对混凝土性能有很大的改善，且掺入混杂纤
维优于掺单一纤维口。
本文基于聚丙烯纤维(PPF)和玄武岩纤维[71
基金项目：辽宁省科学事业公益研究基金项目(GY20l3一
C—OO6)，辽宁省教育厅基金项目(L2011103)，辽宁省百千
万人才千人层次项目(2011921059)资助。
(CBF或BF)各自的特点将聚丙烯纤维和玄武岩纤
维加入混凝土中制备玄武岩一聚丙烯混杂纤维混凝
土，并对其基本力学性能进行了试验研究。
1 试验用原材料及试件制作
1．1 原材料
水泥：32．5级矿渣硅酸盐水泥，其物理力学性
能见表l。
表1 水泥的物理力学性能
细骨料：锦州女儿河中砂，表观密度2670kg／
cm 。
，堆积密度1554kg／cm。，细度模数2．46，含水率
3．1％，含泥量3．O％。
粗骨料：粒径lO-20mm 的碎石，表观密度
2665kg／cm ，堆积密度1450kg／em。，含泥量0-3％，针
片状含量14％。
水：自来水。
纤维：玄武岩纤维，长12mm，短切连续，最高使
用温度65O℃ ；聚丙烯纤维，长12mm，束状，熔点
165oC～173oC。纤维的物理力学性能指标见表2。
一5】一
2014年第8期混凝土与水泥制品第220期
表2 纤维的性能指标
1．2 配合比设计及试验方法
1．2．1 配合比设计
根据JGJ55—201 1《普通混凝配合比设计规程》
配制C30普通混凝土，水灰比0．5，砂率0．3，具体配
合比见表3。聚丙烯纤维和玄武岩纤维以0_3％、
0．6％、0．9％、1．2％为掺加量，以单掺和混杂比1：1、1：
2、2：1的方式掺人C30混凝土基体，组成混杂纤维
混凝土，进行抗压、弯曲抗折、抗劈裂强度等试验。
表3 C30混凝土配合比 kg／m
1．2．2 试验方法
按GB／T 500824普通混凝土长期性能和耐久性
能试验方法标准》和GB／T 50081《普通混凝土力学
性能试验标准》的相关规定制作试件。抗压强度试
件尺寸为100mmx100mmx100mm；劈裂抗拉强度试
件尺寸为150mmx150mm~150ram；抗折弯曲试件尺
寸为100mmxl00mmx400mm。为保证混凝土拌合物
的均匀性，本试验采用强制式搅拌机搅拌，首先将
砂、石干拌30s，再加入水泥和纤维干拌30s，最后加
水湿拌。将拌好的纤维混凝土装入试模，放在振动
台上振捣成型。24h后拆模养护，养护室温度(20+
2)cI二，相对湿度95％以上。养护至28d进行立方体抗
压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度试验。
2 试验内容及结果分析
2．1 试验内容
依据GB／T 50081的相关规定制进行试验。将试
件从养护室取出后擦拭干净，检查外观尺寸后进行
试验。
抗压试验：将试件放在试验机的下压板中心，
以试件成型侧面作为承压面，以0．3～0．5MPa的速度
连续均匀地加荷。当试件接近破坏，即荷载达到最
大时，记录破坏荷载，按式(1)计算抗压强度。
，：
A
式中：为混凝土立方体抗压强度，MPa；～
为混凝土受压破坏时最大荷载，N；A。为抗压试验试
件承压面积，mm 。
劈裂抗拉试验：将试件放入劈裂抗拉装置中
一52一
心，以试件成型侧面作为承压面。开动试验机，以
0．3～0．8MPa的速度连续均匀地加荷。当试件接近破
坏时，调小油门，当荷载达到最大时，记录破坏荷
载，按式(2)计算劈裂抗拉强度。
f．,=0．637 F'
A
s"~ l (2)
式中：／= 为混凝土劈裂抗拉强度，MPa； ⋯ 为
混凝土劈裂破坏时最大荷载，N；4 为劈裂试验试件
劈裂面积，mlTl。。
抗折试验：将试件放入弯曲抗折装置中心，以
试件成型侧面作为承压面。开动试验机，以0．03～
0．08MPa的速度连续均匀地加荷。按式(3)计算抗折
强度
r —
Ft～
l
一一 (3)
式中：为混凝土抗折强度；MPa；为混凝土
破坏时最大荷载；N；b抗折试验装置支座问跨度；
mlTl；^为抗折试验试截面高度，1"11113；Z为抗折试验试
件截面宽度；mm。其中：b=3h。
2．2 试验结果
以三个试件测值的算术平均值作为该组试件
抗压、劈裂抗拉、抗折强度值，若其中最大值或最小
值与中间值之差大于中间值的15％，则取中间值作
为该组试件的强度值。具体试验结果见表4。
表4 试验结果汇总
赵兵兵，贺晶晶，王学志，等玄武岩一聚丙烯混杂纤维混凝土基本力学性能试验研究
2-3 试验结果分析
(1)抗压强度试验结果分析
将表4中的抗压强度试验结果绘制散点折线
图，见图1。
由图1可以看出，单掺纤维与1：1混杂纤维系
列相对于素混凝土的抗压强度有不同程度的降低，
但基本都能保持在C30强度附近。单掺玄武岩纤维
混凝土在体积掺加率为0．3％、0．6％、0．9％、1．2％时
相对素混凝土，抗压强度降低9％、19％、1％、18％。
单掺聚丙烯纤维混凝土在体积掺加率为0．3％、
0．6％、0．9％、1．2％时，相对素混凝土抗压强度降低了
8％、7％、17％、24％。1：2混杂纤维与2：1混杂纤维系
列在体积掺加率为0．3％时，相对于素混凝土抗压强
度提高5％。1：2混杂纤维系列在体积掺加率为
0．6％、0．9％、1．2％时，相对于素混凝土的抗压强度降
低21％、22％、24％。2：1混杂纤维系列在体积掺加率
为0．6％、0．9％、1．2％时，相对于素混凝土的抗压强
度降低l8％、22％、25％。
由此可见，在混凝土基体中掺入聚丙烯与玄武
岩及其混杂纤维对抗压强度有不同程度的降低。造
成抗压强度降低的原因很多，如水泥强度、水灰比、
骨料粒径级配等】。以上试验结果表明，在同一系列
纤维混凝中，随着纤维掺量的增大，混凝土基体的
强度呈下降趋势。同一掺量下，不同系列的纤维掺
加方式对混凝土抗压强度的影响也有很大差异。如
在0-3％掺量下，单掺、1：1混杂纤维对均对基体强度
有降低作用，而1：2、2：1混杂系列纤维对基体强度
稍有提高作用。在0．6％与0．9％掺量下，各个系列对
基体强度均有不同程度降低，其中单掺纤维系列对
基体强度降低相对较少，而混杂系列对基体强度降
低较大。在1．2％掺量下，玄武岩系列纤维1：1系列
对基体强度降低相对较少，而聚丙烯以及其他混杂
纤维系列对基体强度降低较大。原因是在不同掺量
下，混杂纤维的混杂效应作用多于基体强度的影
响。国内外有研究也表明9_ Ol：混杂纤维的混杂效应
对混凝土基体会产生“正效应”和“负效应”。正效应
使基体强度提高，负效应则使基体强度降低。
39
髓
37
墨35
越33
魑3l
幽29
27
25
0 0．3 0．6 0．9 1．2
纤维掺量／％
图1 28d抗压强度试验结果
塞
暖
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(2)劈裂抗拉强度试验结果分析
将表4中的劈裂抗拉强度试验结果绘制散点
折线图，见图2。
由图2可以看出，在混凝土中掺入纤维对基体
劈裂抗拉强度影响很大。对单掺玄武岩纤维系列，
掺量为0．3％、0．6％时，劈裂抗拉强度提高了2．6％、
22．9％；掺量为0．9％、1．2％时，劈裂抗拉