有机仿钢纤维增强混凝土试验研究

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发布时间：2021-10-27

资料介绍

对比研究有机仿钢纤维混凝土与钢纤维混凝
土的力学性能，评估有机仿钢纤维替代钢纤维的可行性，并
研究有机仿钢纤维对混凝土力学性能的影响，探索有机仿钢
纤维增强混凝土材料的设计方法。
关键词：有机仿钢纤维；钢纤维；混凝土；力学性能；
试验
1 前言
混凝土以其优良的抗压性能和经济性百年来一
直作为土木工程领域的主要材料，但其抗裂性差，容
易产生裂缝，导致其耐久性能降低，影响使用寿命。
在混凝土中掺人纤维可以提高其抗裂性。混凝土或
砂浆的纤维增强原理[1]，在世界各国建筑业早有应
用，我国民间百姓抹墙砌砖时，多掺入“麻刀”、稻草、
猪鬃、头发、纸屑、棉絮等以提高结构的强度。
在普通混凝土内掺加纤维体现了复合材料设计
的思想，即保留了混凝土原有的高抗压性，又能大大
增加其抗裂性能、韧性及抗渗性，使之符合新型建筑
材料的要求。
复合材料理论将多种单一材料结合或混合之后
所构成的材料整体看成一个多相系统¨2]，其性能是
各相性能的叠加值。根据中心介质效应假说，参与
构成混凝土的基础材料分别具有各自不同的性能特
点，这些特点相互补充，共同发挥作用。纤维可以看
作是混凝土内部细微的“次增强筋”，与混凝土内的
配筋一道形成“筋级配”。这样形成的纤维增强混凝
土可以获得比普通混凝土更好的性能。
纤维间距理论认为，混凝土内部存在固有缺陷，
如欲提高其强度，必须尽可能减小缺陷程度，提高材
料的韧性，降低混凝土体内裂缝端部的应力集中系
数。当水泥基体中纤维的平均中心距离小于 7．6
mm 时，纤维增强混凝土的抗拉和抗折强度均得以
明显提高。在纤维充分均匀分散的前提下，纤维的
平均间距越小，其阻裂效果越好。
2 有机仿钢纤维的特点
有机仿钢纤维(直径或当量直径大于 0．1 mm)
是一种新型的混凝土增强增韧材料，其研究开发的
最初目的是用来取代钢纤维，从而解决钢纤维应用
中存在的诸多问题。有机仿钢纤维从成型上来说有
2种，一种是单丝粗纤维，即一根纤维只有一根丝；
另一种是绞联粗纤维，即一根粗纤维是由多根细纤
维通过绞联而成的。目前国内外都有不少有机仿钢
纤维产品，并已得到工程应用。有机仿钢纤维具有
以下优点 J：
(1)耐久性好。有机仿钢纤维很难与酸、碱反
应，而且在空气中也十分稳定，不会被空气氧化，所
以用其制备的混凝土不会发生类似钢纤维的锈蚀情
况，混凝土的耐久性大幅提高。
(2)质轻，经济性好。有机仿钢纤维虽然单位
重量的生产成本要高于钢纤维，但是其密度只有钢
纤维的 1／8，因此其重量掺量较钢纤维要小得多，因
此混凝土的综合成本较钢纤维增强混凝土低。
(3)纤维分散性好，混凝土拌合物工作性能好，
易于泵送，在泵送中对于泵管的磨损比钢纤维要小
得多。
(4)可提高混凝土的耐火性能。有机仿钢纤维
在高温条件下融化，从而在混凝土内形成气体散失
的通道，降低了混凝土内部的温度和压力，混凝土的
耐火性能得到提高。
(5)经过表面改性处理，可提高与水泥石的粘
结性能。
3 原材料及试验方法
3．1 试验设计
通过对比研究素混凝土、钢纤维增强混凝土、有
机仿钢纤维增强混凝土的力学性能，以及变化有机
仿钢纤维掺量，探明有机仿钢纤维的增强增韧效果，