有机仿钢纤维增强混凝土试验研究.pdf

总第 2 期 有机仿钢纤维增强混凝土试验研究 4 3 有机仿钢 纤维增 强混凝 土试验研 究 李志龙 ( 铁道部产品质量监督检验中心桥梁与基础检验站， 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 ) 摘要： 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 ， 收稿 日期：2 0 0 9 -0 2 -0 3 作者简介：李志龙( 1 9 7 9 一) ， 男， 助理工程师 ， 2 0 0 3年毕业于同济大学材料科 学与工程专业 ， 工学学士 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 2 期 有机仿钢纤维增强混凝土试验研究 4 5 由图 5可知 ， 素混凝土 2 8 d劈裂抗拉强度约为 5 4 MP a ， 与素混凝土相 比， 有机仿钢纤维或钢纤维 混凝土的 2 8 d劈裂抗拉强度均能小幅提高约 3 6 ， 提高了混凝土的抗裂性 。 4 2 有机仿钢纤维的掺量对混凝土的影响 为了探索有机仿钢纤维的最佳掺量 ， 试验设计 了有机仿钢纤维体积掺量分别为 O ， 0 3 ， 0 5 ， 0 7 ， 0 9 的几个 配合 比来进行对 比研究 。试验 结果见 图 6 图 9 。 图 6 有机仿钢纤维掺量对混凝土抗压强度的影响 囹 国 国 圈 囵 图 7 有机仿钢纤维掺量对 混凝 土 2 8 d劈裂抗拉强度的影响 l囹 图 。囵 。 图 圈 图 8 有机仿钢纤维掺量对混凝土 2 8 d抗 折强 度的影响 I 囡 国 一 圈 国 图 9 有机仿钢纤维掺量对混凝土 2 8 d弹性模量的影响 从 图 6 图 9可知 ： 混凝土的 7 d和 2 8 d抗 压强度 随有机仿钢纤维掺量的增加而增大； 混凝 土的 2 8 d 劈裂抗拉强度随有机仿钢纤维掺量的增 加而增加 ， 在掺量较低时( O 3 ) ， 影响较小 ， 与素混 凝土相比， 有机仿钢纤维掺量大于0 5 的混凝土的 劈裂 抗 拉 强 度 提 高 效 果 较 好 ， 约 提 高 8 9 1 6 1 ； 分析混凝土 2 8 d抗折强度和弹性模量 发现 ， 随有机仿钢纤维掺量的增加 ， 混凝土 2 8 d抗 折强度和弹性模量均呈先增加后减小的趋势， 在掺 量为 6 3 7 k g m3 ( 体积率为 0 7 ) 时， 达到最高值 ， 即本次试验 ， 当以混凝土抗折强度和弹性模量为标 准时， 有机仿钢纤维 的适宜掺量为 6 3 7 k g m。 ( 体 积率为0 7 9 6 ) 。 5 结论 通过试验可以得到以下结论 ： ( 1 )有机仿钢纤维对混凝 土抗压强度 、 劈裂抗 拉强度 、 抗折强度 略有增强 ， 优于钢纤维， 但效果不 明显 ； ( 2 )当有机仿钢纤维体积掺量为 0 7 9 6 时 ， 对混 凝土的弹性模量和抗折强度改善效果最好 ； ( 3 )有机仿钢纤维化学稳定性优于钢纤维， 相 同体积掺量成本低于钢纤维 ， 可取代钢纤维作为混 凝土的增强增韧材料。 参考文献 ： r 1 Oh a ma Y， D e mu r a K， K o b a y a s h i K， e t a 1 P o r e S i z e Di s t r i b u t i o n a n d Ox y g e n Di f f u s i o n Re s i s t a n c e o f P o l y me r - Mo d i f i e d Mo r t a r s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 1 9 9 1 ， 2 1 ( 2 3 ) ： 3 0 9 3 1 5 2 钟世云， 袁华聚合物在混凝土中的应用 M 北 京 ： 化学工业 出版社 ， 2 0 0 3 3 徐至韵纤维增强混凝土技术及应用 M 北京： 中国 建筑 工业出版社 ， 2 0 0 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m