孟凱，曹紅紅，張建軍，吳還珠

（1. 中北大學材料科學與工程學院，山西 太原 030051；2. 山西喜躍發(fā)路橋建筑材料有限公司，山西 太原 030100）

0 引言

與鋼纖和無機纖維相比，合成高分子纖維因力學性能優(yōu)良、質(zhì)輕且耐蝕性好等諸多優(yōu)點，在纖維增強混凝土中的應(yīng)用日漸廣泛，尤其是拉絲性能好的聚丙烯（PP）和聚酰胺 6（Pa6）纖維[1-3]。作為纖維增強混凝土力學性能薄弱環(huán)節(jié)的纖維界面一直是眾多學者的關(guān)注重點，對其研究包括界面力學分析、粘結(jié)性能及其分析方法等[4-6]?；炷凉橇辖缑孢^渡區(qū)是骨料外表面 10～50μm 左右的區(qū)域，具有多孔低強和 CH 晶粒大且取向度高的特點。隨低水灰比的降低和硅灰摻量的增加，過渡區(qū)的微結(jié)構(gòu)得以改善：孔隙消失、CH 取向度降低且 C-S-H 凝膠可進入過渡區(qū)[7-8]。外摻的 PP 和 Pa6纖維，無論其表面極性、表面能還是力學性能和密度，都與常見的無機骨料有顯著的區(qū)別（表 1），這些區(qū)別都將影響到纖維過渡區(qū)的形成和結(jié)構(gòu)特征，進而影響混凝土的施工和力學性能。為此，本文在試驗 PP 或 Pa6纖維的長度和摻量對 C50 混凝土坍落度和抗折強度影響的基礎(chǔ)上，用 SEM 和 EPMA 方法研究了水泥石—PP或 Pa6 纖維界面過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)特征，以及加萘系減水劑的影響。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

試驗所用的混凝土強度等級為 C50，配合比設(shè)計如表 2 所示。

表 1 高分子纖維和骨料的性能對比

表 2 C 5 0 混凝土配合比 k g/m3

聚丙烯（PP）和尼龍（Pa6）纖維直徑 160μm，剪成不同長度摻加入混凝土。

1.2 試驗方法

摻加纖維的混凝土測定完坍落度后再裝模，標準養(yǎng)護 24h 拆模繼續(xù)養(yǎng)護至 28 天。根據(jù) GB/T 50081—2002采用三分點彎曲試驗法，在 WE-600B 型數(shù)顯萬能材料試驗機測試抗折強度。

將 100g 水泥、外加劑（摻量 1.0%）、纖維（纖維摻量為 0.9%、長度為 9～11 mm）和水（W/C=0.4）加入水泥凈漿攪拌機，拌合好后，裝 (2×2×2)cm3試模，養(yǎng)護至 28 天后用無水乙醇終止水化，在 50℃ 和 100～120mmHg 下抽空 4～6 小時，保存?zhèn)溆谩Ｔ?EVO MA15型掃描電鏡上進行 SEM 和 EPMA 的界面區(qū)特征分析。

2 試驗結(jié)果和分析

2.1 摻加纖維對混凝土性能的影響

在 C50 混凝土中摻加不同量的 9～11mm 長的 PP或 Pa6 纖維，混凝土的坍落度和 28 天抗折強度如表 3所示。隨 PP 或 Pa6 纖維摻量的增加，混凝土坍落度逐漸下降，尤其在 2.5kg/m3摻量時坍落度下降達到 50%以上；抗折強度則隨纖維摻量的增加而增加，在 2kg/m3摻量時達到 44% 的最大增幅，但是摻量 2.5kg/m3時抗折強度開始下降；在相同摻量下，摻加 Pa6 纖維比摻加PP 纖維的抗折強度要高出約 5%。

表 3 纖維摻量對混凝土性能的影響

在 Pa6 纖維摻量 1.2kg/m3下，改變纖維長度，混凝土的坍落度和抗折強度如表 4 所示?？梢?，隨 Pa6 纖維長度的增加，抗折強度逐漸增加而坍落度則明顯下降。

表 4 摻加不同長度尼龍纖維的混凝土抗折強度

2.2 PP 和 Pa 6 界面過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)特征

圖 1 為 PP 和 Pa6 纖維與水泥凈漿界面的 SEM圖，兩種纖維與水化產(chǎn)物之間結(jié)合并不緊密，都有約2～4μm 的間隙，與玄武巖纖維的界面類似（圖 2），表面極性相差很大的纖維的間隙尺度區(qū)別并不明顯，但剛性的玄武巖纖維水化產(chǎn)物的界面輪廓更明顯一些，且都未發(fā)現(xiàn)晶粒大且取向度高的 CH。

圖 1 PP 和 Pa6 纖維的界面過渡區(qū) SEM

表 5 為圖 1 中界面過渡區(qū) SEM 中六個點的主要元素分析結(jié)果，A、C、E 三點靠近界面間隙，B、D、F三點離界面間隙 10μm 以上，遠近兩點的 Ca 和 Si 元素并未出現(xiàn)明顯的富集和貧化。

圖 2 為 Pa6 纖維界面過渡區(qū) Ca 和 Si 元素面掃描，與玄武巖纖維界面過渡區(qū) Ca 元素面掃描結(jié)果，與定點定量分析的結(jié)論是一致的。

3 結(jié)論

（1）摻加 PP 和 Pa6 短纖維都可以增加混凝土的抗折強度，在摻量為 2kg/m3時可達到 44% 的最大增幅，但摻加纖維將影響混凝土的流動性；增加纖維長度可以增加混凝土的抗折強度，同樣也會影響混凝土的流動性。

表 5 定點定量主要元素分析結(jié)果

（2）PP 和 Pa6 纖維界面過渡區(qū)，除水化產(chǎn)物的界面輪廓不明顯外，與剛性玄武巖纖維的界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)特征一致，在界面過渡區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的元素富集現(xiàn)象和 CH 取向。

圖 2 P a 6 和玄武巖纖維界面過渡區(qū)的元素面掃描

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