陳 倩，徐禮華，吳方紅，曾彥欽，梁旭宇

(武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，武漢 430072)

0 引 言

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete，UHPC)是一種新型水泥基復(fù)合材料，其超高性能主要表現(xiàn)在良好的工作性能、超高的物理力學(xué)性能和優(yōu)異的耐久性能。迄今，超高性能混凝土大致分為兩類：一類是活性粉末混凝土(RPC)，不含粗骨料；另一類是含粗骨料的超高性能混凝土(CA-UHPC)。纖維增強(qiáng)混凝土是在混凝土復(fù)合的基礎(chǔ)上(粗骨料、細(xì)骨料、水泥化合物等)再次復(fù)合的材料，通過摻入單相纖維或者同時摻加不同種類、不同含量或不同尺度的纖維來改善混凝土固有的抗拉強(qiáng)度低、脆性差等缺點(diǎn)。研究表明[1-2]，將聚丙烯纖維和鋼纖維混雜加入混凝土后，兩種纖維協(xié)同工作，纖維相互空間作用得到加強(qiáng)，能夠形成工作性能良好的空間整體，進(jìn)而使UHPC力學(xué)性能得到一定程度的改善和提高。然而，國內(nèi)現(xiàn)有UHPC相關(guān)規(guī)范[3-4]僅對UHPC原材料、配合比設(shè)計(jì)、試驗(yàn)方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行了規(guī)定，并未給出含纖維UHPC與基體混凝土強(qiáng)度的理論關(guān)系以及纖維增強(qiáng)UHPC本構(gòu)模型。對于鋼-聚丙烯混雜纖維增強(qiáng)超高性能混凝土這樣一種相當(dāng)復(fù)雜的多相復(fù)合材料而言，其本構(gòu)關(guān)系的研究無疑將成為其整體發(fā)展的重要制約因素，而基本強(qiáng)度為本構(gòu)模型建立的基礎(chǔ)，因此，系統(tǒng)地研究鋼纖維和聚丙烯纖維各參數(shù)對UHPC拉壓基本強(qiáng)度的影響以及混雜纖維UHPC與基體混凝土強(qiáng)度之間的關(guān)系對于推進(jìn)UHPC的工程實(shí)踐應(yīng)用具有重要意義。

自1994年“超高性能混凝土”的概念[5]提出以來，國內(nèi)外學(xué)者對超高性能混凝土材料制備與力學(xué)行為進(jìn)行了大量研究，陳寶春[6]、閣培渝[7]、馮乃謙[8]、Shi[9]等學(xué)者都對其進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述分析。目前，國內(nèi)外研究學(xué)者對超高性能混凝土力學(xué)性能的研究主要集中在抗壓性能[10-12]、抗拉性能[13]、彎曲韌性[14-15]、抗沖擊性能[16]等方面，普遍考慮了纖維摻量、長徑比，纖維形狀及類型，養(yǎng)護(hù)方式，溫度等因素的影響。文獻(xiàn)[1,14,17-19]通過試驗(yàn)研究了鋼纖維摻量對RPC和超高強(qiáng)混凝土(UHSC)力學(xué)性能的影響。研究表明，高模量的鋼纖維對提高RPC和UHSC力學(xué)性能具有顯著效果，鋼纖維的摻入提高了RPC抗壓和抗折強(qiáng)度，尤其對抗折強(qiáng)度的提高非常明顯。文獻(xiàn)[20-25]在混凝土中加入聚丙烯纖維，通過試驗(yàn)研究表明，由于聚丙烯纖維彈性模量較低，在混凝土中不能起到承力骨架作用，因而單摻聚丙烯纖維對混凝土強(qiáng)度無明顯提升作用，但聚丙烯纖維可橋接微裂紋，抑制裂紋擴(kuò)展，從而增強(qiáng)混凝土延性。文獻(xiàn)[1-2]將聚丙烯纖維和鋼纖維混雜加入RPC中，研究表明，在適當(dāng)摻量的條件下，鋼纖維與聚丙烯纖維混雜RPC的力學(xué)性能要優(yōu)于單摻任何一種纖維的RPC，更優(yōu)于不摻纖維的RPC。以上研究對指導(dǎo)UHPC力學(xué)性能研究方向具有重要意義，但也有著試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少、數(shù)據(jù)點(diǎn)較離散、模型通用性不夠的問題。

本文通過立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，系統(tǒng)地分析鋼纖維體積率、聚丙烯纖維體積率和長徑比等參數(shù)對UHPC強(qiáng)度的影響，并基于試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用多元回歸分析，建立了考慮纖維參數(shù)的UHPC立方體抗壓強(qiáng)度預(yù)測模型，提出了UHPC軸心抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系式，為工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 配合比設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)[26-27]研究表明，鋼纖維長徑比對UHPC力學(xué)性能的影響不明顯，體積率小于1.50%的鋼纖維對UHPC增強(qiáng)增韌效果不明顯，體積率大于2.00%的鋼纖維不易分散且造成UHPC流動性較差。因此，本文試驗(yàn)不考慮鋼纖維長徑比對UHPC力學(xué)性能的影響，統(tǒng)一選取鋼纖維長徑比為60，鋼纖維體積率Vsf分別為1.50%、1.75%、2.00%。選取聚丙烯纖維體積率Vpf為0.05%、0.10%、0.15%，長徑比為167、280、396。根據(jù)GB/T 31387—2015《活性粉末混凝土》[3]和JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[28]，確定了UHPC基準(zhǔn)配合比，見表1。

表1 基準(zhǔn)配合比Table 1 Designed concrete mix proportions

為研究鋼纖維體積率、聚丙烯纖維體積率和長徑比對UHPC力學(xué)性能指標(biāo)的影響，本次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了19種配合比，各配合比主要參數(shù)見表2。每個配合比設(shè)計(jì)3個100 mm×100 mm×300 mm的棱柱體試塊用于軸心抗壓試驗(yàn)，3個100 mm×100 mm×100 mm的立方體試塊用于立方體抗壓試驗(yàn)，3個100 mm×100 mm×100 mm的立方體試塊用于劈裂抗拉試驗(yàn)。

表2 試塊主要參數(shù)Table 2 Main parameters of specimens

Note: S represents steel fiber; PA, PB, PC represents polypropylene fiber with aspect ratio of 167, 280, 396, respectively.

1.2 試驗(yàn)材料

圖1 纖維外形圖Fig.1 Pictures of fibers shape

采用武漢新途工程纖維制造有限公司生產(chǎn)的鋼纖維和聚丙烯纖維，其物理力學(xué)性能見表3，外觀特征見圖1。基體混凝土材料組成為：P·O 52.5級的普通硅酸鹽水泥、河砂(中砂，最大粒徑為5 mm)、硅粉(二氧化硅含量大于95%，平均粒徑為0.1～0.2 μm，堆積密度為2.626 g/cm3)、粉煤灰(Ⅰ級，比表面積800 m2/kg，堆積密度為1.9 g/cm3)、高效減水劑(聚羧酸系高性能減水劑，減水率>37%)。經(jīng)X射線熒光光譜儀分析，水泥、硅灰、粉煤灰的主要化學(xué)成分見表4。

表3 纖維參數(shù)及物理力學(xué)性能Table 3 Parameters, physical and mechanical properties of fibers

表4 膠凝材料的主要化學(xué)成分Table 4 Main chemical composition of the cementitious materials /%

1.3 試塊制作

為使SF和PF均勻分散，采用強(qiáng)制式單臥軸混凝土攪拌機(jī)，經(jīng)過前期試配，UHPC按照以下步驟進(jìn)行攪拌：(1)將包括中砂、水泥、硅灰、粉煤灰在內(nèi)的全部干料倒入攪拌機(jī)攪拌2 min；(2)將70%的高效減水劑加入全部水中攪拌均勻，隨后倒入攪拌機(jī)中攪拌5 min，使膠凝材料全部成為可流動的漿體；(3)將SF和PF均勻地撒入混合料中，持續(xù)攪拌2 min；(4)根據(jù)拌合物的流動性適量加入剩余的高效減水劑，直到達(dá)到較好的流動性。攪拌完成后，將混凝土裝入塑料混凝土試模中，在振動臺上振搗30 s后抹平，在試模表面覆蓋一層保鮮膜。在室溫下靜置養(yǎng)護(hù)24 h后脫模并對試件進(jìn)行編號，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)28 d。

1.4 加載裝置與加載制度

立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)依據(jù)規(guī)范[3]，在量程為3 000 kN的YAW-3000微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，加載速率為1.3 MPa/s。劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)參考GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[29]，在量程為300 kN的SHT5605-P微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，加載速率為0.09 MPa/s。軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)參考CECS 13—2009《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[30]，在量程為1 500 kN的RMT-301巖石與混凝土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。正式加載前先進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載約為破壞荷載的40%(300 kN)，以5 kN/s的加荷速率進(jìn)行兩次反復(fù)加卸載后，再次調(diào)整位移傳感器位置使其讀數(shù)不超過1 mm。正式加載采用變形控制，加載速率為0.001 mm/s，直到試塊完全破壞或軸向位移達(dá)到3.5 mm停止試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維對立方體抗壓強(qiáng)度的影響

各試塊強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表2。摻入鋼纖維和聚丙烯纖維后，UHPC立方體抗壓強(qiáng)度有所提高。相比于素UHPC，當(dāng)摻入鋼纖維體積率為1.50%～2.00%、聚丙烯纖維體積率為0.05%～0.15%時，立方體抗壓強(qiáng)度提高幅度最高可達(dá)36.3%。

2.1.1 鋼纖維體積率的影響

圖2所示為鋼纖維長徑比(lsf/dsf)為60、聚丙烯纖維長徑比(lpf/dpf)為167的UHPC中，鋼纖維體積率(Vsf)對UHPC立方體抗壓強(qiáng)度(fcu)的影響。由圖可知，摻入適量鋼纖維可以提高UHPC立方體抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)隨著Vsf增加，fcu略有減小。分析其原因?yàn)椋M管鋼纖維的加入可以通過阻止裂縫發(fā)展而起到增強(qiáng)作用，但鋼纖維不易攪拌均勻，易出現(xiàn)纖維成團(tuán)現(xiàn)象而降低混凝土密實(shí)性，使混凝土內(nèi)部缺陷增多，當(dāng)鋼纖維摻量越大時，越易出現(xiàn)纖維成團(tuán)現(xiàn)象(見圖3)，從而使鋼纖維的特性沒有得到充分發(fā)揮，導(dǎo)致高摻量的UHPC強(qiáng)度反而低于較低摻量。圖2中所示摻入鋼纖維和0.10%聚丙烯纖維的PA10組fcu高于P0組，這表明與單一鋼纖維相比，由鋼纖維和0.10%聚丙烯纖維組成的混雜纖維對UHPC立方體抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)效果更好。

圖2Vsf對UHPC立方體抗壓強(qiáng)度的影響
Fig.2 Effect of steel fiber volume fraction on cubic compressive strength of UHPC

圖3 鋼纖維成團(tuán)現(xiàn)象
Fig.3 Picture of fiber cluster

2.1.2 聚丙烯纖維的影響

圖4所示為聚丙烯纖維 (Vpf、lpf/dpf)對fcu的影響。由圖4(a)可知，Vpf=0.10%的聚丙烯纖維對UHPC立方體抗壓強(qiáng)度的效果為提高，提高幅度為1.2%～9.0%；Vpf=0.05%和Vpf=0.15%的聚丙烯纖維會略微降低UHPC立方體抗壓強(qiáng)度，降低幅度分別為0.8%～3.8%和3.6%～6.9%。故按照Vpf對fcu提高幅度排序?yàn)椋?.10%>0%>0.05%>0.15%。0.10%聚丙烯纖維和鋼纖維混摻對UHPC立方體抗壓強(qiáng)度有正混雜效應(yīng)。文獻(xiàn)[2,23,31-32]對混雜纖維混凝土的研究也得出了將鋼纖維與0.10%聚丙烯纖維進(jìn)行混摻可獲得較好力學(xué)性能的結(jié)論。由圖4(b)可知，lpf/dpf=167的聚丙烯纖維可提高UHPC的立方體抗壓強(qiáng)度，提高幅度為1.2%～9.0%；lpf/dpf=280和lpf/dpf=396的聚丙烯纖維會降低UHPC立方體抗壓強(qiáng)度，降低幅度分別為8.5%～11.6%和12.7%～22.3%。故按照lpf/dpf對fcu提高幅度排序?yàn)椋?67>0>280>396。長徑比為167的聚丙烯纖維和鋼纖維混摻對UHPC立方體抗壓強(qiáng)度有正混雜效應(yīng)。文獻(xiàn)[33]對鋼-聚丙烯混雜纖維普通混凝土的研究也得出了長徑比為167的聚丙烯纖維對混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的影響優(yōu)于396的結(jié)論。綜上可以得出對UHPC立方體抗壓強(qiáng)度最優(yōu)的聚丙烯纖維配比為PA10(長徑比167，體積率0.10%)。

圖4 聚丙烯纖維對UHPC立方體抗壓強(qiáng)度的影響
Fig.4 Effect of polypropylene fiber on the cubic compressive strength of UHPC

2.2 纖維對軸心抗壓強(qiáng)度的影響

各試塊強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表2。摻入鋼纖維和聚丙烯纖維后，UHPC軸心抗壓強(qiáng)度有所提高。相比于素UHPC，當(dāng)摻入鋼纖維體積率為1.50%～2.00%、聚丙烯纖維體積率為0.05%～0.15%時，軸心抗壓強(qiáng)度提高幅度最高可達(dá)31.9%。

2.2.1 鋼纖維體積率的影響

圖5 鋼纖維體積率對UHPC軸心抗壓強(qiáng)度的影響Fig.5 Effect of steel fiber volume fraction on the axial compressive strength of UHPC

圖5所示為lsf/dsf=60、lpf/dpf=167的UHPC中，鋼纖維體積率(Vsf)對UHPC軸心抗壓強(qiáng)度(fc)的影響?？梢钥闯觯瑩饺脒m量鋼纖維可以提高UHPC軸心抗壓強(qiáng)度，Vsf為1.50%、1.75%和2.00%的UHPC比素UHPC的fc分別提高了13.1%～31.9%、11.2%～15.6%和0.7%～3.9%。Vsf對fc提高幅度排序?yàn)椋?.50%>1.75%>2.00%>0%。這一規(guī)律與立方體抗壓強(qiáng)度相同。

2.2.2 聚丙烯纖維的影響

圖6所示為聚丙烯纖維(Vpf、lpf/dpf)對軸心抗壓強(qiáng)度(fc)的影響。由圖6(a)可知，摻入0.10%聚丙烯纖維可提高UHPC軸心抗壓強(qiáng)度，提高幅度為2.2%～4.5%；摻入0.05%和0.15%聚丙烯纖維會略微降低UHPC軸心抗壓強(qiáng)度，降低幅度分別為0.7%～6.6%和0.5%～10.4%。故按照Vpf對fc提高幅度排序?yàn)椋?.10%>0%>0.05%>0.15%。由圖6(b)可知，摻入長徑比為167的聚丙烯纖維可以提高fc，提高幅度為2.2%～4.5%；摻入lpf/dpf為280和396的聚丙烯纖維會降低fc，降低幅度分別為4.5%～11.4%和17.3%～27.1%。按照lpf/dpf對fc提高幅度排序?yàn)椋?67>0>280>396。故對UHPC軸心抗壓強(qiáng)度最優(yōu)的聚丙烯纖維配比為PA10(長徑比167，體積率0.10%)。這一結(jié)論與立方體抗壓強(qiáng)度相同。

圖6 聚丙烯纖維對UHPC軸心抗壓強(qiáng)度的影響
Fig.6 Effect of polypropylene fiber on the axial compressive strength of UHPC

2.3 纖維對劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

各試塊強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表2。摻入鋼纖維和聚丙烯纖維后，UHPC劈裂抗拉強(qiáng)度有顯著提高。相比于素混凝土，當(dāng)摻入鋼纖維體積率為1.50%～2.00%、聚丙烯纖維體積率為0.05%～0.15%時，劈裂抗拉強(qiáng)度提高了378%～539%(9.48～13.52 MPa)。

2.3.1 鋼纖維體積率的影響

圖7 鋼纖維體積率對UHPC劈裂抗拉強(qiáng)度的影響Fig.7 Effect of steel fiber volume fraction on the splitting tensile strength of UHPC

圖7所示為lsf/dsf=60、lpf/dpf=167的UHPC中，鋼纖維體積率(Vsf)對UHPC劈裂抗拉強(qiáng)度(ft,s)的影響。由圖可知，摻入適量鋼纖維可顯著提高UHPC劈裂抗拉強(qiáng)度。Vsf為1.50%、1.75%和2.00%的UHPC比素混凝土ft,s分別最大提高了506%(約12.69 MPa)、539%(約13.52 MPa)和523%(約13.11 MPa)。這主要得益于鋼纖維較高的彈性模量和抗拉強(qiáng)度以及鋼纖維與水泥基體之間良好的粘結(jié)作用。在等拉應(yīng)變情況下，鋼纖維對混凝土有較強(qiáng)約束作用，進(jìn)而阻止UHPC裂縫形成及發(fā)展[34]，同時，鋼纖維可以起到橋接裂縫的作用，鋼纖維與水泥基體之間的粘結(jié)可以將開裂面荷載傳遞至未開裂面，進(jìn)而有利于UHPC劈裂抗拉強(qiáng)度的提升。按照Vsf對ft,s提高幅度排序：1.75%>2.00%>1.50%>0%。試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)隨著Vsf增加，ft,s顯著提高，在Vsf為1.75%時達(dá)到最高，超過1.75%后略有下降。分析其原因，當(dāng)Vsf超過1.75%達(dá)到2.00%時，鋼纖維摻量較大，攪拌時容易成團(tuán)，造成混凝土密實(shí)度下降、和易性降低，內(nèi)部缺陷增多，而導(dǎo)致鋼纖維增強(qiáng)增韌特性沒有得到充分發(fā)揮。

2.3.2 聚丙烯纖維的影響

圖8所示為聚丙烯纖維(Vpf、lpf/dpf)對UHPC劈裂抗拉強(qiáng)度(ft,s)的影響。由圖8(a)可知，摻入體積率為0.10%的聚丙烯纖維可以提高UHPC劈裂抗拉強(qiáng)度，而另兩個摻量聚丙烯纖維作用為降低，降低幅度分別為0%～8.7%和1.4%～10.8%。故按照Vpf對ft,s提高幅度排序?yàn)椋?.10%>0%>0.05%>0.15%。文獻(xiàn)[20,35]對RPC的研究也得出了摻入Vpf為0.10%的聚丙烯纖維可以提高ft,s的結(jié)論。由圖8(b)可知，摻入lpf/dpf為167的聚丙烯纖維可以提高ft,s，摻入lpf/dpf為280和396的聚丙烯纖維會降低ft,s，降低幅度分別為7.6%～8.8%和13.0%～19.7%。故按照lpf/dpf對ft,s提高幅度排序?yàn)椋?67>0>280>396。綜上可以得出對UHPC劈裂抗拉強(qiáng)度最優(yōu)的聚丙烯纖維配比為PA10。綜合拉壓強(qiáng)度，試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)最佳纖維配比為，體積率為1.50%的鋼纖維和長徑比為167、體積率為0.10%的聚丙烯纖維混摻，即本文編號為S15PA10的UHPC試塊，其標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下立方體抗壓強(qiáng)度可達(dá)124.3 MPa，軸心抗壓強(qiáng)度可達(dá)122.8 MPa，劈裂抗拉強(qiáng)度可達(dá)15.19 MPa。

圖8 聚丙烯纖維對UHPC劈裂抗拉強(qiáng)度的影響
Fig.8 Effect of polypropylene fiber on the splitting tensile strength of UHPC

3 強(qiáng)度預(yù)測模型與強(qiáng)度轉(zhuǎn)換式

3.1 立方體抗壓強(qiáng)度預(yù)測模型

由試驗(yàn)結(jié)果可知，鋼纖維和聚丙烯纖維對UHPC立方體抗壓強(qiáng)度均有影響。根據(jù)復(fù)合材料力學(xué)混合律，將UHPC看作由基體相、鋼纖維相和聚丙烯纖維相組成的三相復(fù)合材料，建立鋼-聚丙烯混雜纖維UHPC立方體抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式為：

fcu=fcu0(1+α1λsf+α2λpf)

(1)

式中，fcu、fcu0為含纖維UHPC和素UHPC的立方體抗壓強(qiáng)度值；α1、α2為鋼纖維和聚丙烯纖維影響系數(shù)；λsf、λpf為鋼纖維和聚丙烯纖維特征參數(shù)，λsf=Vsflsf/dsf，λpf=Vpflpf/dpf；Vsf、Vpf為鋼纖維和聚丙烯纖維體積率；lsf/dsf、lpf/dpf為鋼纖維和聚丙烯纖維長徑比。

圖9 UHPC立方體抗壓強(qiáng)度預(yù)測模型Fig.9 Prediction model of UHPC cubic compressive strength

鑒于文獻(xiàn)[26]中試塊養(yǎng)護(hù)條件與本文類似，均為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件，為拓寬本文研究范圍，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有更高的可靠性，基于本文和文獻(xiàn)[26]所測UHPC立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值，利用Origin軟件多元線性回歸分析模塊對式(1)進(jìn)行回歸，結(jié)果為：

fcu=fcu0(1+0.138λsf+0.002 1λpf)

(2)

將式(2)強(qiáng)度預(yù)測值與本文和文獻(xiàn)[26]中試驗(yàn)值進(jìn)行了對比，見圖9，相關(guān)系數(shù)R2=0.983，說明擬合效果較好。用本文強(qiáng)度預(yù)測模型對文獻(xiàn)[2,36]試驗(yàn)值進(jìn)行預(yù)測，文獻(xiàn)[2]中fcu0取93.16 MPa，文獻(xiàn)[36]中fcu0取136.43 MPa。模型預(yù)測值與試驗(yàn)值的相對誤差見表5，表中序號1～15數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[2]，序號16～22數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[36]。相對誤差均在15%以內(nèi)，表明本文建立的UHPC立方體抗壓強(qiáng)度預(yù)測模型在一定范圍內(nèi)能較好地驗(yàn)證其他學(xué)者的試驗(yàn)結(jié)果。

3.2 強(qiáng)度轉(zhuǎn)換式

參考GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[37]中混凝土軸心抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度關(guān)系式形式，根據(jù)本文試驗(yàn)實(shí)測值，利用Origin軟件對UHPC立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系進(jìn)行線性回歸擬合得到下式：

fc=0.92fcu

(3)

(4)

將式(3)、式(4)計(jì)算值與本文試驗(yàn)值進(jìn)行了對比，擬合效果見圖10。

表5 UHPC立方體抗壓強(qiáng)度預(yù)測模型驗(yàn)證Table 5 Model verification of fcu of UHPC

圖10 UHPC強(qiáng)度轉(zhuǎn)換式
Fig.10 Strength relation of UHPC

4 結(jié) 論

(1)鋼纖維對UHPC立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度均有提高作用，試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)對抗壓強(qiáng)度最優(yōu)體積率為1.50%，對劈裂抗拉強(qiáng)度最優(yōu)體積率為1.75%。

(2)聚丙烯纖維對UHPC強(qiáng)度的影響較弱，試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)最佳配比為長徑比167，體積率0.10%。

(3)綜合拉壓強(qiáng)度，試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)最佳纖維配比為，體積率為1.50%的鋼纖維和長徑比為167、體積率為0.10%的聚丙烯纖維混摻，其標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下立方體抗壓強(qiáng)度可達(dá)124.3 MPa，軸心抗壓強(qiáng)度可達(dá)122.8 MPa，劈裂抗拉強(qiáng)度可達(dá)15.19 MPa。

(4)基于本文試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，建立了考慮纖維參數(shù)影響的UHPC立方體抗壓強(qiáng)度預(yù)測模型，提出了UHPC軸心抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系式，預(yù)測模型和公式適用于本文纖維參數(shù)范圍內(nèi)含鋼纖維和聚丙烯纖維的UHPC。