周啟坤，陳興碧，周 航

（1.貴州恒安檢測(cè)科技有限公司，貴州 遵義 563000；2.遵義混凝土鑫技術(shù)服務(wù)有限公司，貴州 遵義 563000）

1 引言

纖維塑性混凝土具有更大的韌性和延展性，可以更好地吸收應(yīng)變能。通過(guò)抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、延展性和韌性確定混凝土的力學(xué)特性。

2 樣品制備

2.1 聚乙烯醇纖維

聚乙烯醇（PVA）纖維具有較高的強(qiáng)度、較高的彈性模量和較低的斷裂伸長(zhǎng)率，并且PVA纖維與水泥的粘結(jié)力很強(qiáng)，在工程應(yīng)用中優(yōu)于聚丙烯纖維、聚酯纖維等其他纖維。PVA纖維的物理性能指標(biāo)表（略）。主要研究了纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)塑性混凝土力學(xué)性能和變形性能的影響。

2.2 正交試驗(yàn)

選取水泥、水、膨潤(rùn)土、粘土、砂、石子等6個(gè)主要因素進(jìn)行正交試驗(yàn)。以28 d齡期試件的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、彈性模量和拉壓比作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。最后確定了最優(yōu)配合比，研究了不同纖維體積分?jǐn)?shù)（0%、0.10%、0.20%、0.30%和0.40%）塑性混凝土在單軸壓縮和劈裂拉伸試驗(yàn)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)和破壞特征。

2.3 纖維塑性混凝土試件

塑性混凝土試件按以下步驟制備。首先，將纖維拌入水泥中，充分混合，以水泥作為分散材料使纖維均勻分散。先將砂和石子放入攪拌機(jī)中攪拌30 s，然后加入膨潤(rùn)土和粘土繼續(xù)攪拌30 s，最后加入水泥纖維混合料并加水繼續(xù)攪拌2 min。倒出拌合好的混凝土，按照《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，確定混凝土的和易性。坍落度試驗(yàn)測(cè)試完畢后，將新鮮混凝土倒入模具中制備尺寸為150 mm×150 mm×150 mm 的立方體試件。每個(gè)編號(hào)均制備6個(gè)試件，其中3個(gè)用于單軸壓縮試驗(yàn)，另外3個(gè)用于劈裂拉伸試驗(yàn)，根據(jù)《水工塑性混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行測(cè)試，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的加載速率為0.05 kN/s。試驗(yàn)前，試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)（溫度為20±2 ℃，濕度為95±0.5%）養(yǎng)護(hù)28 d。取3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為最終測(cè)試結(jié)果。

3 測(cè)試結(jié)果和討論

3.1 和易性

塑性混凝土坍落度隨纖維體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律結(jié)果顯示，隨著纖維體積分?jǐn)?shù)的增加，混合料的坍落度逐漸減小。由于PVA 纖維的隨機(jī)分布，使混合料的摩擦阻力和剪切阻力增大，同時(shí)降低了混合料的流動(dòng)性。此外，PVA纖維的表面和內(nèi)部也會(huì)吸收一定量的水，可能導(dǎo)致混合料中的自由水減少。由于這兩個(gè)原因，坍落度值急劇下降。由坍落度曲線(xiàn)可知，當(dāng)纖維體積分?jǐn)?shù)小于0.20%時(shí)，坍落度下降得更快，當(dāng)纖維體積分?jǐn)?shù)大于0.20%時(shí)，坍落度下降較為緩慢。

3.2 單軸壓縮試驗(yàn)及結(jié)果

混凝土在不同纖維體積分?jǐn)?shù)時(shí)單軸壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)如圖1 所示。加載開(kāi)始時(shí)，不同纖維體積分?jǐn)?shù)的試件均處于壓實(shí)狀態(tài)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)基本重合。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)開(kāi)始出現(xiàn)輕微偏離。在應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)出現(xiàn)第一個(gè)拐點(diǎn)后，應(yīng)力迅速增加，應(yīng)變變化很小。不同纖維體積分?jǐn)?shù)的試件峰值應(yīng)力差異較大。達(dá)到峰值之后，應(yīng)力隨應(yīng)變的增大而減小。纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)力下降速率和最終殘余強(qiáng)度有較大影響。產(chǎn)生這種結(jié)果的主要原因是內(nèi)部的纖維產(chǎn)生粘合效應(yīng)，提高了抗拉強(qiáng)度。同時(shí)，纖維韌性阻礙了裂縫發(fā)展，既延緩了破壞過(guò)程，又使試件保持一定完整性。

圖1 塑性混凝土單軸壓縮試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)圖

塑性混凝土不同纖維體積分?jǐn)?shù)的抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律如圖2所示。在其他摻量相同的情況下，隨著纖維體積分?jǐn)?shù)的增加，塑性混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸增大。當(dāng)纖維體積分?jǐn)?shù)為0.10%時(shí)，纖維塑性混凝土的抗壓強(qiáng)度為3.13 MPa，低于對(duì)照組。當(dāng)纖維體積分?jǐn)?shù)從0.10%增加到0.20%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度為3.64 MPa，增加了16.30%。當(dāng)纖維體積分?jǐn)?shù)超過(guò)0.20%時(shí)，抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢。纖維對(duì)塑性混凝土的影響主要。首先是纖維與基體之間的結(jié)合力；其次是纖維的填充效果；最后是纖維的吸水性。纖維的體積分?jǐn)?shù)越大，吸水率越大。因此，隨著纖維體積分?jǐn)?shù)的增加，基體水膠比減小，單軸抗壓強(qiáng)度增大。然而，當(dāng)纖維體積分?jǐn)?shù)增加到一定程度時(shí)，纖維的填充效果開(kāi)始起主要作用。與吸水率相反，充填效應(yīng)的增加會(huì)導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度的降低，綜合效應(yīng)導(dǎo)致單軸抗壓強(qiáng)度緩慢增加。

圖2 塑性混凝土不同纖維體積分?jǐn)?shù)的抗壓強(qiáng)度圖

3.3 劈裂拉伸試驗(yàn)及結(jié)果

塑性混凝土不同纖維體積分?jǐn)?shù)的劈裂抗拉強(qiáng)度的變化規(guī)律如圖3 所示?？梢钥闯觯苄曰炷恋呐芽估瓘?qiáng)度總體上隨著PVA 纖維體積分?jǐn)?shù)的增加而增大。當(dāng)體積分?jǐn)?shù)從0.10%增加到0.20%時(shí)，混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度增加了0.12 MPa（增加32.43%），體積分?jǐn)?shù)從0.20%增加到0.30%時(shí)，混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度僅增加了0.02 MPa（增加4.08%）。纖維體積分?jǐn)?shù)為0.20%是劈裂抗拉強(qiáng)度增長(zhǎng)的分界點(diǎn)。

圖3 塑性混凝土不同纖維體積分?jǐn)?shù)的劈裂抗拉強(qiáng)度圖

3.4 拉壓比

纖維塑性混凝土的拉壓比隨著PVA纖維體積分?jǐn)?shù)的增加而增大。摻入PVA纖維的塑性混凝土拉壓比大于對(duì)照組的拉壓比。較大的比值意味著纖維塑性混凝土的脆性較小，塑性變形能力較大，極大地有利于連接材料的柔韌性。

3.5 彈性模量和韌性指數(shù)

摻入纖維后的塑性混凝土彈性模量均小于對(duì)照組，纖維體積分?jǐn)?shù)為0.20%時(shí)的彈性模量大于其它纖維摻量時(shí)的彈性模量?？赡苁侵苽錁悠窌r(shí)纖維會(huì)吸收水分，隨著纖維體積的增加，可加工性變低，導(dǎo)致混凝土的彈性模量減小。塑性混凝土的韌性指數(shù)隨纖維體積分?jǐn)?shù)的增加而線(xiàn)性增加。纖維對(duì)提高塑性混凝土基體的韌性有顯著作用。

4 結(jié)語(yǔ)

①纖維體積分?jǐn)?shù)小于0.20%時(shí)，纖維塑性混凝土的單軸抗壓強(qiáng)度隨著纖維體積分?jǐn)?shù)的增加而下降，纖維體積分?jǐn)?shù)大于0.20%時(shí)，隨著纖維體積分?jǐn)?shù)的增加，單軸抗壓強(qiáng)度略有增加。纖維塑性混凝土的拉壓比大于對(duì)照組。表明纖維塑性混凝土脆性小，塑性變形能力大，可以吸收斷層引起的變形。②彈性模量與纖維體積分?jǐn)?shù)的相關(guān)性不顯著。應(yīng)綜合考慮纖維的強(qiáng)度、變形性能和分散性，選擇合理的纖維體積分?jǐn)?shù)。