關鍵詞：混凝土性能研究；溫縮誘導纖維；抗壓強度；沖擊韌性；裂縫降低系數(shù)中圖分類號：U414.1 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wCcst.2025.03.009文章編號：1673-4874（2025）03-0032-04

0 引言

混凝土作為一種復合材料，因其制作成本低并擁有良好的抗壓性能，被廣泛應用于橋梁、隧道、道路、海洋建設等工程中，但混凝土作為一種脆性材料，其本身質(zhì)量較大，開裂風險較高[1-3]，為了改善混凝土的抗裂性能，可加入適量的纖維。

目前，針對纖維對混凝土性能影響的研究較多，重點在鋼纖維和聚丙烯單絲纖維，多數(shù)學者對其進行了詳細的試驗和研究[4-6]。司政等7研究表明，通過摻入適量鋼纖維可提升內(nèi)養(yǎng)護混凝土殘余強度、降低SAP削弱作用并優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出優(yōu)異的力學性能。周錫武等8通過外摻適量鋼纖維，對混凝土梁進行試驗研究表明，不銹鋼鋼纖維的加入能改善混凝土的抗沖擊能力，同時混凝土力學性能受應變速率影響顯著，高應變速率下鋼纖維摻量與動態(tài)增強因子呈負相關。趙遠慶等[9研究表明，聚丙烯纖維摻入混凝土梁能優(yōu)化其受彎開裂性能，纖維體積摻量為 0.2% 時效果最佳，能牽制裂縫擴展、提高開裂應力和開裂能，但摻量并非越高越好。史陽光等[10研究揭示，陶?；炷亮W性能受聚丙烯纖維摻量的影響較大，破壞形態(tài)和裂縫發(fā)展方向均發(fā)生改變，同時建立了高精度的預測模型，結(jié)果表明不同類型的纖維能改善混凝土的不同性能。

綜上所述，在混凝土中摻入適量的纖維，能改善抗裂、彈性模量、殘余強度等性能。本文對比摻入鋼纖維與聚丙烯單絲纖維后混凝土的性能，研究溫縮誘導纖維對混凝土性能的具體影響。

1試驗

1.1 原材料

水泥采用硅酸鹽基準水泥 （P?I42.5 水泥）。減水劑為緩凝型高效減水劑，摻量為 1.5% ，減水率為 23% .泌水率比為 17% 。細集料采用細度模數(shù)為2.6的河砂，且符合I區(qū)中砂。溫縮誘導纖維是經(jīng)改性處理提高與混凝土界面結(jié)合的AC12型聚丙烯粗纖維，當量直徑為200μm ，斷裂強度為500 MPa ，初始模量為7 GPa ；聚丙烯單絲纖維的規(guī)格型號為HC15，當量直徑為30 μm ，斷裂強度為390 MPa ，初始模量為4.1GPa;鋼纖維型號為 G×W 采用鋼錠銑削型-異型-縱向的波紋形，等效直徑為0.77mm ，抗拉強度為610 MPa 。各類纖維如圖1所示。

1.2 配合比

本次試驗采用C45強度混凝土作為基體，分別摻入不同摻量的聚丙烯單絲纖維、溫縮誘導纖維和鋼纖維，前兩者摻量分別為1 .5kg/m³.2kg/m³ 和2 ，而鋼纖維因單根體積與質(zhì)量遠大于兩種合成纖維，故鋼纖維摻量分別定為 30kg/m³ 、35 kg/m³ 和 40kg/m³ 。具體配合比如表1所示。

1.3 試驗方法

試驗過程中的混凝土試件制備和試驗儀器均符合《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG3420一

2020）的要求?；炷量拐坌阅茉囼炛苽?150mm× 15 0.01m×550mm 試件，混凝土抗壓性能試驗制備150mm×150mm×150mm 試件，砂漿裂縫降低系數(shù)試驗采用平面薄板試件，尺寸為 600mm×600mm× 20mm ，纖維混凝土彎曲韌性試驗采用 150mm× 1 150mm×550 mm試件，混凝土抗沖擊性能試驗采用直徑為152mm、厚度為63.5mm的試件。試件制備完成24h后拆模，并進行標準養(yǎng)護。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1工作性能分析

2.1.1纖維分散性相對誤差

將混凝土拌和物均勻攪拌，從中取出2L進行纖維分散性相對誤差試驗，用75 μm 篩水洗分離出合成纖維并洗凈纖維表面混凝土，烘至恒重后稱重，按表1試驗配合比每組分別進行兩組試驗，并收集數(shù)據(jù)。實際拌和效果如圖2所示；不同纖維分散性相對誤差試驗結(jié)果如圖3所示。

由圖2、圖3可知，溫縮誘導纖維分散性良好，其中配合比試驗組AC12-1、AC12-2和AC12-3的試驗值與理論值的偏差平均值分別為 3.5% 、5. 5% 和 3.5% ，纖維分布均勻未出現(xiàn)結(jié)團現(xiàn)象。溫縮誘導纖維因親水改性、纖維數(shù)量較為豐富，在混凝土中分布均勻；聚丙烯單絲纖維因絲徑小，材質(zhì)較軟，在與混凝土原材料攪拌過程中易交纏出現(xiàn)結(jié)團現(xiàn)象；鋼纖維因單體纖維體積大、重量重、纖維數(shù)量相對較少，導致鋼纖維在混凝土中分散性差。

2. 1.2 坍落度分析

不同纖維摻量下混凝土的坍落度試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可知，溫縮誘導纖維和鋼纖維對混凝土拌和物性能基本無影響，其中溫縮誘導纖維影響最小，坍落度下降幅度平均為 5% ，且符合現(xiàn)場施工要求。聚丙烯單絲纖維使混凝土拌和物流動度大幅下降，平均下降了36% 。隨著纖維摻量的增加坍落度逐漸減少，其中聚丙烯單絲纖維現(xiàn)象顯著，導致該現(xiàn)象發(fā)生的主要原因在于聚丙烯單絲纖維具有較大的比表面積，周圍包裹著較多的水泥漿液，導致坍落度明顯下降。

2.2 力學性能分析

2.2.1抗壓強度、抗折強度分析

對養(yǎng)護28d后的試件進行試驗，采集數(shù)據(jù)整理如圖4所示，其中破壞形態(tài)如圖5所示。

由圖4可知，摻入溫縮誘導纖維與聚丙烯單絲纖維后，混凝土抗壓強度均下降。其中，摻入溫縮誘導纖維時，下降幅度較小，當其摻量為2 kg/m³ 時，下降幅度為4% ；摻入鋼纖維則能提高混凝土抗壓強度，鋼纖維摻量為35 kg/m³ 時最佳，提升幅度為 5% 。在抗折強度中，摻入纖維均能增加混凝土抗折性能，摻入 21×9/1?n³ 的溫縮誘導纖維和35 kg/m³ 的鋼纖維效果較好，分別提升了 15% 和 19% 。

溫縮誘導纖維較聚丙烯單絲纖維體積大，分散均勻，相較聚丙烯單絲纖維引入氣泡量低，且溫縮誘導纖維強度較大，對混凝土抗壓強度影響較小。摻聚丙烯單絲纖維混凝土的抗壓強度相較于基準混凝土有所降低，主要原因是聚丙烯單絲纖維的摻加可使混凝土含氣量增加，內(nèi)部孔隙增多；聚丙烯單絲纖維自身強度較低以及本身容易結(jié)團，在試件內(nèi)部形成強度較低的塊狀，導致產(chǎn)生局部應力，從而降低抗壓強度；鋼纖維本身彈性模量較高，能提升混凝土的強度。

觀察圖5可知，當纖維的摻量為0時，缺少纖維約束，立方體試件內(nèi)部裂縫首先沿豎向發(fā)展，導致其破壞形態(tài)為豎向劈裂破壞，部分立方體試件表現(xiàn)出粉碎性破壞，整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大塊的結(jié)構(gòu)損壞，表現(xiàn)出脆性斷裂。加入纖維后能使試件破壞時裂縫寬度降低，纖維在混凝土中雜亂且均勻分布，為混凝土提供側(cè)向的約束力，當試件受壓破壞時，纖維能牢牢拴住破碎的混凝土塊，抗壓能力不會立即消失，使其仍具有一定的抗壓能力，表現(xiàn)出韌性斷裂。其中聚丙烯單絲纖維混凝土在三種纖維混凝土中破碎最為嚴重，主要原因是該種纖維強度低，約束力有限；鋼纖維混凝土破壞形態(tài)整體較為完整，表面剝落較多，主要原因是鋼纖維單根體積大，較合成纖維分布面較少，局部缺少鋼纖維部位性能未有提升；溫縮誘導混凝土破壞形態(tài)整體完整，表面剝落較少。

2.2.2沖擊韌性

混凝土抗沖擊試驗使用4.5kg重鋼錘從600mm高度自由落體沖擊試件表面，直至試件分裂破壞，沖擊次數(shù)如圖6所示，破壞形態(tài)如圖7所示。

由圖6可知，相較于基準混凝土，摻入適量纖維能有效提高混凝土的沖擊韌性。當鋼纖維摻量為35 kg/m³ 時，提升效果最為顯著，性能提升了 43% ；當溫縮誘導纖維摻量為2 kg/m³ 時，沖擊性能提升了 31% ；而摻入聚丙烯單絲纖維的提升幅度最小，當其摻量為 2kg/m³ 時，提升幅度僅為 11% 。

由圖7可知，基準混凝土及聚丙烯單絲纖維混凝土在沖擊過程中出現(xiàn)細微裂縫，在后續(xù)沖擊中直接劈開兩半；摻入溫縮誘導纖維混凝土及鋼纖維的混凝土在沖擊過程中先出現(xiàn)細微裂縫，在持續(xù)的沖擊過程中，細微裂縫持續(xù)發(fā)展成宏觀開裂至貫通裂縫，試件仍能承受沖擊未完全斷裂，直至纖維拔出。

2.2.3纖維砂漿裂縫降低系數(shù)分析

本試驗將水泥、砂和水以 1：1.5：0.5 的質(zhì)量配合比進行混合攪拌，制得砂漿倒入模具，薄膜覆蓋2h后，用電風扇以 2m/s 速度吹砂漿表面 ，之后記錄開裂情況。試驗數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可知，摻入聚丙烯單絲纖維與溫縮誘導纖維可以明顯改善收縮開裂問題，裂縫數(shù)均為0，而鋼纖維仍然存在開裂情況，最高裂縫降低系數(shù)為 83% 。觀察裂縫形態(tài)可知，聚丙烯單絲纖維因單位質(zhì)量中纖維數(shù)量多，且易浮于砂漿表面，在防止砂漿早齡期收縮裂縫上有顯著的效果；溫縮誘導纖維同樣具有單位質(zhì)量中纖維較多的特點，且分散均勻，在防止砂漿早齡期收縮裂縫上有顯著的效果；鋼纖維因單位質(zhì)量中纖維數(shù)量少，單個纖維體積大，分散不均勻，導致部分界面上無纖維提供束縛力，導致部分開裂，在防止砂漿早齡期收縮裂縫性能上弱于纖維數(shù)量占優(yōu)的合成纖維。

綜上所述，三種纖維中聚丙烯單絲纖維與溫縮誘導纖維分散性較好，但溫縮誘導纖維對混凝土的施工性能影響較??；溫縮誘導纖維與鋼纖維在混凝土抗壓、抗折和抗沖擊性方面均有良好效果，且溫縮誘導纖維的裂縫降低系數(shù)為 100% 。結(jié)合施工性能與力學性能認為，溫縮誘導纖維在保證施工性能和抗壓強度的同時，能大幅提升混凝土的抗折、抗沖擊和裂縫降低系數(shù)，以其摻量為2kg/m³ 時最佳。

3結(jié)語

本文通過將不同摻量的溫縮誘導纖維、聚丙烯單絲纖維和鋼纖維加入C50混凝土中進行試驗，對其施工性能和力學性能進行分析，結(jié)果如下：

（1）溫縮誘導纖維在攪拌過程中分散性最好，雖然摻入纖維均導致坍落度下降，但是摻入溫縮誘導纖維與鋼纖維對混凝土的施工性能影響較小，兩者平均下降幅度為 5% 。

（2）摻入溫縮誘導纖維與聚丙烯單絲纖維后，混凝土抗壓強度均下降，摻入溫縮誘導纖維的下降幅度較小，當其摻量為 2kg/m³ 時，下降幅度為 4% ，摻入鋼纖維能提升混凝土抗壓強度。摻入纖維均能增加混凝土抗折強度，其中摻入2 2×（g/m³ 的溫縮誘導纖維和35 kg/m³ 的鋼纖維時，混凝土抗折強度分別提升了 15% 和 19% 。

（③）摻入適量的纖維能有效提高混凝土的沖擊韌性，其中鋼纖維摻量為35 kg/m³ 時提升最為顯著，性能提升了 43% ，溫縮誘導纖維摻量為 2kg/m³ 時，沖擊性能提升了 31% ，而聚丙烯單絲纖維提升幅度最小，摻量為2kg/m³ 時提升幅度為 11% 。

（4）三種纖維均能增加裂縫降低系數(shù)，其中溫縮誘導纖維與聚丙烯單絲纖維能達到 100% ，鋼纖維較差，能達到 83% 。

結(jié)合施工性能與力學性能可知，溫縮誘導纖維在保證混凝土施工性能和抗壓強度的同時，能有效提升混凝土的抗折、抗沖擊和裂縫降低系數(shù)，最佳摻量為2kg/m³ W

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