(河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司， 河南 鄭州 451450)

1 聚丙烯纖維材料性質(zhì)及作用

聚丙烯纖維混凝土是一種摻入少量短切聚丙烯纖維來增強(qiáng)或改善混凝土某些性能的復(fù)合材料，聚丙烯纖維對混凝土具有阻裂效果，在混凝土中摻入聚丙烯纖維的施工方法與常規(guī)混凝土的施工方法基本相同, 無需改變原設(shè)計(jì)混凝土的配比。一般情況下聚丙烯纖維的摻量為 0.6～1.2 kg/m3, 纖維長度為6～19 mm 。聚丙烯纖維呈白色、 半透明的網(wǎng)狀或束狀單絲結(jié)構(gòu)，如圖1所示, 在混凝土中攪拌時分散成絲狀。

圖1 聚丙烯纖維

聚丙烯纖維的材料性能見表1。

表1 聚丙烯纖維的物理性能比重/(kN·m-3)熔點(diǎn)/℃拉伸強(qiáng)度/MPa彈性模量/MPa長度/mm耐酸堿性0.91～0.93160～180≥500≥3 5006～19強(qiáng)

聚丙烯纖維在混凝土中的作用：

1) 減少或防止混凝土出現(xiàn)塑性收縮裂縫?；炷猎诎韬汀⑦\(yùn)輸、澆筑、振搗、凝結(jié)硬化過程中，表面失水會導(dǎo)致塑性收縮和裂縫，摻加聚丙烯纖維的混凝土，可以減少或防止這種裂縫。由于聚丙烯纖維的彈性模量低于硬化混凝土，其對硬化混凝土的抗裂性能提高有限，對抗拉、抗彎強(qiáng)度提高也不大，但對混凝土韌性有一定程度提高。

2) 限制在外力作用下水泥基料中裂縫的擴(kuò)展。在受荷(拉、彎)初期，水泥基料與纖維共同承受外力，而前者是外力的主要承受者；當(dāng)基料發(fā)生開裂后，橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。若纖維的體積摻量大于某一臨界值，整個復(fù)合材料可繼續(xù)承受較高的荷載，并產(chǎn)生較大的變形，直到纖維被拉斷或纖維從基料中被撥出，以致復(fù)合材料破壞。與普通混凝土相比，纖維混凝土具有較高的抗拉與抗彎極限強(qiáng)度，尤以韌性提高的幅度為大。

2 原材料選用

1) 水泥：衛(wèi)輝春江水泥廠生產(chǎn)的“春江”牌P.O42.5/P.O52.5級水泥，P.O42.5級水泥28 d膠砂強(qiáng)度47.2 MPa；P.O52.5級水泥28 d膠砂強(qiáng)度59.6 MPa。

2) 砂：河南信陽河砂，中砂，細(xì)度模數(shù)2.7，表觀密度2.722 g /cm3，含泥量0.3%。

3) 碎石：滎陽賈峪碎石，粒徑5～20 mm； 壓碎值18.2%，針片狀5.3%，表觀密度2.753 g/cm3，級配良好。

4) 水：自來水，pH值為7。

5) 減水劑：大連西卡建筑材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑，pH值為4.5，堿含量1.8%，含氣量3.5%，減水率27%，常壓泌水率23%，固含量15.91%。

6) 聚丙烯纖維：泰安同伴聚丙烯纖維有限公司生產(chǎn)，長度19 mm。

3 試驗(yàn)方案

1) 在分析聚丙烯纖維對不同強(qiáng)度等級混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響時，試驗(yàn)選用 C40、C55 強(qiáng)度等級的普通混凝土，配合比見表2。

表2 試驗(yàn)配合比(1)強(qiáng)度等級原材料比例/(kg·m-3)P.O52.5水泥P.O42.5水泥粉煤灰碎石砂水外加劑聚丙烯纖維/%C40普通—359631 1637131524.642—C40纖維—359631 1637131524.6421C55普通441—491 1486751476.370—C55纖維441—491 1486751476.3701

2) 在分析聚丙烯纖維摻量對混凝土強(qiáng)度的影響時,試驗(yàn)選用C55強(qiáng)度等級的普通混凝土，聚丙烯纖維摻量為0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.3%、1.4%，見表3。

表3 試驗(yàn)配合比(2)序號原材料比例/(kg·m-3)P.O52.5水泥粉煤灰碎石砂水外加劑聚丙烯纖維/%1441491 1486751476.3700.42441491 1486751476.3700.63441491 1486751476.3700.84441491 1486751476.3701.05441491 1486751476.3701.26441491 1486751476.3701.37441491 1486751476.3701.4

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 聚丙烯纖維對不同強(qiáng)度等級混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響

由表4、圖2和圖3可以看出，C40聚丙烯纖維混凝土與C40普通混凝土相比：7 d立方體抗壓強(qiáng)度由39.1 MPa提高至43.5 MPa,提高了11.0%，28 d立方體抗壓強(qiáng)度由45.8 MPa提高至50.4 MPa，提高了10%；C55聚丙烯纖維混凝土與C55普通混凝土相比：7 d立方體抗壓強(qiáng)度由55.3 MPa提高至56.2 MPa，提高了1.6%，28 d立方體抗壓強(qiáng)度由63.8 MPa提高至65.1 MPa，提高了2%。

表4 普通混凝土與纖維混凝土強(qiáng)度MPa強(qiáng)度等級不同齡期混凝土強(qiáng)度(平均值)7 d28 dC55纖維56.265.1C55普通55.363.8C40纖維43.550.4C40普通39.145.8

圖2 混凝土7 d抗壓強(qiáng)度

圖3 混凝土28 d抗壓強(qiáng)度

4.2 聚丙烯纖維摻量對混凝土強(qiáng)度的影響

圖4結(jié)果表明，在混凝土中摻入聚丙烯纖維后，混凝土7、28 d立方體抗壓強(qiáng)度普遍提高，當(dāng)聚丙烯纖維摻量從0.40%增大到1.0%時，隨著聚丙烯纖維摻量的增加，混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度提高;當(dāng)聚丙烯纖維摻量從1.0%增大到1.4%時，混凝土強(qiáng)度并未持續(xù)提高，反而出現(xiàn)回落，隨聚丙烯纖維摻量的增加，混凝土坍落度降低，混凝土流動性變差，影響現(xiàn)場混凝土泵送質(zhì)量，因此，纖維摻量應(yīng)控制在1.0%以內(nèi)。

圖4 聚丙烯纖維摻量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

5 結(jié)論

1) 在基準(zhǔn)混凝土中摻入聚丙烯纖維均可以提高C40、C55標(biāo)號混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，C40聚丙烯纖維混凝土與C40普通混凝土相比，7 d立方體抗壓強(qiáng)度提高了11.0%，28 d立方體抗壓強(qiáng)度提高了10%；C55聚丙烯纖維混凝土與C55普通混凝土相比，7 d立方體抗壓強(qiáng)度提高了1.6%，28 d立方體抗壓強(qiáng)度提高了2%。

2) 對低標(biāo)號混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響遠(yuǎn)大于對高標(biāo)號混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響。

3) 聚丙烯纖維摻量在1.0%以下時，隨著聚丙烯纖維摻量的增加，混凝土強(qiáng)度普遍提高；超過摻量1.0%后，隨著聚丙烯纖維摻量的增加，強(qiáng)度不增反降，因此，纖維摻量應(yīng)控制在1.0%以內(nèi)。