梁寧慧，任聯(lián)璽，周 侃，胡 恒，周本煒

(1.重慶大學土木工程學院，重慶 400045;2.庫區(qū)環(huán)境地質(zhì)災害防治國家地方聯(lián)合工程研究中心(重慶)，重慶 400045; 3.中交路橋南方工程有限公司，北京 101101;4.路橋建設(shè)重慶豐石高速公路發(fā)展有限公司，重慶 400000)

0 引 言

混凝土具有抗壓強度高、易取材、造價低、澆筑方便等優(yōu)點，但也存在抗裂性差、韌性不足等缺點，在混凝土中加入鋼纖維或合成纖維，不僅可增強混凝土劈裂抗拉、抗彎韌性，提高混凝土抗裂能力，而且還可提升混凝土的耐久性[1-4]。在要求施工效率和環(huán)保的時代背景下，泵送形式的商品混凝土得到了空前發(fā)展，泵送混凝土有集中攪拌、遠距離運輸和流動性能好等特點[5-6]。如何把纖維的增強增韌效果應用到泵送混凝土中，推動工程技術(shù)進步，具有重要的研究價值。

工程中常用的混凝土增強纖維有鋼纖維和非鋼纖維兩大類。鋼纖維相對效果明顯，工程應用較多；非鋼纖維中主要是聚丙烯纖維，具有彈性模量大、增強增韌、耐腐蝕、價格低等優(yōu)點，被廣泛應用在橋梁、路面、地下工程等領(lǐng)域[1,4]。與同立方米的聚丙烯纖維相比，鋼纖維剛度大，質(zhì)量重，易磨損泵送設(shè)備，對混凝土流動性和泵送效果影響較大。此外，每立方米混凝土所用的聚丙烯纖維造價約270元，鋼纖維造價約474元；每立方米混凝土所用的鋼纖維的碳排放為125 kg，而聚丙烯纖維的碳排放僅為16 kg[2]；而且在自然環(huán)境中，鋼纖維易腐蝕。因此，聚丙烯纖維混凝土的研究具有諸多的社會效益和經(jīng)濟效益。

大量研究表明，纖維摻量、長徑比對混凝土力學性能有明顯影響。牛龍龍等[7]研究發(fā)現(xiàn)，鋼纖維體積摻量為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%時，鋼纖維對混凝土抗壓強度、靜彈性模量和彈強比的作用有限，隨著摻量增加劈裂抗拉強度、抗彎強度和拉壓比逐漸增大，抗沖擊性能增強；陜亮等[8]通過試驗和數(shù)值模擬研究了纖維體積率、長徑比對混雜鋼-聚丙烯纖維混凝土強度的影響，發(fā)現(xiàn)鋼纖維的體積率與長徑比對抗壓劈拉和軸心抗拉強度起決定作用；蔣金洋等[9]對異型鋼纖維混凝土進行配合比優(yōu)選研究，發(fā)現(xiàn)纖維體積摻量為0.8%的鋼纖維混凝土具有較強的抗裂性和良好的泵送性能。以上研究表明，纖維的摻量與長徑比對混凝土的力學和泵送性能有顯著影響，鋼纖維以及與其混摻纖維的研究比較全面深入。針對聚丙烯纖維摻量、長徑比的研究主要處于室內(nèi)試驗階段，但也取得了諸多成果：牛建剛等[10]以輕骨料混凝土為研究對象，改變纖維摻量，發(fā)現(xiàn)塑鋼纖維對混凝土劈裂抗拉強度、抗折強度、彎曲韌性和抗沖擊性有顯著增強作用，對混凝土抗壓性能影響不明顯，建議塑鋼纖維摻量為9 kg/m3；周繼凱等[11]在相同基準混凝土中摻入5種摻量的聚丙烯纖維，開展了立方體抗壓和四點彎曲試驗，發(fā)現(xiàn)聚丙烯纖維混凝土的抗壓強度低于基準混凝土，變形性能與彎折性能隨摻量的增加而增強；羅洪林等[12]研究了粗聚丙烯纖維與細聚丙烯纖維增強混凝土的力學特性，分析了粗、細聚丙烯纖維的摩擦黏結(jié)機制，隨著纖維長徑比增大，混凝土坍落度先降低后趨于穩(wěn)定，抗壓、抗彎、劈拉強度先增大后減小，0.7 mm與0.08 mm 聚丙烯纖維的最優(yōu)長徑比為42和200；梁寧慧等[13-14]通過三點彎曲試驗研究了試件破壞的荷載-位移曲線和斷裂參數(shù)，發(fā)現(xiàn)粗纖維具有較強的橋接應力，對混凝土開裂以及裂縫擴展影響尤為突出，混摻纖維具有較強的增強增韌作用。目前，聚丙烯纖維混凝土的研究主要集中在普通混凝土的力學特性以及破壞機理方面，對聚丙烯纖維混凝土的應用研究以及泵送聚丙烯粗纖維混凝土(coarse polypropylene fiber reinforced concrete, CPFRC)的和易性與力學性能研究鮮有報道。

開展纖維摻量、長徑比對泵送混凝土和易性與力學特性影響的研究，可以為后期工程應用提供理論基礎(chǔ)。本研究選用4種摻量、3種長徑比的聚丙烯粗纖維，基于室內(nèi)試驗和灰色關(guān)聯(lián)理論，先后開展了CPFRC坍落度與擴展度試驗，7 d、14 d和28 d的抗壓強度及劈裂抗拉強度試驗，量化研究了纖維摻量、長徑比對CPFRC初始狀態(tài)和2 h經(jīng)時損失坍落度，擴展度，7 d、14 d和28 d的抗壓強度和劈裂抗拉強度等性能的影響，得到了適用于泵送混凝土工程的最優(yōu)纖維摻量和長徑比。

1 實 驗

1.1 原材料

水泥選用重慶海螺P·O 42.5R水泥；細骨料選用細度模數(shù)為2.9的機制砂；粗骨料選用粒徑為5～20 mm連續(xù)級配的天然石子;粉煤灰為Ⅱ級粉煤灰;礦粉為S95級的磨細礦渣粉;減水劑為江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸類高性能減水劑;拌和及養(yǎng)護用水為自來水；聚丙粗烯纖維采用寧波大成新材料公司生產(chǎn)的波紋型截面纖維，其微觀形貌見圖1，性能參數(shù)見表1。

圖1 聚丙烯粗纖維形貌Fig.1 Morphology of coarse polypropylene fiber

表1 聚丙烯粗纖維物理力學指標Table 1 Physical and mechanical properties of coarse polypropylene fiber

1.2 試件制作及養(yǎng)護

本研究的混凝土強度等級為C45，基準混凝土配合比如表2所示。本試驗共澆筑7組試件，試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，共126個，各試件的纖維摻量見表3。

表2 C45混凝土設(shè)計配合比Table 2 Design mix ratio of C45 concrete /(kg·m-3)

表3 每組試件的纖維參數(shù)Table 3 Fiber parameters of each group of specimens

參照《纖維混凝土試驗方法標準》[15](CECS 13—2009)和《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(附條文說明)》[16](CECS 38—2004)，避免纖維結(jié)團，確保聚丙烯粗纖維均勻分散在基準混凝土中，在攪拌機攪拌砂、骨料和膠凝材料過程中加入纖維，然后攪拌1.5 min，之后再倒入自來水與減水劑，然后攪拌2 min形成纖維混凝土，最后裝模形成所需尺寸試件；澆筑的試件經(jīng)振動臺振動、抹平，成型24 h后拆模、編號，然后放入標準養(yǎng)護室內(nèi)進行養(yǎng)護。

1.3 試驗方法及設(shè)備

本試驗選用4種不同摻量、3種不同長徑比的聚丙烯粗纖維，研究其對混凝土和易性與力學性能的影響。依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》[17](GB/T 50080—2016)測定每組混凝土拌合物的坍落度與擴展度，依據(jù)《混凝土物理力學性能試驗方法標準》[18](GB/T 50081—2019)測定各組試件7 d、14 d和28 d的抗壓強度與劈裂抗拉強度。坍落度測試選用標準坍落度筒，擴展度測試選用鋼尺，加載儀器為數(shù)顯式壓力試驗機YES-2000。

2 結(jié)果與討論

在基準混凝土中加入不同摻量和長徑比的聚丙烯粗纖維，通過坍落度、擴展度、抗壓和劈裂抗拉試驗研究了纖維摻量、長徑比對CPFRC性能的影響。

2.1 纖維摻量對CPFRC性能的影響

在配合比相同的情況下，控制聚丙烯粗纖維長度為28 mm，改變纖維摻量，運用標準試驗方法測定基準混凝土和CPFRC的坍落度、擴展度，以及7 d、14 d和28 d的抗壓強度、劈裂抗拉強度。

2.1.1 摻量對和易性的影響

聚丙烯粗纖維摻量對混凝土和易性的影響如圖2所示?；鶞驶炷罙0初始狀態(tài)的坍落度與擴展度分別為213 mm和590 mm，CPFRC中和易性表現(xiàn)最優(yōu)的A1(摻量為3 kg/m3)的坍落度與擴展度分別為210 mm和497 mm，各組CPFRC的坍落度和擴展度均分別大于175 mm和400 mm，未出現(xiàn)混凝土分層離析和泌水現(xiàn)象，符合泵送技術(shù)要求[5]。聚丙烯粗纖維摻量對混凝土和易性影響較大，在一定條件下控制纖維摻量可以滿足相關(guān)施工要求。

從圖2(a)可以看出：與A0相比，隨著纖維的加入，混凝土的坍落度明顯降低；隨著摻量的增加，纖維混凝土的初始狀態(tài)與2 h經(jīng)時損失的坍落度減少的趨勢加快；聚丙烯粗纖維摻量為3 kg/m3時，A1的坍落度降幅最低，較初始狀態(tài)減少了1.41%，2 h經(jīng)時損失減少了20.45%；摻量為6 kg/m3時，A4坍落度降幅最大，初始狀態(tài)與2 h經(jīng)時損失分別降低了16.13%和37.50%。從圖2(b)可以看出：與基準混凝土A0相比，隨著纖維的加入，混凝土的擴展度顯著降低，聚丙烯粗纖維摻量為3 kg/m3時，A1擴展度降幅為15.76%；摻量為6 kg/m3時，A4的擴展度降低最為明顯，減少了31.86%；隨著纖維摻量的增加，擴展度降低的趨勢有所緩和，即A2(摻量為4 kg/m3)和A3(摻量為5 kg/m3)的擴展度變化不明顯。這是因為：聚丙烯粗纖維雖為疏水纖維，但CPFRC拌合物中的纖維表面有水泥砂漿包裹，消耗了部分水泥漿，對拌合物各組分間具有拉結(jié)作用；控制纖維長徑比不變，隨著纖維摻量的增加，混凝土內(nèi)部的纖維根數(shù)增加，纖維與基體間的摩擦力增大；在兩者的共同作用下，混凝土的整體連接性提升，即混凝土的坍落度和擴展度有明顯降低[12,19]。

圖2 纖維摻量對CPFRC和易性的影響Fig.2 Influence of fiber content on workability of CPFRC

2.1.2 摻量對力學性能的影響

CPFRC試件破壞形態(tài)如圖3所示，在基準混凝土中加入聚丙烯粗纖維，混凝土脫落和劈開的情況得到改善。在抗壓破壞中，基準混凝土四周出現(xiàn)了混凝土脫落現(xiàn)象，CPFRC雖然出現(xiàn)了明顯的幾條裂縫，但并未脫落；在劈裂破壞中，基準混凝土被劈開成兩半，CPFRC由于纖維作用而未斷開，只是出現(xiàn)了較為明顯的宏觀裂縫。這是因為：亂向分布的粗纖維與混凝土基體界面緊密連接，使得混凝土基體內(nèi)部連接在一起，減少了脫落；聚丙烯粗纖維具有較高彈性模量和抗拉強度，約束了宏觀裂縫的擴展，使得CPFRC試件在劈裂破壞中未被劈成兩半[13]。在混凝土中的纖維未達到飽和的情況下，摻量加大，纖維根數(shù)增多，纖維的橋接作用更加明顯。

圖3 CPFRC試件破壞形態(tài)圖Fig.3 Damaged shape diagrams of CPFRC

聚丙烯粗纖維摻量對混凝土力學性能的影響如圖4所示。可以看出，較于同時期的基準混凝土A0，摻加3～6 kg/m3纖維對混凝土的強度提升明顯：7 d時，抗壓強度提升了16.61%～20.42%，劈裂抗拉強度提升了15.52%～27.46%；14 d時，抗壓強度提升了9.52%～15.04%，劈裂抗拉強度提升了5.50%～13.61%；28 d時，抗壓強度提升了0.82%～11.49%，劈裂抗拉強度提升了5.97%～15.92%。如圖4(a)所示，隨著聚丙烯粗纖維摻量的增加，除A3的28 d抗壓強度外，CPFRC各個齡期的抗壓強度呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。其中，聚丙烯粗纖維摻量為3 kg/m3時，混凝土抗壓強度的增強效應最好，7 d、14 d和28 d抗壓強度分別增長了20.42%、14.96%和11.49%。隨著齡期增長，在混凝土強度達到一定程度時，基準混凝土的抗壓強度與CPFRC抗壓強度之間的差距進一步縮小，各摻量的CPFRC抗壓強度越來越接近，在7 d、14 d和28 d三個不同齡期，A4(摻量為6 kg/m3)抗壓強度較于A1分別降低了3.16%、4.73%和9.57%。CPFRC較于基準混凝土的抗壓強度提升幅度有限，這是因為混凝土內(nèi)部存在孔隙，摻入0.8 mm的聚丙烯纖維在一定程度上會增大孔隙的形成概率，阻礙各組分間的相互連接作用，使得CPFRC的抗壓強度提升幅度不明顯。在纖維長徑比不變的情況下，增加摻量，纖維根數(shù)增加，在一定程度上增加了孔隙的形成概率，降低了CPFRC的強度[20]。如圖4(b)所示：隨著纖維摻量的增加，CPFRC的劈裂抗拉強度在不同齡期均呈現(xiàn)遞增趨勢；A4的劈裂抗拉強度為摻量組最大值，較于A1的三個不同齡期分別提高了10.34%、7.69%和9.39%。CPFRC較于基準混凝土的抗拉強度提升幅度明顯，這是因為：亂向分布的纖維在基體內(nèi)發(fā)生橋接作用，延緩裂縫的產(chǎn)生，阻滯裂縫的發(fā)生和發(fā)展，從而提升了混凝土的抗拉強度；隨著纖維摻量的增加，基準內(nèi)的纖維根數(shù)較多，纖維與基體間的摩擦力增強，纖維的橋接作用提升，大幅度提高了CPFRC的劈裂抗拉強度[11,13]。

纖維摻量為3 kg/m3的CPFRC和易性表現(xiàn)最好，坍落度與擴展度減少最小，7 d、14 d和28 d抗壓強度最高；纖維摻量為6 kg/m3的CPFRC試件的7 d、14 d和28 d劈裂抗拉強度最高，抗壓強度相差不大，和易性表現(xiàn)相對較差。在CPFRC滿足強度的條件下，混凝土的和易性越好，施工越便利，效率越高。纖維摻量由3 kg/m3變?yōu)? kg/m3時，和易性降低，抗壓強度降低，劈裂抗拉強度增加9.50%左右，每立方米成本卻增加了200元左右。綜合考慮施工效率和經(jīng)濟成本，纖維摻量為3 kg/m3是最優(yōu)選擇。

圖4 纖維摻量對CPFRC力學性能的影響Fig.4 Influence of fiber content on mechanical properties of CPFRC

2.2 纖維長徑比對CPFRC性能的影響

在配合比相同的情況下，控制聚丙烯粗纖維摻量為3 kg/m3，改變纖維長度，運用標準試驗方法測定基準混凝土和CPFRC的坍落度、擴展度，以及7 d、14 d和28 d的抗壓強度、劈裂抗拉強度。

2.2.1 長徑比對和易性的影響

聚丙烯粗纖維長徑比對混凝土和易性的影響如圖5所示。CPFRC中和易性表現(xiàn)最優(yōu)的A1(長徑比為35.0)的初始狀態(tài)坍落度與擴展度分別為210 mm和497 mm，表現(xiàn)相對較差的A6(長徑比為62.5)的初始狀態(tài)坍落度與擴展度分別為174 mm和455 mm，未出現(xiàn)混凝土分層離析和泌水現(xiàn)象，均符合泵送技術(shù)要求[5]。聚丙烯粗纖維長徑比對混凝土和易性影響較大，在一定條件下控制纖維長徑比可以滿足相關(guān)施工要求。

從圖5(a)可以看出：隨著纖維長徑比的增大，除A6的2 h經(jīng)時損失的坍落度有所增加外，各組CPFRC的初始狀態(tài)與2 h經(jīng)時損失的坍落度呈遞減趨勢，其中拐點位置A5(長徑比47.5)相比于基準混凝土A0的初始狀態(tài)和2 h經(jīng)時損失的坍落度分別降低了4.23%和33.53%；A6較于A1的初始狀態(tài)與2 h經(jīng)時損失的坍落度分別降低了17.14%和10.71%；A6較于A5初始狀態(tài)的坍落度減少了14.71%，2 h經(jīng)時損失坍落度卻增加了2.56%，說明纖維長度越短，CPFRC的坍落度越好。從圖5(b)可以看出：纖維的加入對混凝土擴展度的影響比較明顯，隨著纖維長徑比的增大，CPFRC的擴展度呈先遞減后趨于穩(wěn)定的態(tài)勢；較于基準混凝土A0，A1、A5和A6的擴展度分別降低了15.76%、22.20%和22.88%，說明纖維長度越短，CPFRC的擴展度越好?？刂评w維摻量不變，隨著纖維長徑比增大，坍落度與擴展度并不是一直降低而是趨于穩(wěn)定，這是因為：隨著纖維長徑比增大，纖維對拌合物的拉結(jié)作用增強，在一定程度上提高了CPFRC的整體穩(wěn)定性，使得坍落度與擴展度有所降低；當纖維的比表面積變化不大時，消耗的水泥砂漿量基本相同，加之纖維對拌合物的拉結(jié)作用有限，使得坍落度與擴展度下降一定程度后趨于穩(wěn)定[12,19]。

圖5 纖維長徑比對CPFRC和易性的影響Fig.5 Influence of fiber length-diameter ratio on workability of CPFRC

2.2.2 長徑比對力學性能的影響

在基準混凝土中加入聚丙烯粗纖維，隨著纖維長徑比的增大，混凝土脫落現(xiàn)象得到改善，宏觀裂縫得以控制，CPFRC的破壞形態(tài)圖如圖6所示。這是因為:纖維長徑比的增大，增強了纖維與混凝土間的摩擦黏結(jié)能力，纖維的橋接作用更加明顯，CPFRC的性能表現(xiàn)更為突出；當纖維長度過長，纖維在混凝土內(nèi)部的分散性降低，CPFRC的增強效果降低[12]。

聚丙烯粗纖維長徑比對混凝土力學性能的影響如圖7所示?？梢钥闯觯涸诨鶞驶炷林屑尤氩煌L徑比的聚丙烯粗纖維，CPFRC的7 d、14 d和28 d的抗壓、劈裂抗拉強度有不同程度的提升；隨著纖維長徑比的增大，CPFRC的抗壓強度和劈裂抗拉強度整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，最優(yōu)長徑比為47.5，此時7 d、14 d和28 d的抗壓強度的增長率分別為19.08%、17.53%和12.33%，劈裂抗拉強度在三個階段的增長率分別為19.70%、8.90%和8.21%。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，CPFRC試件在不同齡期加載的疲勞破壞中，纖維沿著劈裂面被圓

圖6 CPFRC破壞形態(tài)圖Fig.6 Damaged diagrams of CPFRC

圖7 纖維長徑比對CPFRC力學性能的影響Fig.7 Influence of fiber length-diameter ratio on mechanical properties of CPFRC

圖8 纖維拔出形態(tài)圖Fig.8 Pull-out morphology diagram of fiber

滑拔出或稍彎拔出，沒有出現(xiàn)擠扁或拉斷現(xiàn)象，纖維拔出形態(tài)圖如圖8所示。纖維加入混凝土中，在一定程度上改善了基準混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，提高了各組分間的整體性，使得試件承受荷載時出現(xiàn)“破而不碎”的狀態(tài)[20]。纖維對混凝土的拉結(jié)約束作用大于纖維對截面的削弱作用時，纖維表現(xiàn)出增強效果。增強效果由纖維的摩擦黏結(jié)作用、橋接作用與纖維數(shù)量綜合決定：纖維長度較短時，黏結(jié)力過小，橋接作用未能充分發(fā)揮，纖維的增強效果不佳；隨著纖維長度增加，黏結(jié)力增大，橋接作用越來越明顯，纖維增強效果越來越好；纖維長徑比過大，纖維分散性降低，在基體中分布不均勻，增強效果變差[12,21]。因此，隨著長徑比的增加，CPFRC的強度整體呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，最優(yōu)長徑比為47.5。

3 灰色關(guān)聯(lián)分析

3.1 灰色關(guān)聯(lián)分析原理

灰色系統(tǒng)理論是通過模糊數(shù)學、概率統(tǒng)計等理論來解決“貧信息、小樣本”數(shù)據(jù)的一種數(shù)理統(tǒng)計方法，具有建模數(shù)據(jù)少的優(yōu)點[22-23]?；疑P(guān)聯(lián)分析是根據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷各因素之間微觀或宏觀的聯(lián)系是否緊密，曲線越接近，相應序列之間的關(guān)聯(lián)度就越大，反之越??；是分析確定各子序列對母序列影響程度或貢獻程度的一種分析方法[24-25]。

關(guān)聯(lián)度計算是在因素之間進行的定量分析，其值越大，關(guān)聯(lián)性越強。分析方法如下：

(1)確定序列值。

特征序列，即母序列，本研究中考慮的是初始狀態(tài)和2 h經(jīng)時損失坍落度、擴展度,及7 d、14 d、28 d的抗壓和劈裂抗拉強度；參考因素序列，即子序列，為纖維摻量和長徑比。

(2)原始數(shù)據(jù)無量綱化。

(1)

式中：k為母序列中序列值所在位置；x(k)為序列值；n為母序列的個數(shù)。

計算均值象：

(2)

式中：x′(k)為均值象。

(3)求絕對值。

計算子序列與母序列之間的絕對值：

Δci(k)=|x′0(k)-x′i(k)|；k=1，2，…，n；i=1,2，…，m

(3)

式中：Δci為子序列均值象與母序列均值象的差的絕對值；x′0(k)為子序列均值象；x′i(k)為母序列均值象；k,i分別為子序列和母序列中序列數(shù)據(jù)所在位置；n,m分別為子序列和母序列的個數(shù)。

計算兩極最大差與最小差:

(4)

式中：M為兩級最大差；q為兩級最小差。

(4)求關(guān)聯(lián)系數(shù)。

計算子序列與母序列之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)：

(5)

式中：ξ為分辨系數(shù)，ξ∈(0,1)，計算取0.5；Lci(k)為關(guān)聯(lián)系數(shù)。

(5)求關(guān)聯(lián)度。

計算子序列與母序列之間的關(guān)聯(lián)度：

(6)

式中：γci為關(guān)聯(lián)度。

3.2 纖維摻量對CPFRC性能的關(guān)聯(lián)性

以聚丙烯纖維的不同摻量為子序列x′0(k)，以CPFRC初始狀態(tài)和2 h經(jīng)時損失的坍落度、初始狀態(tài)擴展度，以及7 d、14 d和28 d的抗壓和劈裂抗拉強度為母序列x′i(k)，按照步驟(1)～(6)分別計算出聚丙烯纖維的不同摻量與CPFRC各項性能之間的均值象x′(k)、絕對值Δci(k)和關(guān)聯(lián)系數(shù)Lci(k)，計算結(jié)果如表4～表6所示。

表4 各序列均值象x′(k)Table 4 Mean values x′(k) of each series

表5 各序列均值象絕對值Δci(k)Table 5 Absolute value Δci(k) of the mean value of each series

表6 摻量與CPFRC各項性能的關(guān)聯(lián)系數(shù)Lci(k)Table 6 Correlation coefficient Lci(k) between content and various properties of CPFRC

通過表6計算的關(guān)聯(lián)系數(shù)可以得到摻量對CPFRC的坍落度、擴展度、抗壓強度和劈裂抗拉強度的關(guān)聯(lián)度分別為0.455、0.466、0.498和0.538；纖維摻量對CPFRC的劈裂抗拉強度作用最為明顯，關(guān)聯(lián)度最大；纖維摻量為5 kg/m3時對CPFRC的性能影響最大，摻量對和易性與力學性能的總關(guān)聯(lián)度達到0.644；摻量為4 kg/m3時次之，摻量對和易性與力學性能的總關(guān)聯(lián)度為0.635，與前述試驗結(jié)果相互吻合。摻量為5 kg/m3時對CPFRC和易性與力學性能的關(guān)聯(lián)度最大，但摻量為3 kg/m3的和易性最好，且兩者的經(jīng)濟成本相差135元/m3；摻量為6 kg/m3與摻量為3 kg/m3時對和易性與力學性能的總關(guān)聯(lián)度相差0.003，兩者的經(jīng)濟成本卻相差約200元/m3；說明此配合比下的混凝土不宜摻入過多纖維，與試驗研究[13-14,26]和廠家推薦的聚丙烯纖維摻量6～9 kg/m3相比有所降低。

3.3 纖維長徑比對CPFRC性能的關(guān)聯(lián)性

以聚丙烯纖維的不同長徑比為子序列，以CPFRC初始狀態(tài)和2 h經(jīng)時損失的坍落度、初始狀態(tài)擴展度，以及7 d、14 d和28 d的抗壓和劈裂抗拉強度為母序列，按照步驟(1)～(6)計算聚丙烯纖維不同長徑比與CPFRC各項性能之間的均值象x′(k)、絕對值Δai(k)和關(guān)聯(lián)系數(shù)Lai(k)，計算結(jié)果如表7～表9所示。

表7 各序列均值象x′(k)Table 7 Mean values x′(k) of each series

表8 各序列均值象絕對值Δai(k)Table 8 Absolute value Δai(k) of the mean value of each series

表9 長徑比與CPFRC各項性能的關(guān)聯(lián)系數(shù)Lai(k)Table 9 Correlation coefficient Lai(k) between aspect ratio and various properties of CPFRC

通過表9計算的關(guān)聯(lián)系數(shù)可以得到纖維長徑比對CPFRC的坍落度、擴展度、抗壓強度和劈裂抗拉強度的關(guān)聯(lián)度分別為0.495、0.574、0.562和0.544，纖維長徑比對擴展度和抗壓強度影響最為明顯，兩者之間的關(guān)聯(lián)度僅相差0.012，與前述試驗結(jié)果相互吻合。長徑比為47.5的纖維對CPFRC的性能影響最優(yōu)，長徑比對和易性與力學性能的總關(guān)聯(lián)度為0.849。

4 結(jié) 論

(1)合理控制纖維摻量和長徑比，CPFRC的和易性表現(xiàn)良好，能滿足泵送技術(shù)要求。

(2)纖維摻量對CPFRC的坍落度、擴展度、抗壓強度和劈裂抗拉強度影響明顯。相比基準混凝土，聚丙烯粗纖維摻量為3 kg/m3時，和易性表現(xiàn)最好，對混凝土早期抗壓強度影響最大，坍落度與擴展度分別降低了1.41%和15.76%， 7 d、14 d和28 d的抗壓強度分別提高了20.42%、14.96%和11.49%；聚丙烯粗纖維摻量為6 kg/m3時，對混凝土和易性和劈裂抗拉強度影響最大，坍落度的初始狀態(tài)和2 h經(jīng)時損失分別降低了16.13%和37.5%，擴展度減少了31.86%，而7 d、14 d和28 d的劈裂抗拉強度分別提高了27.46%、13.61%和15.92%。

(3)泵送混凝土中纖維摻量不宜過大，需低于工程推薦摻量6～9 kg/m3。纖維摻量為5 kg/m3時，混凝土和易性與力學性能的總關(guān)聯(lián)度為0.644，對CPFRC的性能影響效果明顯，但纖維摻量為5 kg/m3時的成本比3 kg/m3時貴135元/m3。在滿足CPFRC強度的條件下，綜合考慮和易性、施工效率和經(jīng)濟成本，摻量3 kg/m3為最優(yōu)選擇。

(4)聚丙烯粗纖維摻量為3 kg/m3，長徑比為47.5時，對CPFRC的坍落度、擴展度、抗壓強度和劈裂抗拉強度影響最為明顯，長徑比對和易性與力學性能的總關(guān)聯(lián)度為0.849。相比基準混凝土，CPFRC初始狀態(tài)坍落度、2 h經(jīng)時損失坍落度和擴展度分別降低了4.23%、33.53%和22.20%，7 d、14 d和28 d的抗壓強度增強率分別為19.08%、17.53%和12.33%，劈裂抗拉強度在7 d、14 d和28 d的增強率為19.70%、8.90%和8.21%。