混凝土粗合成纤维超钢纤维抗地震和易性好纤维

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粗合成纤维混凝土的性能及应用

前言

纤维增强混凝土是以混凝土为基材，以各种纤维为增强相组成的复合材料。纤维从微观机制上改善了基体材料的性能，弥补了混凝土抗拉强度低、韧性差、极限延性率小等缺点。

在混凝土中掺入细合成纤维是解决混凝土早期开裂的简单有效方法，然而，细纤维的掺量一般较小，对于硬化混凝土韧性和后期抗裂性的改善很小。工程中常用钢纤维来提高硬化混凝土的后期开裂性能、韧性及抗冲击性能，但钢纤维存在锈蚀问题，且重量较大、造价较高，施工中常有结团现象。目前，粗合成纤维不断得到发展并引进市场，较细纤维而言，粗合成纤维可采用更高的体积掺量，为混凝土裂后提供承载力。这类纤维与钢纤维有很多类似的特点，同时又较好地克服了钢纤维的缺点，在应用中可作为钢纤维的替代品，有着较广阔的应用前景。

1.粗合成纤维的特性和在混凝土中的作用

1.1 粗合成纤维的特性 粗合成纤维主要有聚丙烯或聚乙烯所属聚烯烃、 聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚酰胺及它们的混合物。粗合成纤维的当量直径在0.1mm以上，且具有较高的初始模量。粗合成纤维的体积掺量可比细纤维大，最大可达 1.35%（即12kg/m3）。此外，粗合成纤维的比钢纤维有更好的而酸碱腐蚀性，在分散性、对机械的磨损、运输及拌合等方面，粗合成纤维也较钢纤维表现出了更强的优势。 目前，市场上的粗合成纤维主要为以聚丙烯为主的聚烯烃类材料。通过添加特制改性材料，并且应用多种锚固机制开发的粗合成纤维，可提高纤维粘结性、分散性，由此增强了与混凝土的粘结力和握裹力。

1.2粗合成纤维在混凝土中的作用机理 掺粗合成纤维的混凝土在拉伸荷载或弯曲荷载的 作用下，最初是纤维与混凝土共同承担外力，使纤维混凝土复合材料呈现弹性变形，一旦混凝土达到其极限抗拉强度值时即产生裂缝（即初裂），混凝土通过它与 纤维的界面将荷载转递给纤维，复合材料的承载能力随变形的继续增加而有所下降。其承载能力的下降速率主要取决于纤维的体积率、纤维与混凝土的界面粘结强度、纤维长度以及纤维的弹性模量。与细合成纤维比，粗合成纤维体积率高、长度大、弹性模量较高，尤其是纤维与混凝土的界面粘结强度高，能减缓混凝土中裂缝的扩展，并承接混凝土所转递的荷载。在继续受荷过程中，纤维被拉伸至与混凝土的粘结削弱，最后从混凝土中被拔出而导致复合材料破坏。由于粗合成纤维能使混凝土在出现裂缝后仍然具有一定的承载与变形能力、吸收较多的能量，因而可显著提高混凝土的韧性，并相应提高混凝土的抗冲击性与延展性。

2. 粗合成纤维对混凝土性能的影响

2.1 粗合成纤维混凝土的工作性能 粗合成纤维比钢纤维具有更好的和易性和拌和性能，但粗合成纤维在掺量较高的情况下，混凝土的坍落度会有一定程度的下降，其下降程度一般不影响其工作性能，必要时可通过掺加减水剂或增塑剂来保证其坍落度。

2.2粗合成纤维混凝土的强度 粗合成纤维对混凝土的抗压强度影响不大，当掺量较低时，混凝土的强度在一定范围内有所提高，提高幅度不超过5%。当纤维掺量超过11kg/m3时，混凝土的抗压强度开始降低。 粗合成纤维对混凝土的抗折强度提高明显，当纤维掺量由5kg/m3 增加到11kg/m3 时，抗折强度增长率 由1.6%增加到13.3%。

2.3粗合成纤维混凝土的弯曲韧性 粗合成纤维混凝土的弯曲韧性试验按照RILEM 标准进行。在弯曲韧性试验中，试验梁的尺寸为 150mm×150mm×550mm，跨度500mm，下部有25mm深的开口，使用1000kN液压伺服试验机，等速位移控制，跨中位移速率为0.2mm/min，两侧用位移传感器（LVDT）测定梁的跨中挠度，梁的底部用夹式引伸仪测定裂缝口扩展宽度（CMOD），混凝土试件浇注后28d进行试验。 图2为粗合成纤维与钢纤维混凝土梁的荷载-挠度曲线。

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