聚丙烯纤维对不同强度等级混凝土强度的影响研究

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4聚丙烯纤维对不同强度等级混凝土强度影响的机理分析
　　
　　4．1聚丙烯纤维对混凝土立方体抗压强度的影响分析

　　聚丙烯纤维是一种低弹性模量的纤维，其弹性模量通常在3000～4000MPa左右，约为混凝土的弹性模量的1/10。根据复合材料力学理论，由于聚丙烯纤维的弹性模量低于混凝土的弹性模量，所以，掺聚丙烯纤维的混凝土立方体抗压强度较基准混凝土的会有所下降，但是，由于试验中聚丙烯纤维的掺量属于低掺量(0.1%左右)，这个影响并不大。

　　另一方面，聚丙烯纤维在混凝土的体积掺量虽然不大，但是由于其直径细(10～100m)，在体积率0.1%的情况下，每立方米混凝土中有几百万、上千万甚至上亿根纤维，在混凝土基体的水泥砂浆中布满了横竖交叉的立体纤维网，这种立体纤维网与水泥浆之间存在较大的粘结应力。这个粘结应力会阻止混凝土被“拉裂”。

　　混凝土中掺人聚丙烯纤维后，一方面，由于聚丙烯纤维弹性模量较低，掺入到混凝土中后，会降低混凝土的立方体抗压强度；另一方面，由于聚丙烯纤维在混凝土中会分散成为立体纤维网，限制混凝土的横向变形，使混凝土立方体抗压强度提高。当混凝土强度较低时，由于混凝土的弹性模量小一些，聚丙烯纤维网的增强作用明显一些，所以掺入聚丙烯纤维后，混凝土的强度会提高：当混凝土强度较高时，由于混凝土的弹性模量大一些，聚丙烯纤维降低混凝土强度的作用明显一些，所以掺人聚丙烯纤维后，混凝土的强度会降低。但总的来说，由于纤维掺量不是很大，掺入聚丙烯纤维后，混凝土的抗压强度变化不大。

　　4．2聚丙烯纤维对混凝土抗折强度的影响分析

　　混凝土是低抗拉强度和低抗拉应变的复合材料。在混凝土硬化过程中，伴随着各种干缩的增大，导致混凝土产生许多微裂纹。混凝土受拉时，微裂纹附近产生较大的应力集中，使得混凝土的抗拉强度较低，并且“一裂就坏”。

　　在混凝土中掺人微纤维后，根据“纤维间距理论”，裂纹附近由于应力集中而产生的应力会大大变小，因此混凝土的抗折强度会增加，并且会比较明显：并且聚丙烯纤维对混凝土存在“增韧”效应和所谓“剩余弯曲强度”，即混凝土在初裂后，混凝土还不会马上破坏，还能继续承受荷载，从而提高混凝土的抗折强度。

　　当纤维混凝土受拉和受弯时，受拉区基体开裂后，纤维将起到承担拉力并保持基体裂缝缓慢扩展的作用，从而基体缝间也保持着一定的残余应力。随着裂缝开展，基体缝间残余应力将逐步减小，而纤维具有较大变形能力可继续承担截面上的拉力，直到纤维被拉断或从基体中拨出，而且这个过程是逐步发生的，这样纤维就起到了明显的增韧效果。

　　但对于高强混凝土而言，掺入纤维后，混凝土的抗折强度为什么会下降呢?作者认为，主要以下两方面的原因①混凝土本身的抗拉强度比较高，微纤维在混凝土中起得作用已经不明显了，加之微纤维的弹性模量又较低，会降低混凝土的抗拉强度；②高强度的混凝土拌合物比较粘稠，容易造成微纤维分布不均匀，并且难以密实，从而降低混凝土的抗折强度。在本次试验过程中，为了便于比较，混凝土的搅拌时间和振动成型时间都是按GB/T50081—2002规定的时间进行的，实际上，有试验表明，适当延长纤维混凝土振动时间，可以提高混凝土的抗折强度。
　　
　　5结论
　　
　　由试验可知，对于较低强度等级的混凝土，掺聚丙烯纤维后能够提高混凝土的立方体抗压强度和抗折强度：对于中等强度的混凝土，掺聚丙烯纤维后能够提高混凝土的抗折强度，但会稍微降低混凝土的立方体抗压强度：对于高强混凝土，掺聚丙烯纤维后，混凝土的立方体抗压强度和抗折强度均会降低。