钢-聚丙烯纤维对超高性能混凝土扩展度影响研究

钢-聚丙烯纤维对超高性能混凝土扩展度影响研究

沈向宇1

（1.重庆交通大学，重庆 400074）

摘要：针对钢-聚丙烯纤维超高性能混凝土愈发广阔的应用现状，探究掺入不同体积掺量钢纤维、聚丙烯纤维对于超高性能混凝土扩展度的影响。研究发现，随着钢纤维与聚丙烯纤维体积掺量的升高，超高性能混凝土的扩展度出现了下降的趋势，且相同体积掺量的钢纤维与聚丙烯纤维对于超高性能混凝土扩展度的影响大致相同。

关键词：超高性能混凝土；扩展度；纤维混凝土

中图分类号：TU528.31      文献标识码：A          

0 引言

[1]随着我国的土木工程材料向轻量化、高精度化发展，超高性能混凝土（UHPC）的应用随之也越来越广泛。UHPC基体存在着脆性相对较低、韧性相对较差的特性，而掺加适量的纤维可以弥补此类缺点，纤维又以钢纤维和聚丙烯纤维应用最为广泛。

两种纤维的掺入对于UHPC拌合物的流动性有着一定的影响，也会影响纤维分布的均匀性，从而会导致性能产生不同的差异[5]。对于钢纤维与聚丙烯纤维，不同的体积掺量会对超高性能混凝土工作性产生极大的影响，而超高性能混凝土的工作性通常用扩展度进行表征。因而，可以通过设置不同体积掺量的钢纤维，对钢-聚丙烯纤维超高性能混凝土的扩展度进行验证。

1试验过程

1.1  试验原料

UHPC粉料来源于宏日宝通（重庆）公司所生产的T120超高性能混凝土。

钢纤维来源于宏日宝通（重庆）公司所生产的特种镀铜钢纤维。

水采用实验室纯净水。

聚丙烯纤维由山东泰安泰昌纤维厂所生产。

1.2  试验过程

搅拌机采用传统的单轴卧式搅拌机，投料方式采用预拌法。首先将粉料投入搅拌机中，开机搅拌2min，随后倒入纯净水，继续搅拌8min以上，至基体呈流状。最后倒入纤维至搅拌机中，搅拌10min以上，至纤维均匀地混合到基体之中。

1.3  试验指标

根据TCECS 864-2021《超高性能混凝土试验方法标准》，扩展度试验采用钢直尺量测展开扩展面的最大直径L0以及垂直方向的最大直径L1，取平均值作为实验结果，如式（1）。

              (1)

并且两个直径的差值不能超过50mm，若超出则需要重新试验。扩展度试验过程如图1所示：

图1  扩展度实验

2实验结果与分析

2.1 UHPC基体扩展度

经过测量，在不掺入任何纤维时，UHPC基体最大直径为798mm，垂直方向的最大直径为762mm，二者取平均值，即得到UHPC基体的扩展度为780mm。

2.2 钢纤维对UHPC扩展度影响研究

设置多组不同体积产量的钢纤维以及聚丙烯纤进行扩展度实验。钢纤维UHPC的扩展度数据如表1与图2所示。

表1单掺钢纤维扩展度试验结果

图2 单掺钢纤维UHPC拌合物扩展度变化趋势

分析图表不难发现，随着钢纤维体积掺量的不断增加，UHPC的扩展度值逐渐下降，UHPC的流动性降低。钢纤维体积掺量2.5%时，扩展度下降到最多，相比基体达到11.4%。主要原因是由于钢纤维掺入基体后，扮演了骨架的角色。除此之钢纤维吸附了UHPC基体中的部分水分，这也会造成UHPC拌合物的流动性减小。

2.2 钢纤维对UHPC扩展度影响研究

聚丙烯纤维UHPC的扩展度数据如表2和图3所示：

表2单掺聚丙烯纤维扩展度试验结果

图3单掺聚丙烯纤维UHPC拌合物扩展度变化趋势

根据表2及图3，随着聚丙烯纤维体积掺量从0到0.2%的不断增加，UHPC的扩展度值也是随着单掺聚丙烯纤维的掺量增加而逐渐降低，与钢纤维表现的规律大致相似。聚丙烯纤维体积掺量0.2%时，扩展度下降到最多，达到12.0%。并且试件表面有些许孔洞。原因主要是聚丙烯纤维的密度和直径等物理参数远远小于钢纤维，在相同的体积下，聚丙烯纤维的数量比钢纤维更多，更多的水泥浆才能包裹；此外，聚丙烯纤维表面由于存在亲水性的化学基团，使得聚丙烯纤维表面能够吸附很多水分子，吸收了拌和物里面的一部分自由水，同时聚丙烯纤维会加大浆体内部的摩擦力，从而进一步降低了UHPC的流动性[6]。

3结论

（1）在相同水粉比的前提下，在本次试验掺量范围内，单掺钢纤维和聚丙烯纤维两种体系均会对扩展度起负面作用，扩展度值相比UHPC基体分别最高下降了11.4%和12.0%。

（2）相同体积掺量的钢纤维UHPC与聚丙烯纤维UHPC扩展度大致相同。

参考文献:

[1]赵人达,赵成功,原元,等.UHPC中钢纤维的应用研究进展

[J].中国公路学报,2021,34(08):1-22.

[2]Development of the mechanical properties of an ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC)[J]. Cement and Concrete Research, 2006, 36(7): 1362-10.

[3]黄政宇,沈蒲生,蔡松柏. 200MPa超高强钢纤维混凝土试验研究[J].混凝土,1993(03):3-7.

[4]李晨光,安明喆,都清.超高性能结构混凝土材料工程化应用基础研究[J].混凝土世界,2010,No.9(03):28-33.

[5]陈宝春,林毅焌,杨简,等.超高性能纤维增强混凝土中纤维作用综述[J].福州大学学报(自然科学版),2020,48(01):58-68.

[6]梁睿. 桥梁伸缩缝锚固区混杂纤维超高性能混凝土研究[D].长沙理工大学,2021.

作者简介:沈向宇，男，硕士研究生，主要从事超高性能混凝土研究