重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400041
摘要：本文中的使用的混凝土强度等级设计为常用的C50混凝土。通过测试掺入钢纤维、聚合物的C50混凝土28d的抗压、抗折性能。试验中以28d抗压强度、抗折强度作为评价指标来反应钢纤和聚合物对钢纤维混凝土力学性能的影响。钢纤维、聚合物的不同掺量进行组合，共构成16个配比，其中钢纤维掺量按照体积掺量计算，聚合物掺量按照其相对于水泥质量的百分比确定，即聚灰比。试验中需要的钢纤维掺量设计为0、0.3%、0.6%、0.9%，聚合物掺量分别为0、3%、6%、9%。钢纤维的掺入会提高混凝土的抗压、抗折强度，当钢纤维体积掺量为0.6%时，单位体积掺量提高幅度最大。聚合物的掺入会降低混凝土的抗压、抗折强度，当掺量达到9%时，降低幅度达到25%左右。
关键词：C50混凝土；抗压强度；抗折强度；聚灰比
0 引言
钢纤维在混凝土中主要起到增强和阻裂的作用，要把钢纤维拔出混凝土甚至将其拉断就需要更大的拉力，这样限制了裂缝的扩张[1]。因此钢纤维混凝土比素混凝土有更好的变形能力、韧性以及抗拉强度，而且其抗冲击、抗磨耗、耐久性也有较大的改善。通过掺加钢纤维可以改善了水泥混凝土的工作性能和力学性能，使其能满足更多情况的工程需要[2-4]。
高性能聚合物改性混凝土或砂浆的抗折强度、收缩量和抗腐蚀性均比普通混凝土好从而被广泛应用[5]。将聚合物改性水泥混凝土或砂浆用于桥面修补工程，可避免和减少一些较复杂的施工工艺如粘结、防水等，并降低工程造价。聚合物水泥基复合材料是一种有机-无机复合作用的新型材料，有较好的韧性、粘结性、抗干缩性、防腐蚀性、耐久性等性能，这些特性能满足桥梁修补材料的性能要求[6-7]。
因此研究钢纤维聚合物对混凝土力学性能的影响有着重要的研究意义。
1 试验
1.1原材料
水泥采用P•O42.5早强硅酸盐水泥，粗骨料选用0-20mm碎石，紧密堆积密度为1684kg/m3，松散堆积密度为1564kg/m3。砂子选用的是黄砂，测试细度模数为2.53，属于中砂，紧密堆积密度为1637kg/m3，松散堆积密度为1458kg/m3，级配符合要求。钢纤维采用，长30mm，等效直径0.55mm，长径比55，抗拉强度＞980MPa。聚合物乳液为上海高桥—巴斯夫（BASF）分散体有限公司生产的Styrofan ® ECO 7623丁二烯/苯乙烯共聚物水溶乳液。水均采用饮用自来水。减水剂为HPWR-R聚羧酸盐高性能减水剂，减水率超过25%。
1.2 配合比设计
试验中需要的钢纤维掺量设计为0、0.3%、0.6%、0.9%，聚合物掺量分别为0、3%、6%、9%。为了方便试验过程中的记录及书写，将钢纤维简写成S，聚合物简写成L。
严格按照配合比设计原则，最终选定本次试验研究C50素混凝土的配合比为水泥：水：砂：碎石=470：160：691：1127，砂率为38%。
1.3 工作性能
钢纤维的加入会降低混凝土的和易性，因此，为减小混凝土成型时工作性能的差异对其力学性能的影响，试验中通过控制减水剂掺量和调整部分砂率将C50钢纤维聚合物混凝土坍落度调整在一定范围内（80mm～120mm）。
2 试验结果分析
对不同钢纤维和聚合物掺量的混凝土进行28d标准养护，然后做抗压抗折试验，分析钢纤维和聚合物对混凝土力学性能的影响，选择钢纤维和聚合物的最佳参量，然后进行后续相关试验研究。
2.1试验结果表明：
（1）钢纤维对混凝土的抗压强度都有明显提高，钢纤维掺量越大，强度越高，并且在钢纤维体积掺量为0.6%时，单位体积掺量提高幅度最大，最节约成本。
（2）聚合物乳液的掺入均会导致混凝土的抗压强度降低，且一般在聚合物乳液掺量为9%时抗压强度降低幅度最大。具体而言在钢纤维体积掺量为0、0.3%、0.6%和0.9%时，混凝土抗压强度最大降低幅度依次为17.8%、20%、26.6%、和25.3%。
2.2试验结果分析：
（1）混凝土抗折强度明显增加。随着聚合物掺量的增加，钢纤维对混凝土的抗折强度增强效果逐渐降低，这表明聚合物乳液的掺入会降低钢纤维对混凝土的增强效果。
（2）当钢纤维体积掺量为0时，聚合物乳液混凝土的抗折强度由7.172MPa下降至6.672MPa，下降了7.0%；当钢纤维体积掺量为0.9%时，混凝土的抗折强度由9.821 MPa下降至8.254MPa，下降了15.9%；说明聚合物的加入会降低混凝土的抗折强度。
3 结论
本论文主要测试通过对不同掺量的钢纤维和聚合物C50混凝土的基本力学性能测试得到以下几个主要结论：
（1）钢纤维的掺入一定程度上提高混凝土的抗压、抗折强度，提高的幅度随着掺量的增加而增大；并且在钢纤维体积掺量为0.6%时，单位体积掺量提高幅度最大，经济效益最高。
（2）聚合物的掺入会降低混凝土的抗压、抗折强度，掺量越多，降低幅度越大，当掺量达到9%时，降低幅度达到25%左右，同时聚合物的掺入过多会抑制钢纤维的增强作用。
（3）综合考虑钢纤维和聚合物共同对混凝土的基本力学性能的的影响，以及经济效益等因素，最终选择钢纤体积维掺量为0.6%，聚灰比为6%的混凝土作为后续主要试验的修补材料。
参考文献：
[1] 程秀菊.钢纤维混凝土的增强机理及断裂韧性的研究[D]：[硕士学位论文].南京：河海大学硕士学位论文，2005.
[2] 张延毅，高丹盈.纤维高强混凝土断裂性能研究[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3] Sarja A，Vesikari E.Durability Design of Concrete Structures[C]// ASME 2015 Pressure Vessels and Piping Conference.American Society of Mechanical Engineers，2015：655-657.
[4] 丁向群，张冷庆.聚合物改性粘结砂浆的性能研究[J].硅酸盐通报，2014，33（5）：1040-1044.
[5] 熊剑平.聚合物改性水泥混凝土路用性能研究[D]：[硕士学位论文].西安：长安大学硕士论文，2005.
[6] 张二芹.聚合物改性水泥混凝土的力学性能及耐久性指标研究[D].沈阳工业大学，2016.
[7] Climaco，J.C.T.S.，R.E.EValuation of Bond strength between Old and New Concretein Structural Repair[J].Magazine of Concrete Research，Vol.53，No.6 December_2001：377-390.