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混杂纤维混凝土的力学性能研究现状

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：刘朝正

[导读] 摘要：混杂纤维混凝土是将两种或两种以上不同的纤维以一定的比例混杂掺入到混凝土中形成的一种性能优越的新型混凝土材料。

        重庆交通大学重庆 400000
        摘要：混杂纤维混凝土是将两种或两种以上不同的纤维以一定的比例混杂掺入到混凝土中形成的一种性能优越的新型混凝土材料。相比于单掺纤维混凝土，混掺纤维发挥各自的优势形成了互补，产生“正混杂效应”，还能降低工程造价。本文分析总结了国内外学者对混杂纤维混凝土的力学性能研究现状，并提出了研究方向。
        关键词：混杂纤维；混凝土；力学性能；研究现状
        0 引言
        自混凝土问世以来，其易碎、抗拉强度低一直是土木工程行业内亟待解决的难题。而纤维混凝土的诞生，有效提高了混凝土的抗拉能力和韧性，所以对于纤维混凝土的研究具有重大意义，相比国外，国内对纤维混凝土的研究起步较晚，混杂纤维混凝土相关的技术规程更是一片空白。本文将介绍混杂纤维混凝土的力学性能，并总结其研究现状，提出未来的发展方向。
        1 混杂纤维混凝土的力学性能研究现状
        单掺混凝土虽然对混凝土力学性能有一定增强作用，但是这种掺入方式难免导致工程造价过高，并且带来的性能增益效果并不是很好。所以综合考虑各种纤维的不同优异点，将其组合混掺入混凝土中达到理想的效果显得尤为必要，不过也要注意避免“负混杂效应”。通常混掺纤维材料有两种，一种是金属纤维，主要是钢纤维。另一种是合成纤维，比如碳纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维等等。混杂纤维有不同的混杂方式，可以分为主要纤维与辅助纤维混杂、同种类别纤维不同尺寸的混杂、不同类别纤维同种尺寸的混杂和不同类别不同尺寸的混杂四种类型，不同的混杂方式对于混凝土的性能影响有明显差异，最常用的混杂组合是高弹模的金属纤维和低弹模的合成纤维，如钢纤维和聚丙烯纤维等。
        Sorelli L G[1]等人通过试验研究了纤维尺寸对混凝土强度的影响。结果表明，长纤维可以更好地提高混凝土的韧性，而短纤维可以更好地提高混凝土的强度等级。两者互相影响，并且随着短纤维提高混凝土的强度等级时，长纤维对混凝土的韧性影响能力也随之加强。究其原因是短纤维加强了长纤维和混凝土基体二者之间的粘结力。
        孙海燕[2]等人通过掺入不同尺寸的纤维，对混杂混凝土受力性能进行试验研究。结果表明，单掺聚丙烯时，在6mm、12mm、19mm三种长度中，19mm、掺量1.8kg/m3的聚丙烯纤维对混凝土性能增强效果最好；当混掺钢纤维和聚丙烯纤维时，40kg/m3钢纤维和长度为19mm的1.8kg/m3 聚丙烯纤维对混凝土的强度和抗裂能力增强作用最强。试验同时表明，不同纤维和不同尺寸以及不同掺量，会产生“正混杂效应”和“负混杂效应”。
        杨成蛟[3]等人通过对混掺纤维混凝土进行力学试验和抗渗试验，研究钢纤维-聚丙烯纤维混凝土的力学性能和抗渗性能。结果表明，混杂纤维可以提高混凝土的抗压强度、劈拉强度和抗折强度，但对混凝土抗渗性能影响不大，引气剂有助于提高混杂纤维混凝土的抗渗性。钢纤维对混凝土受力产生的裂缝有显著限制作用，可以大幅度提高混凝土的抗拉强度和韧性；而聚丙烯纤维能有效减小混凝土的收缩变形，但增强效应不如钢纤维显著。

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        王贤栋[4]等人通过对钢纤维和竹纤维混掺的混凝土进行抗冲击试验，结果表明，竹钢混和纤维可以改进混凝土的各项性能，有利于提升大体积混凝土的抗裂、抗收缩和抗冲击能力。
        邓宗才[5]通过对高性能纤维素纤维、钢纤维、纤维素纤维及钢纤维混杂纤维混凝土的弯曲疲劳特性进行了试验研究，结果试表明，纤维素纤维和钢纤维混掺对混凝土的弯曲疲劳性有明显的改善，掺量64 kg/m3的钢纤维与掺量1.3 kg/m3纤维素纤维混掺时，疲劳强度比单掺钢纤维64 kg/m3的混凝土提高15.4%。所以混杂纤维将会充分发挥各种纤维的优势，对改善疲劳性能的作用比单掺钢纤维和纤维素纤维都显著。
        朱亮[6]通过对碳-聚丙烯-芳纶三元混杂纤维混凝土进行了基本力学性能及微观机理的研究，分析混杂纤维对混凝土的增强增韧作用、本构关系以及对微观结构的影响。结果表明，三种纤维混掺比为1：1：3时对混凝土的增强效果最好；通过微观机理研究，发现纤维能够有效缓冲裂缝能量、抑制裂缝拓展以及改变裂缝发展的方向。
        2 混杂纤维混凝土的研究结论
        近年来纤维混凝土得到了长足发展，与普通混凝土相比，其抗拉性能、韧性、抗冲击性能以及抑制裂缝的能力都有较大提升，而混杂纤维的应用，一方面对混凝土的强度和韧性有了进一步提升，另一方面也提高了结构的耐久性和抗疲劳能力，从而使结构尺寸减小，降低了工程造价，带来的经济价值不容小觑，所以对混掺纤维混凝土的进一步研究有巨大的现实意义。
        3 混杂纤维混凝土未来的研究方向
        （1）目前对混杂纤维混凝土的研究方向大多停留在力学性能方面，包括强度、韧性、抗渗性等。而纤维材料的制备工艺、混杂纤维的微观作用机理等方面还有待深入研究，制造工艺对纤维材料的自身性能起到关键性作用，而混杂纤维的微观作用机理在国际上看法不一，所以系统的理论成果对混杂纤维混凝土的发展有非凡的指导意义。
        （2）尽管国际上对纤维混凝土的研究有了一定的成果，其毕竟是一个新兴领域，理论成果并不多，而混杂纤维混凝土具有广大的前景，后续应该着重研发工程应用规范，将混杂纤维混凝土发挥出巨大的价值。
        参考文献：
        [1] Sorelli L G，Meda A，Plizzari G A.Bending and Uniaxial Tensile Tests on Concrete Reinforced with Hybrid Steel Fibers[J].Journal of Materials in Civil Engineering，2005，17（5）：519-527．
        [2] 孙海燕，何真，龚爱民.混杂纤维对混凝土力学及抗裂性能的影响[J].混凝土与水泥制品，2009，（02）：48-51．
        [3] 杨成蛟，黄承逵，车轶，等．混杂纤维混凝土的力学性能及抗渗性能[J].建筑材料学报，2008，11（1）：89-93．
        [4] 王贤栋，张昌，黄真，等．竹钢混杂纤维混凝土的抗冲击性能试验研究[J].混凝土与水泥制品，2013（10）：48-50．
        [5] 邓宗才.高性能纤维素纤维及其混杂纤维混凝土的弯曲疲劳特性[J].公路，2008，（1）：165-169．