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纖維混凝土是纖維和混凝土組成的復合物，由于混凝土具有抗拉強度低、延性差、脆性大等缺點，而加入纖維能提高其抗拉強度、抗沖擊強度、抗彎性和延展性等力學性能，因此受到重視。其中，聚乙烯醇纖維不僅能提高水泥脆性基材抵抗裂縫開展的能力，還明顯降低了混凝土的脆性，增加了延展性和韌性，符合未來工程中的材料要求。蘇駿等對聚乙烯醇纖維混凝土進行了彎曲韌性性能試驗，發現加入聚乙烯醇纖維在一定程度上明顯改善了混凝土的彎曲韌性。聚乙烯醇和玄武巖混雜纖維混凝土的性能進行了研究，發現添加這兩種混合纖維的混凝土的抗壓強度和抗折強度隨著纖維體積摻量和長度的增加而增加。聚丙烯纖維由于其質量輕，價格低，以及良好的韌性和阻裂性，受到廣泛的關注。將聚丙烯纖維加入到混凝土中進行相關的力學性能試驗，通過與素混凝土的對比，發現加入聚丙烯纖維后的混凝土在28 d時的劈拉強度提高45%,抗折強度提高19%,拉壓比提高46%，對聚丙烯纖維混凝土進行了耐磨損和抗沖擊試驗，通過綜合的對比分析，發現聚丙烯纖維的摻入使得使混凝土取得顯著的增韌和阻裂效應，提高了混凝土的抗沖擊破壞能力和耐磨損性能。
本文將聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維摻入到混凝土中，控制纖維的摻量和長度，通過沖擊試驗研究其對混凝土抗沖擊的影響，為混凝土強度的提高和工程實際提供參考。
1試驗設計
1.1 原材料選擇
(1)水泥：采用徐州市中聯有限公司生產的中聯牌P32.5復合硅酸鹽水泥;
(2)砂：徐州市建筑河砂，細度模數為2.6;
(3)石子：選用碎石，在攪拌混凝土之前先用水將碎石清洗晾干，粒徑為5—10mm連續級配;
(4)水：徐州市自來水;
(5)減水劑：采用河北衡水友誼化工產的萘系高濃粉末減水劑，減水率為18—25%;
(6)聚乙烯醇纖維、聚丙烯纖維：采用束狀單絲纖維，纖維直徑為15-30um,長度為6,9,12mm三種長度;
1.2方案設計
試驗設計考慮聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的2種摻量和3種長度作為變量，設計以下表中的幾組試驗，研究聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的摻量和纖維的長度對混凝土抗沖擊能力的影響。各材料用量計算參考混凝土技術規程，采用絕對體積法計算個材料的用量，其配合用量表如下，0為未添加纖維的對照組，其具體的方案設計如下表1所示。
1.3試件制作及養護
根據表1，表2，表3已設計好的配合比方案和各個摻量的百分比及具體用量，稱量好各種材料后摻入纖維，摻入纖維時避免纖維結團，使其均勻地分布于水泥、骨料等材料中，加水攪拌完成后進行裝模，在裝模的過程中，要充分的進行人工振搗，分三次裝滿，然后放到振動臺上震動30～60s，隨后在模具表面敷上塑料紙保濕，24小時后拆模。拆模后將試件放到無錫市華南實驗儀器設備廠生產的SHBY-40A型標準養護箱里，保持養護箱溫度為20±2度，濕度為95%左右進行養護28天后，取出晾干對其進行沖擊試驗,得到相應的試驗結果。
2試驗分析
2.1抗沖擊試驗
采用1000J級JLW-800型落錘沖擊試驗機進行抗沖擊試驗，試件的尺寸為71mm*71mm*71mm，如圖1所示。落錘采用30cm沖擊高度，測試數據通過SKY-Ⅱ型數據處理儀進行轉換，利用自帶的數據處理軟件得到相關參數的A-D圖像，再整理分析，得出試件抗沖擊破壞的力-時間、位移-時間圖像。
2.2試件破壞形態
試驗采用的30cm的沖擊高度，得到相應的試驗結果，選用部分破壞圖片進行分析，添加了不同長度、不同摻量聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的試件在落錘的沖擊下，表現出的破壞形態和未添加纖維的0組試件有著巨大的區別。
可以看出在30cm的沖擊高度的條件下，添加了聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的試塊抗沖擊能力有了明顯的提升。而0試塊即素混凝土試塊(第一張圖片)在沖擊作用下試件的結構破壞明顯，在錘擊頭范圍為中心的四周混凝土大部分剝落。而其他試塊由于所加纖維的延性，有效的緩解了混凝土的破壞。
對于摻量和長度變化的聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的試塊，其抗沖擊的性能從試驗的破壞外觀上能看出相應的變化，但是其具體的變化和結論需要試驗數據的進一步驗證。
2.3 試驗數據分析
本文對25組不同配合比的試件進行了沖擊實驗，對單摻聚乙烯醇纖維混凝土試件、單摻聚丙烯纖維混凝土試件，復摻聚乙烯醇纖維聚丙烯纖維混凝土分別進行了高度為30cm高度下的沖擊實驗，對實驗數據進行了篩選處理和整理分析，分別得到單摻聚乙烯醇纖維混凝土、單摻聚丙烯纖維混凝土和復摻聚乙烯醇纖維聚丙烯纖維混凝土在沖擊荷載下實驗數據。
當落錘高度為30cm時，聚乙烯醇纖維混凝土和聚丙烯纖維混凝土試件隨纖維長度變化的位移-時間圖像。
可以看出，隨著聚乙烯醇纖維長度的增大，試塊發生的位移也在增大，從纖維長度為6mm時的位移約為1.7mm增大到纖維長度為12mm時的約2.05mm，位移增加約21%，即相比于12mm纖維長度時，6mm的纖維長度位移減少了17%，說明對于聚乙烯醇纖維，隨著纖維長度的增加，混凝土試件沖擊時發生的位移越大，因此適合選用較短纖維，本文中聚乙烯醇纖維宜選用的長度為6mm。
可以看出，隨著聚丙烯醇纖維長度的增大，試塊發生的位移先減小后變大，從纖維長度為6mm時的位移約為1.8mm減小到纖維長度為9mm時的約1.4mm，位移減少22%，而當纖維長度從9mm增加到12mm時，最大位移由1.4mm增加到約1.55mm，增加了11%，說明對于聚丙烯纖維，隨著纖維長度的增加，混凝土試件沖擊時發生的位移先減小后變大，因此本文中聚丙烯纖維宜選用的長度為9mm。
保持落錘高度30cm和纖維的長度相同，控制其摻量的變化，得出其相應的時間-擬合力圖像。
中可以看出，對于聚乙烯醇和聚丙烯纖維混凝土，當保持纖維長度不變時，通過控制其摻量的變化，發現其在沖擊作用下的擬合力也不相同。與素混凝土相比，當摻量為1kg/m3時，聚乙烯醇纖維混凝土所能承受的最大沖擊力有所降低，聚丙烯纖維混凝土則幾乎沒有變化;當纖維摻量為2kg/m3時，兩種試件所能承受的最大沖擊力均由素混凝土的160000N增大到170000N，增加了6.3%，但從后期的1109,1206,2109,2212試塊的實驗結果看，并不是纖維摻量越大，混凝土的抗沖擊性越好，而是存在一個最佳上限，對于本文而言，聚乙烯醇纖維混凝土和聚丙烯纖維混凝土最佳摻量均為2kg/m3。
保持落錘高度30cm、各組比較試塊的纖維的長度和摻量相同，得出聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維混凝土的時間-位移圖像和時間-擬合力圖像。
可以看出,從它們受沖擊后發生的最大位移角度看，0109試塊和1009試塊纖維摻量和長度相同的情況下，0109試塊的時間-位移曲線整體均在1009試塊的時間-位移曲線下方(包括最大位移量)，0212試塊和2012試塊也反映出這種情況，可以得出：聚丙烯纖維混凝土比聚乙烯醇混凝土抗沖擊性強，即聚丙烯纖維對混凝土抗沖擊性能的提高要比聚乙烯醇纖維作用更加明顯。
可以看出，從它們受沖擊后產生的最大擬合力角度看，0109試塊和1009試塊纖維摻量和長度相同的情況下，0109試塊的產生的最大擬合力大于1009試塊產生的最大擬合力，0212試塊和2012試塊也反映出這種情況，可以得出：聚丙烯纖維混凝土比聚乙烯醇混凝土抗沖擊性強，即聚丙烯纖維對混凝土抗沖擊性能的提高要比聚乙烯醇纖維作用更加明顯。
綜合時間-位移曲線和時間-擬合力曲線最終可以得出：聚丙烯纖維對混凝土抗沖擊性能的提高要比聚乙烯醇纖維作用更加明顯。
保持落錘高度30cm不變，得出相對于只添加一種纖維，添加兩種摻量變化的纖維綜合作用后混凝土受沖擊后的時間-位移圖像和時間-擬合力圖像
可以看出，結合它們受沖擊后發生的最大位移和產生的最大擬合力角度看，相對于只添加長度為6mm，摻量為1kg/m3聚乙烯醇試塊(1006試塊)和只添加長度為6mm，摻量為1kg/m3聚丙烯試塊(0106試塊)，并不是同時加大或單一加大某一纖維摻量就能提高混凝土的抗沖擊性，如時間-位移圖中可以看出試塊2106產生的最大位移較大，時間-擬合力圖中可以看出試塊2106產生的最大擬合力較小。另外，從1106試塊的最大位移是6個試塊中最小的以及最大擬合力是6個試塊中最大的中可以看出：同時摻加1kg/m3的聚乙烯醇纖維和1kg/m3的聚丙烯纖維時混凝土的抗沖擊性能提高的較明顯。
3結論
本文利用落錘試驗機對混凝土進行沖擊試驗，通過添加聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維來提升其抗沖擊能力，控制聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維的摻量和長度，得到以下的相關結論：
(1)對于聚乙烯醇纖維，隨著纖維長度的增加，混凝土試件沖擊時發生的位移越大，應選用較短纖維，本文中聚乙烯醇纖維混凝土抗沖擊的最佳效果是纖維長度為6mm;對于聚丙烯纖維，隨著纖維長度的增加，混凝土試件沖擊時發生的位移先減小后變大，在6-12mm之間有最佳值，本文中聚丙烯纖維混凝土抗沖擊的最佳效果是纖維的長度為9mm。
(2)本文中，單摻聚乙烯醇纖維混凝土和單摻聚丙烯纖維混凝土最佳摻量均為2kg/m3。但從后期的實驗結果看，并不是纖維摻量越大，混凝土的抗沖擊性越好，而是存在一個摻量上限。
(3)綜合時間-位移曲線和時間-擬合力曲線最終可以得出：聚丙烯纖維對混凝土抗沖擊性能的提高要比聚乙烯醇纖維作用更加明顯。
(4)并不是同時加大或單一加大某一纖維摻量就能提高混凝土的抗沖擊性，另外，從發生最大位移以及產生的最大擬合力角度可以看出：同時摻加1kg/m3的聚乙烯醇纖維和1kg/m3的聚丙烯纖維時混凝土的抗沖擊性能提高的最明顯。
聚乙烯醇、聚丙烯混合纖維混凝土的抗沖擊性能研究 最新評論:
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