文|海洋说史

编辑|海洋说史

前言

通常，在混凝土生产当中可以接入纤维、陶粒、橡胶、泡沫、再生微粉等各类材料，以改善产品的各项性能。随着市场应用需求的变化，掺入单一纤维所制备的混凝土在力学性能、耐久性等方面的适应性略显不足。于是，技术人员尝试将不同种类的纤维掺入 混合料 中制备成混杂纤维混凝土，利用各类纤维的性能优势互补作用来改善混凝土的性能。

玄武岩纤维

玄武岩纤维是一种性能良好的亲水性纤维，能与混凝土基体相产生紧密的 黏结性 ，有利于提高混凝土的力学性能。聚丙纤维是一种合成纤维，具有很高的断裂仲常性，变形性能较佳。研究发现，掺入PPF对混凝土宏观裂缝的发展具有很好的 抑制作用 ，但P自身具有的疏水性使其与混凝土基体间的黏结强度相对较弱。

橡胶具有独特的吸能特性，掺入穆胶的混凝土具有良好的钢性和抗冲击性，同时可起到一定的保温隔热、被重隔音作用。但有研究发现，掺入橡胶的混凝土具有良好的韧性和抗冲击性，同时可起到一定的保温隔热、减重隔音作用。但有研究发现，掺入橡胶颗粒的混凝土力学性能受到一定影响，而 掺入适量的纤维 能够中和橡胶颗粒的影响。

实验方法

按照纤维混凝土试验方法标准CEC:S13:2009中的拌和物试块制备要求，使用卧式拌和机来搅拌试验混凝土。

首先，将 已称量 的水泥、砂、碎石及梭胶粉末加入拌和机中干拌3min，再将撕散的纤维均撒入拌和机内搅拌接着，将预先与被水剂充分混合的水倒入其中湿拌3min，再将其迅速填入刷好油的模具中，置于振动台上直至表面出浆冒泡。然后，抹平模具表面故在养护室内静置24h后拆模：最后，将试块置于（20+2)C的饱和C(0H)，济液中养护28d。

进行混凝土力学性能测试，按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019）中的要求进行立方体抗压强度试验和够裂 抗抢强度试验 ，均选用尺寸为100mmx100mmx100mm的非标准试件，每组试件各选3块两类试验共计84个试块。

对混凝土施加骏荷所用加荷仪器为，上海三思纵横机械制造有限公司生产的WAW-1000型微机控制，电液同服万能试验机，通过与其配套的DSCC-5000多通道 电液服闭环控制系统 进行数据收集。将位移作为施加骏荷的速度控制指标，并设定试验中的加骏速率和预加力：立方体抗医强度试验中的加我速率为3mm/mmin，预加力为500N： 裂抗控强度试验中 的加骏率为mm/min。

由于试验所用试块为非标准立方体，因此需先对其强度值进行系数换算，令最终的立方体抗压强度和驹教抗控强度分别来以0.95和0.85的 换算系数 。所得试块的28d强如表5示

立方体抗压强度试验分析

通过立方体抗压强度试验，观察HBPFRC、HB-PFR-RC抗压强度随纤维体积接量的变化规律，并分别与00，RC基准组进行对比，结果如图1所示可以看出，随着纤维体积接量的增加，HBPFRCHBPFR-M组的抗医强度均整体呈现先升后降的 变化趋势 ，且在BF体积接量为0.4%、T体积最为0.2%时出现了 抗压强度峰值 。

与00基准组相比，P3B3P4B4P5B5组的 抗乐强度 分别提高了8.11%、13.51%、1.23%；与RC基准组相比，P2B2R、P3B3R、P4B4R、155B5R组的抗压强度分别提高了1.64%，8.73%、19.60%、2.84%。同时与00基准组相比，P4B4R组的峰值抗压强度仅降低了10.50%。随着纤维体积接近量的持续增加，混凝土的抗压强度出现了明显下降的情况。与P4B4R组相比，P5B5R组、P66R组的 抗压强度 分别下降了14.02%，25.67%。

与各自的基准组相比，P1B1组、P1B1R组的抗压强度分别下降了6.30%，4.57%。纤维体积接量较少的P1B1组和P1B1R组混凝土内纤维布稀疏，经抗压破坏后试块破裂面处纤维未发生明显的形变，且存在较多的孔原结构。经抗压破坏后，试块内纤维与混凝土基体接触面的黏结力远小于纤维本身的 裂抗抢强度 ，纤维的抗捡强度未得以充分利用，因而使得纤维本身占用的空间成为混凝土的强度薄弱区。

122B2组和P2B2R组的 抗压强度大 致与各自基准组持平。这是因为，影响混凝土抗压强度的因素很多而导致其数值离散度较大，且当体积接量较小时纤维在混凝土内密集度较低、抗压强度提升有限RC基准组是按体积比将C0基准组中15%的砂用橡胶粉末替换掉而制成。

与0组相比，RC组试块的 抗压强度 约下降了25.17%。与未接橡胶粉末的HBPFRC组相比，所有接入橡胶粉末的HBPFR-BC组混凝土抗压强度均显著降低，分别下降了23.7923.31%，24.74%，21.15%、23.97%18.68%，下降幅度均小于25.17%。

应用SPSS软件中的 非线性回归 分析单元，分别对HBPFRC组和HBFR-RC组的抗压强度进行回归分析，从而得到抗压强度与混杂纤维总体积掺量的拟合关系式。

贯穿裂缝

在达到 破坏载荷 后，C0组试块的表面形成了较多的贯穿裂缝，链而出现了混凝土大片剥落的现象，且在破坏择间伴有响声，整个过程呈现明显的脆性破坏特征。在受压过程中，HBPFHC组试块的表面裂缝分散且数量较少，大多为细小裂缝。在受压破坏之后，试块依旧保持原有的立方体形状，只有边角处有少量混凝土碎落。当试验结束后，试块发生了较大的纵横向变形，表面水泥浆体崩而不散。这表明纤维在混凝土中产生了 “桥接效应” ，大幅提升了混凝土的塑性和完整性。

在受压过程中，HBPFR-RC组虽然未出现较大的贯穿裂缝，但其 表面微小裂缝 迅速增多。这表明混凝土内部已发生结构性破坏，完整性有所下降，因而抗压强度最显著降低。2.3劈裂抗拉强度试验分析通过 剪裂抗抢强度 试验，观察试块裂抗控强度随纤维体积掺量的变化规律，并分别与00EC基准组进行对比，结果如图2所示。

与立方体抗压强度试验结果相似，够裂抗控强度呈先升后降的变化趋势。与各自基淮组相比，最佳纤维接量组P4B4、44B4R的 裂抗控强度 分别提高了21.25%、23.51%与00基准组相比，P2B2、P383、P4B4、P5B5组的劈裂抗控强度分别提高了1986.2321.25%、15.01%。与RC基准组相比，P1B1R、P2B2R、P3B3RP44R、P5B5R组的裂抗控强度分别提高了5.96、8.42、12.98、23.51%16.84%。P4B4日组和CO组的裂抗控强度只相差0.01MP，说明纤维的接入可以 抵消檬胶粉 末所产生的负效应。

同时，与00基准组相比RC基准组的裂抗控强度下降了19.23%。与HBPFRC组相比，HBPFR-RC组的裂抗控强度分别下降了8.3%、14.17%，14.13%，17.69%、18.00%，20.58%，下降幅度基本上小于1923%，平均为15.48。结合HBPFR-RC组与HBPFRC组抗医强度的试验对比结果，认为掺入的橡胶粉末能够与纤维共同发挥作用，从而加强纤维对混凝土力学性能的提升效果。

BC、CO基组在经抗捡破坏时均出现断裂成两半的现象：而 混杂纤维檬胶混凝土 在经抗控破坏时未直接断裂成两半，只是在混凝土表面出现了一道较明显的、垂直于裂面的贯穿裂缝，且裂缝处碎渣脱落较少，整个加荷过程中试块表现出明显的塑性。

纤维对混凝土性能的影响机理分析经过驹裂抗控试验后，出现了 2种试块横断面 如图3所示。在适当的掺量下，纤维密布均，整个断面孔洞较少，多数为无害孔和少害孔（孔径为20-100nm)，且孔洞之间相距较近。当纤维接收量较高时，混凝土内部出现了成团现象，且周围孔洞的尺寸大小差异较大见

图劈裂执拉试

在理想状态下，掺入的混杂纤维在混凝土体内 呈三维乱向随机分布 。在这种随机分布模式下，纤维能够均匀地分散，进而形成空间网状支撑体系，起到承托混凝土内部骨料的作用。混凝土中掺入束状单丝纤维，可以保证其与水泥石硬化物的 繁密嵌合 从而减少内部孔隙。

对于因水泥水化产生的需度应力和混凝土收缩而形成的裂缝，BF和PIT均能起到抑制作用，从而在一定程度庭上被少混凝土的 初始缺确 ，使混凝土的内部构造得到改善，增强混凝土基体的韧性。

当混凝土因受力而出现裂缝时，纤维可以起到 桥接裂缝 、传递骏荷的作用，使应力不易集中，从而 限制飘缝 的进一步发展；同时，纤维还可以约束混凝土在受压过程中的横向变形，使混凝土的强度得到提高。

在试块受力破坏的加荷过程中，应确保纤维产生明显的受拉变形。当纤维和混凝土基体的黏结强度大于纤维的抗抱强度时， 纤维 大多数最终被控断而失效。当纤维在混凝土基体内达到饱和状态时过多的纤维相互堆积、聚合，最终包裹水泥体而结成团状，即发生 团聚现象 。

此时，纤维在混凝土基体中的 均匀性严重下降 ，网状支撑体系受到破坏，且在混凝土拌和过程中里易混入气泡而使混凝土内缺陷增加，从而影响试块抗变性能。结团处属于混凝土基体的薄弱区，在承受骏荷时应力 相对集中 ，最先发生破坏，从而使整个试块的强度丧失。综上所述，自身强度极低，远不及砂粒的强度。

若用 橡胶替换部分砂 ，必然会在一定程度上削弱混凝土的强度。橡胶颗粒作为一种有机材料，与混凝土中其他无机材料黏结的能力较弱，且又因弹性较大而在受力过程中黏结强度降低，因此最终引起混凝土强度的大幅下降。

结语

本次研究中用橡胶粉换混凝土中部分细骨料，针对替换前后不同体积掺量的玄武岩－聚丙婚混杂纤维混凝土和玄武岩－聚丙烯混杂纤维，穆胶混凝土进行了立方体抗压强度、明裂抗控强度试验分析。

研究发现，接入 橡胶粉末 会大大降低混凝土的力学强度，而接入适量的玄武岩－聚丙烯混杂纤维，能够改善橡胶粉末所带来的不利影响。其中，HBPFRC、HBPFR-RC的抗医强度和够裂抗控强度均随纤维体积携量的增多至先升高后降低的 变化规律 ，且在玄武岩－聚丙烯混杂纤维最佳体积接量下，橡胶混凝土的强度提升效果优于混凝土。

同时，纤维的掺入会使混凝土的破坏特征从脆性转变为塑性，破坏后试块的完整程度较好：橡胶粉末的掺入会使混凝土在受压时形成更多微小裂缝，从而降低混凝土的 完整性 ，对裂抗控强度的破坏形态影响较小。

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