超韧性纤维混凝土配合比实验研究
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【摘要】通过对不同体积掺量的聚丙烯纤维混凝土的研究表明，在本实验参数范围内，粉煤灰掺量为50%，砂胶比为1：1时，纤维的体积掺量在0.9%最好；当无粉煤灰，砂胶比为2.5时，纤维体积掺量为0.7时最好。
目前，关于纤维在混凝土中的作用，工程界与学术界均有不同观点：有的认为，纤维的加入仅起到抗裂的作用，对力学性能指标没有作用，甚至会降低强度指标。有的认为，适度的纤维掺量可以提高抗压与抗折以及其他性能。本文的实验方案是，大部分纤维被拉断，部分纤维被拔出。通过RPC（钢纤维混凝土）及ECC（工程水泥基复合材料）的研究经验来看，若能保证纤维的分散性，则纤维的掺量越高，纤维混凝土的综合性能越好。如目前指标最高的RPC抗压强度可达250MPa，抗折强度达45MPa，均为加入4%的PVA或2%以上的RPC专用钢纤维。为此，本本基于上述流动度较好的水泥基体研究基础上，在目前使用的纤维分散性条件允许的条件下，尽量增加纤维的体积掺量来实现材料综合性能的提升。通过试验确定纤维的体积掺量在0.1%- 1.5%之间时，可基本保证纤维的良好分散性。具体试验结果如下。
1.配合比试验
由于粉煤灰的掺量比较大，为了不影响早期强度，本次试验采用了二元复配的早强剂，主要成分为硫酸钠、硝酸钠。
在整个配置过程中，所有试件均表现出良好的保水性、粘聚性。
通过分析发现，由于优化组分的加入，各个配合比的性能均有很大提升。试验过程中发现，表1序号1（水泥：粉煤灰：砂：优化组分：水=1：1：2：0.1：0.6），性能指标，尤其抗折指标已经不低于没有粉煤灰配合比，且与40%，30%粉煤灰掺量的配合比相比，强度指标接近，且流态更好。为此，优先选用表1序号1配合比。考虑到实际施工地区可能没有合格的粉煤灰的客观条件，选取表没有粉煤灰的配合比进行纤维混凝土的相关研究。但由于序号1、2的配合比的成本高，即使开发成功，也没有应用的价值。为此，仅研究3，4的配合比，考虑到序号3，4配合比的粘结力明显低于有粉煤灰的配合比，且砂率较大，为此，要求施工中必须对新老界面层进行严格的清理与润湿处理，并在优化组分中增加胶凝材料的0.05%纤维素醚，以增强界面的粘结力，且在终凝前，应进行充分的打磨与压实，以避免出现空鼓等现象。
通过试配发现，砂胶比为2.5时，通过增加纤维素增强粘聚力，仍可通过延长搅拌时间的方法，使纤维分散。当砂胶比增大到3以后，即使增加粘聚力，部分纤维仍然难以分散。
2.实验结果分析
2.1破坏现象
（1）抗压破坏
在所有试件抗压试验时，各个配合比的破坏现象基本相似。与素砂浆的脆性断裂不同，大掺量纤维混凝土表现出良好的延性特征。当混凝土达到抗压强度后，纤维混凝土试块并没有发生脆性破坏，而是呈现良好的延性破坏特性，抗压应变达到2%时，其破坏呈现图1（a）的形式，可见，试块仍保持着良好的整体性。
（2）抗折破坏
砂胶比为1的破坏现象
当抗折试件达到抗折极限承载力后，电动抗折仪出现了突然的波动，此时，若停止加载，则整个抗折试件仅有一条微米级的裂纹，并没有发生断裂（此时我们把该状态定义为极限抗折强度）。停止加载，则抗折仪保持在当前状态。继续加载则抗折强度继续增长，通常仍能增长1-2Mpa以后，试件变形速度加快，最终断开。原因是，当裂缝出现后，更多的纤维被拉紧，纤维受力更大，更多的纤维作用开始发挥，抵抗了由于混凝土退出工作而引起的裂纹进一步开展。可见，纤维混凝土表现出良好的延性破坏特征。考虑到工程实际，仍然把出现第一条微裂缝作为抗折强度指标。
砂胶比为2、2.5的破坏现象
抗折试件达到强度极限承载力后，电动抗折仪出现了波动，波动后不久很快出现急速下降，主裂缝开展很快，而砂胶比达到2.5以后，出现断裂现象更加明显，且纤维拉断为主，分析原因可能是因为纤维与砂表面接触较多，砂的尖角导致纤维断裂。另外通过滚筒搅拌试验发现，当砂胶比为1时，实验室搅拌效果与工程现场搅拌效果基本相同，纤维分散性很好，可保证工程质量。而砂胶比在2以上后纤维偶有出现结团不分散现象。
3.结论
（1）砂胶比为2.5时，通过增加纤维素增强粘聚力，仍可通过延长搅拌时间的方法，使纤维分散。
（2）纤维体积掺量对7d的影响比28天的影响大一些，原因在于，28天后水泥基体水化更加充分，水泥基体的弹性模量变大，相同变形条件下，水泥基体所承担的比重增加，相应纤维所承担的荷载部分相应下降，但总体纤维承担的荷载仍在增长。
（3）保证纤维的分散性，则随着纤维体积掺量的增加，砂浆试块的抗压、抗折强度均有所增长。
参考文献
[1] 龚意、沈荣熹、李海清，杜拉纤维在土建工程中的应用.机械工业出版社，2002.10
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[3] 程庆国主编，全国第七届纤维水泥与纤维混凝土学术会议论文集.中国铁道出版社，1998.
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