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纤维混凝土是纤维和混凝土组成的复合物，由于混凝土具有抗拉强度低、延性差、脆性大等缺点，而加入纤维能提高其抗拉强度、抗冲击强度、抗弯性和延展性等力学性能，因此受到重视。其中，聚乙烯醇纤维不仅能提高水泥脆性基材抵抗裂缝开展的能力，还明显降低了混凝土的脆性，增加了延展性和韧性，符合未来工程中的材料要求。苏骏等对聚乙烯醇纤维混凝土进行了弯曲韧性性能试验，发现加入聚乙烯醇纤维在一定程度上明显改善了混凝土的弯曲韧性。聚乙烯醇和玄武岩混杂纤维混凝土的性能进行了研究，发现添加这两种混合纤维的混凝土的抗压强度和抗折强度随着纤维体积掺量和长度的增加而增加。聚丙烯纤维由于其质量轻，价格低，以及良好的韧性和阻裂性，受到广泛的关注。将聚丙烯纤维加入到混凝土中进行相关的力学性能试验，通过与素混凝土的对比，发现加入聚丙烯纤维后的混凝土在28 d时的劈拉强度提高45%,抗折强度提高19%,拉压比提高46%，对聚丙烯纤维混凝土进行了耐磨损和抗冲击试验，通过综合的对比分析，发现聚丙烯纤维的掺入使得使混凝土取得显著的增韧和阻裂效应，提高了混凝土的抗冲击破坏能力和耐磨损性能。
本文将聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维掺入到混凝土中，控制纤维的掺量和长度，通过冲击试验研究其对混凝土抗冲击的影响，为混凝土强度的提高和工程实际提供参考。
1试验设计
1.1 原材料选择
(1)水泥：采用徐州市中联有限公司生产的中联牌P32.5复合硅酸盐水泥;
(2)砂：徐州市建筑河砂，细度模数为2.6;
(3)石子：选用碎石，在搅拌混凝土之前先用水将碎石清洗晾干，粒径为5—10mm连续级配;
(4)水：徐州市自来水;
(5)减水剂：采用河北衡水友谊化工产的萘系高浓粉末减水剂，减水率为18—25%;
(6)聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维：采用束状单丝纤维，纤维直径为15-30um,长度为6,9,12mm三种长度;
1.2方案设计
试验设计考虑聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的2种掺量和3种长度作为变量，设计以下表中的几组试验，研究聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的掺量和纤维的长度对混凝土抗冲击能力的影响。各材料用量计算参考混凝土技术规程，采用绝对体积法计算个材料的用量，其配合用量表如下，0为未添加纤维的对照组，其具体的方案设计如下表1所示。
1.3试件制作及养护
根据表1，表2，表3已设计好的配合比方案和各个掺量的百分比及具体用量，称量好各种材料后掺入纤维，掺入纤维时避免纤维结团，使其均匀地分布于水泥、骨料等材料中，加水搅拌完成后进行装模，在装模的过程中，要充分的进行人工振捣，分三次装满，然后放到振动台上震动30～60s，随后在模具表面敷上塑料纸保湿，24小时后拆模。拆模后将试件放到无锡市华南实验仪器设备厂生产的SHBY-40A型标准养护箱里，保持养护箱温度为20±2度，湿度为95%左右进行养护28天后，取出晾干对其进行冲击试验,得到相应的试验结果。
2试验分析
2.1抗冲击试验
采用1000J级JLW-800型落锤冲击试验机进行抗冲击试验，试件的尺寸为71mm*71mm*71mm，如图1所示。落锤采用30cm冲击高度，测试数据通过SKY-Ⅱ型数据处理仪进行转换，利用自带的数据处理软件得到相关参数的A-D图像，再整理分析，得出试件抗冲击破坏的力-时间、位移-时间图像。
2.2试件破坏形态
试验采用的30cm的冲击高度，得到相应的试验结果，选用部分破坏图片进行分析，添加了不同长度、不同掺量聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的试件在落锤的冲击下，表现出的破坏形态和未添加纤维的0组试件有着巨大的区别。
可以看出在30cm的冲击高度的条件下，添加了聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的试块抗冲击能力有了明显的提升。而0试块即素混凝土试块(第一张图片)在冲击作用下试件的结构破坏明显，在锤击头范围为中心的四周混凝土大部分剥落。而其他试块由于所加纤维的延性，有效的缓解了混凝土的破坏。
对于掺量和长度变化的聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的试块，其抗冲击的性能从试验的破坏外观上能看出相应的变化，但是其具体的变化和结论需要试验数据的进一步验证。
2.3 试验数据分析
本文对25组不同配合比的试件进行了冲击实验，对单掺聚乙烯醇纤维混凝土试件、单掺聚丙烯纤维混凝土试件，复掺聚乙烯醇纤维聚丙烯纤维混凝土分别进行了高度为30cm高度下的冲击实验，对实验数据进行了筛选处理和整理分析，分别得到单掺聚乙烯醇纤维混凝土、单掺聚丙烯纤维混凝土和复掺聚乙烯醇纤维聚丙烯纤维混凝土在冲击荷载下实验数据。
当落锤高度为30cm时，聚乙烯醇纤维混凝土和聚丙烯纤维混凝土试件随纤维长度变化的位移-时间图像。
可以看出，随着聚乙烯醇纤维长度的增大，试块发生的位移也在增大，从纤维长度为6mm时的位移约为1.7mm增大到纤维长度为12mm时的约2.05mm，位移增加约21%，即相比于12mm纤维长度时，6mm的纤维长度位移减少了17%，说明对于聚乙烯醇纤维，随着纤维长度的增加，混凝土试件冲击时发生的位移越大，因此适合选用较短纤维，本文中聚乙烯醇纤维宜选用的长度为6mm。
可以看出，随着聚丙烯醇纤维长度的增大，试块发生的位移先减小后变大，从纤维长度为6mm时的位移约为1.8mm减小到纤维长度为9mm时的约1.4mm，位移减少22%，而当纤维长度从9mm增加到12mm时，最大位移由1.4mm增加到约1.55mm，增加了11%，说明对于聚丙烯纤维，随着纤维长度的增加，混凝土试件冲击时发生的位移先减小后变大，因此本文中聚丙烯纤维宜选用的长度为9mm。
保持落锤高度30cm和纤维的长度相同，控制其掺量的变化，得出其相应的时间-拟合力图像。
中可以看出，对于聚乙烯醇和聚丙烯纤维混凝土，当保持纤维长度不变时，通过控制其掺量的变化，发现其在冲击作用下的拟合力也不相同。与素混凝土相比，当掺量为1kg/m3时，聚乙烯醇纤维混凝土所能承受的最大冲击力有所降低，聚丙烯纤维混凝土则几乎没有变化;当纤维掺量为2kg/m3时，两种试件所能承受的最大冲击力均由素混凝土的160000N增大到170000N，增加了6.3%，但从后期的1109,1206,2109,2212试块的实验结果看，并不是纤维掺量越大，混凝土的抗冲击性越好，而是存在一个最佳上限，对于本文而言，聚乙烯醇纤维混凝土和聚丙烯纤维混凝土最佳掺量均为2kg/m3。
保持落锤高度30cm、各组比较试块的纤维的长度和掺量相同，得出聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维混凝土的时间-位移图像和时间-拟合力图像。
可以看出,从它们受冲击后发生的最大位移角度看，0109试块和1009试块纤维掺量和长度相同的情况下，0109试块的时间-位移曲线整体均在1009试块的时间-位移曲线下方(包括最大位移量)，0212试块和2012试块也反映出这种情况，可以得出：聚丙烯纤维混凝土比聚乙烯醇混凝土抗冲击性强，即聚丙烯纤维对混凝土抗冲击性能的提高要比聚乙烯醇纤维作用更加明显。
可以看出，从它们受冲击后产生的最大拟合力角度看，0109试块和1009试块纤维掺量和长度相同的情况下，0109试块的产生的最大拟合力大于1009试块产生的最大拟合力，0212试块和2012试块也反映出这种情况，可以得出：聚丙烯纤维混凝土比聚乙烯醇混凝土抗冲击性强，即聚丙烯纤维对混凝土抗冲击性能的提高要比聚乙烯醇纤维作用更加明显。
综合时间-位移曲线和时间-拟合力曲线最终可以得出：聚丙烯纤维对混凝土抗冲击性能的提高要比聚乙烯醇纤维作用更加明显。
保持落锤高度30cm不变，得出相对于只添加一种纤维，添加两种掺量变化的纤维综合作用后混凝土受冲击后的时间-位移图像和时间-拟合力图像
可以看出，结合它们受冲击后发生的最大位移和产生的最大拟合力角度看，相对于只添加长度为6mm，掺量为1kg/m3聚乙烯醇试块(1006试块)和只添加长度为6mm，掺量为1kg/m3聚丙烯试块(0106试块)，并不是同时加大或单一加大某一纤维掺量就能提高混凝土的抗冲击性，如时间-位移图中可以看出试块2106产生的最大位移较大，时间-拟合力图中可以看出试块2106产生的最大拟合力较小。另外，从1106试块的最大位移是6个试块中最小的以及最大拟合力是6个试块中最大的中可以看出：同时掺加1kg/m3的聚乙烯醇纤维和1kg/m3的聚丙烯纤维时混凝土的抗冲击性能提高的较明显。
3结论
本文利用落锤试验机对混凝土进行冲击试验，通过添加聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维来提升其抗冲击能力，控制聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维的掺量和长度，得到以下的相关结论：
(1)对于聚乙烯醇纤维，随着纤维长度的增加，混凝土试件冲击时发生的位移越大，应选用较短纤维，本文中聚乙烯醇纤维混凝土抗冲击的最佳效果是纤维长度为6mm;对于聚丙烯纤维，随着纤维长度的增加，混凝土试件冲击时发生的位移先减小后变大，在6-12mm之间有最佳值，本文中聚丙烯纤维混凝土抗冲击的最佳效果是纤维的长度为9mm。
(2)本文中，单掺聚乙烯醇纤维混凝土和单掺聚丙烯纤维混凝土最佳掺量均为2kg/m3。但从后期的实验结果看，并不是纤维掺量越大，混凝土的抗冲击性越好，而是存在一个掺量上限。
(3)综合时间-位移曲线和时间-拟合力曲线最终可以得出：聚丙烯纤维对混凝土抗冲击性能的提高要比聚乙烯醇纤维作用更加明显。
(4)并不是同时加大或单一加大某一纤维掺量就能提高混凝土的抗冲击性，另外，从发生最大位移以及产生的最大拟合力角度可以看出：同时掺加1kg/m3的聚乙烯醇纤维和1kg/m3的聚丙烯纤维时混凝土的抗冲击性能提高的最明显。
聚乙烯醇、聚丙烯混合纤维混凝土的抗冲击性能研究 最新评论:
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