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〔提 要〕測試了聚丙烯纖維混凝土的抗沖擊和疲勞特性。通過和普通混凝土對比后得出結(jié)論：較低摻量的聚丙烯纖維能有效提高混凝土的沖擊韌性和抗疲勞性能，改善混凝土的抗動載能力。對產(chǎn)生上述結(jié)果的機(jī)理文中也給予了分析。
〔關(guān)鍵詞〕聚丙烯纖維混凝土 沖擊韌性 疲勞壽命 疲勞損傷
1. 前言
聚丙烯纖維是一種新型的混凝土增強(qiáng)纖維。該纖維的特點(diǎn)是：直徑小(10μm～100μm)、數(shù)量多、易分散，但彈性模量較低(3.5GPa～3.8GPa)。在混凝土中的通常用法是以較低的摻量(纖維體積率Vf一般不大于0.2％)直接投入混凝土拌合物中，依靠拌合物自身的摩擦和揉搓作用使纖維分散。由于聚丙烯纖維具有直徑小、數(shù)量多、纖維間距小等特點(diǎn)，因而能減小混凝土因失水、溫差、自干燥等作用因素引起的原生裂隙尺度，增強(qiáng)混凝土的抗塑裂能力。通常把聚丙烯纖維當(dāng)作混凝土的防裂纖維或"次要增強(qiáng)筋"使用。聚丙烯纖 維的這種功能使其很適用于路面、橋面工程，對提高面板的整體性、改善使用功能有利。
作為路用材料使用，應(yīng)測試聚丙烯纖維對混凝土抗沖擊、抗疲勞等抗動載能力的影響。由于微細(xì)的聚丙烯纖維對混凝土性能的改善是通過減小裂隙尺度、改善混凝土的內(nèi)在品質(zhì)實(shí)現(xiàn)的，該種纖維應(yīng)對混凝土的抗動載能力有提高作用。本文測試了聚丙烯纖維摻入后對混凝土的沖擊韌性、疲勞壽命和疲勞損傷過程的影響，并對作用 機(jī)理進(jìn)行了分析。
2. 聚丙烯纖維混凝土的抗沖擊性能
2.1 試驗(yàn)介紹
(1)按標(biāo)準(zhǔn)方法成型試件，尺寸150×64mm。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天；
(2)沖擊錘重4.5kg，下落高度h＝457mm。傳力球直徑64mm，測試擋板和試件間距5mm；
(3)傳力球和試件同心，并在沖擊錘的中線上。測試時(shí)，沖擊錘自由落下；
該試驗(yàn)方法通過以下幾項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)或比較混凝土的抗沖擊能力：①出現(xiàn)第一條裂縫(初裂)的沖擊次數(shù)n1；②初裂后，試件體積膨脹，當(dāng)試件和4塊擋板中任意3塊接觸時(shí)的沖擊次數(shù)n2。n2被定為試件破壞次數(shù)；③試件初裂和破壞時(shí)沖擊次數(shù)的差值(n2-n1)；④沖擊韌性W和ΔW，即試件破壞過程吸收的全部沖擊能量和初裂后能繼續(xù)吸收的沖擊能量。計(jì)算式如下：
W=n·mgh
其中：h--沖擊錘下落高度(457mm)，
g--重力加速度9.81m/s2。
試驗(yàn)原材料為：19mm長聚丙烯纖維 (fibermesh)，物性指標(biāo)見表1；425#普通硅酸鹽水泥；5～20連續(xù)級配石灰石；Mx=2.8河砂。基準(zhǔn)試驗(yàn)配比見表2。
表1 聚丙烯纖維物性指標(biāo)
| 密度(kg/m3) |
抗拉強(qiáng)度(MPa) |
纖維直徑(μm) |
抗拉彈性模量(GPa) |
| 0.91 |
560～770 |
100 |
3.5 |
表2 抗沖擊(抗折)試驗(yàn)基準(zhǔn)混凝土配比(kg/m3)
| 試驗(yàn)編號 |
纖維 |
水泥 |
水 |
河砂 |
碎石 |
| CCon. |
0 |
435 |
200 |
580 |
1230 |
摻入纖維后不改變基準(zhǔn)配比。不同摻量的試驗(yàn)編號分別為：CFMl纖維摻量0.9kg/m3(體積率0.1％)，CFM2纖維摻量1.8kg/m3(體積率0.2％)。標(biāo)準(zhǔn)抗壓試件和抗沖擊試件同時(shí)制作和養(yǎng)護(hù)至28天測試。
2.2 測試結(jié)果及分析
按ACI 544委員會推薦的方法進(jìn)行測試和評價(jià)，聚丙烯纖維混凝土的抗沖擊性能測試和計(jì)算的結(jié)果見表3。表3示出：
表3 聚丙烯纖維混凝土的抗沖擊試驗(yàn)結(jié)果
| 試驗(yàn)編號 |
抗壓強(qiáng)度(MPa) |
n1 |
n2 |
Δn=n2-n1 |
W(N·m) |
ΔW(N·m) |
| CCon. |
43.8 |
52 |
57 |
5 |
1150 |
101 |
| CFM1 |
44.0 |
293 |
306 |
13 |
6173 |
262 |
| CFM2 |
48.0 |
283 |
302 |
19 |
6092 |
383 |
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