劉開平   韓定海  鐘佳墻   王尉和

（1－長安大學材料科學與工程學院，西安市長安路小寨，710064）

（2－陜西省交通建設集團公司，西安市高新區唐延路6號，710075）

（3－陜西盛泰混凝土工程有限責任公司，西安市長安區韋曲街辦西北村710100）

Effects of Fibrous Brucite /Polypropylene Hubrid Fibers to the  Properties of the Concrete

LIU Kaiping1, HAN Dinghai2, ZHONG Jiaqiang3, Wang Weihe1

(1.Chang'an University, Xi'an, Shaan Xi 710064)

（2.Shaan Xi Provincial Communication Construction Group, Xi'an ,Shaan Xi 710075）

(3.Shaan Xi Shengtai Concrete Engineering Co. Ltd, Xi'an ,Shaan Xi 710061）

    Abstract: Effects of mixed fibers of Fibrous brucite(FB) and polypropylene (PP) to the slump, compressive strength, flexural strength and splitting tensile strength of the concrete were investigated. Results show that FB/PP mixed fibers are better than the single FB fibers or PP fibers in the concrete reinforcement, especially in the improvement of the flexural and splitting tensile strengths of the concrete. With the dosage increase of PP fibers at the conditions of total fiber quantity 0.5 % in volume of the concrete, the slump and the compressive strength of the concrete decreases, the splitting tensile strength rises, and the flexural strength of concrete goes up at first, than goes down. The best flexural strength of the concrete appears at about the FB:PP ratio of 0.2% versus 0.3%.　With the decrease of Water to cement ratio, the reinforcement effect of the FB/PP mixed fibers to the flexural strength of the concrete is weakened and that to the splitting tensile strength is strengthened. 

    Key words: fibrous brucite; polypropylene fibers; mixed fibers; reinforcement; concrete

                                                  

    水泥混凝土是一種非均質、多缺陷、難塑變的準脆性材料。在混凝土成分中引入增強纖維制成纖維混凝土是改善混凝土韌性、提高混凝土彎拉強度的有效措施之一。目前在混凝土工程中用到多種增強纖維，但是，以水鎂石纖維（FB）和聚丙烯纖維（PP）的混雜纖維作為混凝土的增強材料，目前尚未看到報導。本文以FB／PP混雜纖維作為混凝土的增強材料，研究了混雜纖維對混凝土坍落度、抗壓、彎拉及劈裂抗拉強度的影響。

 

    水泥：陜西秦嶺水泥廠產32.5^＃普通硅酸鹽水泥。

    減水劑：西安航天集團公司生產UNF－MA萘系高效減水劑。

    細集料：洗凈涼干河砂，細度模數3.0。

    粗集料：碎石，粒徑5-31.5mm，連續級配，表觀密度2.68g/cm³，堆積密度1.51g/cm³。

    聚丙烯纖維：西安博賽特纖維網混凝土有限公司提供，白色集束形纖維，比重0.91，抗拉強度560—770MPa，彈性模量0.35×10⁴ MPa，長度12mm—19mm，直徑約100μm。

    水鎂石纖維：陜西水鎂石礦產，密度^[5]為2.44-2.48g/cm³，抗拉強度900—950MPa，彈性模量1.5—2×10⁴ MPa。纖維長度范圍為0.2-5.0mm，直徑范圍0.002-0.016mm.。平均長徑比約為75。

    水：自來水

 

    NYL-2000D型壓力試驗機，60升強制式混凝土攪拌機，10升砂漿攪拌機， 1m² 3KW混凝土振動臺，均為無錫市東方建材設備廠產。

    150×150×150 mm³抗壓及劈裂試模，150×150×550 mm³抗彎試模若干套。

    標準篩，坍落度筒，搗棒，小鏟，木尺，鋼尺，磅秤，量筒，臺秤等。 

 

    實驗按纖維類型、纖維摻量和水灰比3因子設計了正交實驗。取砂率為0.35，每組配比作了3個樣，測試結果取均值。然后對正交試驗結果進行直觀分析，以直觀分析結果作為研究各因素影響變化規律的分析依據。

 

    按量稱取水泥、砂、石、水、纖維和減水劑，放入強制式混凝土攪拌機攪拌2分鐘，得到新拌混凝土。按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程（JTG式E30－2005）》的方法測定新拌混凝土的坍落度及硬化混凝土不同齡期的抗壓強度、劈裂抗拉強度和彎拉強度。

 

    表1是減水劑用量為水泥量的0.8%、不同水灰比（W／C）時混凝土中添加不同纖維后的坍落度及強度情況。

表1  不同纖維增強混凝土試驗結果

Table 1  Test results of concrete reinforced with different fibers

NO	W/C	纖維占混凝土體積fiber vol.	坍落度slumps，mm	7d抗壓 compressive strength，MPa	7d彎拉 Flexural strength，MPa	28d抗壓 compressive strength，MPa	28d彎拉flexural strength，MPa	28d劈裂 splitting tensile strength，MPa
1	0.39	0	125	44	4.46	47.8	4.78	4.16
2	0.39	0.5%FB	8	42.1	3.77	49.51	4.98	4.32
3	0.39	0.3%FB＋0.2% PP	6	39.2	3.94	48.3	6.12	5.05
4	0.31	0	140	45.8	4.57	50.6	5.26	3.81
5	0.31	0.5%FB	2	48.1	4.59	53.76	5.5	4.76
6	0.31	0.3%FB＋0.2PP	6	46.8	5.16	53.31	6.07	5.49

 

    從表1可知，與未加纖維的素混凝土樣相比，添加纖維后，混凝土的坍落度都有較大損失。不論是添加較短的FB纖維（2^＃及5^＃）還是FB／PP混雜纖維（3^＃及6^＃），混凝土的流動性都大幅度下降。

 

    另外，與素混凝土樣相比，添加纖維后混凝土28d的抗壓、彎拉及劈裂抗拉強度一般均有提高。

 

    在單一FB纖維增強的情況下，在水灰比為0.39時（2^#），纖維混凝土比素混凝土樣（1^#）28 d抗壓、彎拉及劈裂抗拉強度分別提高3.6%、4.2%和3.8%；而在水灰比為0.31時（5^#）、纖維混凝土比素混凝土樣（4^#）28d抗壓、彎拉及劈裂抗拉強度分別提高6.2%、4.6%和24.9%。說明單一FB纖維增強混凝土時在低水灰比情況下的增強效果要優于高水灰比時。

 

    混雜纖維混凝土的彎拉強度及劈裂抗拉強度提高顯著。在混雜纖維用量為0.3%FB＋0.2%PP、水灰比為0.39（3^＃）時，較素混凝土樣（1^＃）28d彎拉及劈裂抗拉強度分別提高28%和21.4%。在水灰比為0.31（6^＃）時，較素混凝土樣（4^＃）28d彎拉及劈裂抗拉強度分別提高15.4%和44.1%。

 

    隨混凝土水灰比的減少，纖維混凝土的強度一般上升。FB／PP混雜纖維增強混凝土隨水灰比的減少28d彎拉強度增加幅度降低，但28d劈裂抗拉強度增加幅度卻大幅度上升。

 

    從表1還可以看出，與單一的FB纖維相比，在混凝土中添加FB纖維的情況下再添加PP纖維對混凝土彎拉強度及劈裂強度的增強作用較大。

 

    因為FB纖維價格低廉，且能明顯改善水泥基復合材料力學性能^[4]，因此0.5%的纖維摻量具有可行性。在此基礎上調整FB與PP的纖維比例，以最大限度地提高混凝土的性能。

    為了探索FB與PP纖維的合理比例搭配，在纖維總體積用量為0.5%，W/C=0.46，減水劑用量為水泥量的0.8%的情況下進行了試驗。試驗結果見圖1,，圖2和圖3。圖中橫坐標表示PP/FB纖維的體積用量比例。

 

    圖1是PP/FB纖維不同配比時對混凝土坍落度的影響。從圖1可以看出，隨PP纖維用量增加，混凝土坍落度急劇下降。說明PP纖維對混凝土的流動性有較大影響。