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鋼——聚丙烯腈纖維混凝土低溫性能研究

文檔作者：吳文偉董雪花姜曼驍楊菲菲文檔來源：南京理工大學土木工程系		更新日期： 2026年04月04日	點擊數(shù)：
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6 低溫建筑技術 2011年第9期(總第159期)
鋼一聚丙烯腈纖維混凝土低溫性能研究
吳文偉， 董雪花， 姜曼驍， 楊菲菲
(南京理工大學土木工程系。 南京210094)
【摘要】 采用試驗的方法，研究了低溫環(huán)境下素混凝土、聚丙烯腈纖維混凝土和鋼纖維一聚丙烯腈纖維混
凝土的抗壓、抗彎以及斷裂能量等力學性能，還研究了不同摻量的鋼纖維一聚丙烯腈纖維混凝土的力學性能，找
出了比較優(yōu)化的纖維摻量。為工程材料的使用提供了一些有價值的參考。
【關鍵詞】 鋼纖維；聚丙烯腈纖維；低溫；力學性能；試驗研究
【中圖分類號】TU528．572 【文獻標識碼】B 【文章編號l 1001—6864(2011)09—0006—02
為了降低}昆凝土材料在路用時的脆性，提高混凝土的
韌性，可以采用在普通混凝土材料中摻入短纖維制成復合
材料的方法。一般而言，低彈性模量纖維增強效果較差，但
增韌效果較好；高彈性模量纖維的增強、增韌效果較好” 】。
目前關于這兩種纖維在混凝土中混合使用的報道還不是很
多，所以開展這方面的試驗研究顯得十分有意義 J。
本文通過一系列的力學性能對比試驗，研究了素混凝
土、聚丙烯腈纖維混凝土和鋼纖維一聚丙烯腈纖維混凝土
在低溫下的力學性能及不同含量的鋼纖維一聚丙烯腈纖維
的混合應用對混凝土的抗壓、抗彎力學性能的影響。
1 試驗的具體內容
1．1 試驗方案
方案一：進行素混凝土，聚丙烯腈纖維混凝土，鋼纖
維一聚丙烯腈纖維混凝土的力學性能的對比試驗，其中聚
丙烯腈混凝土中的纖維含量為1．0％ ，鋼纖維一聚丙烯腈纖
維混凝土中的鋼纖維和聚丙烯腈纖維摻量均為1．0％ 。試
件是在O~C下經過14d養(yǎng)護后測試的。
方案二：進行不同摻量的鋼纖維一聚丙烯腈纖維混凝
土的力學性能的對比試驗，其中二種纖維選取摻量均為
0．5％ 、1．0％ 、1．5％ 、2．0％這四種情況。從中得出比較優(yōu)化
的纖維摻量。試件是在O℃下經過14d養(yǎng)護后測試的。
1．2 原材料
(1) 水泥：P·0 32．5海螺牌普通硅酸鹽水泥。
(2) 鋼纖維：武漢東洲鋼纖維有限公司生產的剪切型
鋼纖維，其主要參數(shù)詳見表1；聚丙烯腈纖維：南京市潤方建
筑技術工程公司生產的纖維，其主要參數(shù)詳見表2。
(3) 采用南京黃河建材制造中心生產的BC一2早強
防凍劑，摻量為水泥用量的3％ ；粗集料粒徑為5—20ram的
碎石，連續(xù)級配，表觀密度為2700kg／m ，堆積密度為
1410kg／m ；細集料細度模數(shù)為2．6的中砂，級配良好；外加
劑為無引氣功能萘系高效減水劑，減水率為15％ ～20％。
1．3 試驗方法
為了對各種纖維混凝土進行力學性能對比，上述各項
試驗分別對素混凝、聚丙烯腈纖維混凝土和鋼纖維～ 聚丙
烯腈纖維混凝土進行?？箟涸嚰捎?0．9ram X 70．9mm X
70．9ram的立方體試件 ，采取均勻加壓的方式。抗彎拉試
件采用40ram x 40mm X 160mm的梁式試件，采取三點彎的
加載方式，兩支點的距離為140ram。試樣按標號C30強度
混凝土配制，試驗的配合比如下，水泥：石子：砂子：水為
203：495：536：1 140。試件的制作及養(yǎng)護過程嚴格參照CECS
13：89《鋼纖維混凝土試驗方法》 。
表l 鋼纖維主要參數(shù)
2 力學試驗結果與分析
2．1 方案一結果分析
以下試驗的纖維的含量均為1．O％ ，在0~C環(huán)境下進行
14d養(yǎng)護，然后進行抗壓和抗彎力學試驗力學試驗。結果見
表3。就各種混凝土抗壓情況而言，從表3中結果可見：隨
著纖維的加入，彈性模量變化不大，纖維在一定程度上提高
了混凝土的抗壓強度。聚丙烯腈纖維混凝土比索混凝土強
度提高了11．9％ ，鋼纖維一聚丙烯腈纖維混凝土強度比素
混凝土提高了18．0％ 。隨著纖維種類由1存到3#的變化，最
大壓縮力在逐漸遞增。從破壞形態(tài)來看：素混凝土在破壞
時，試件裂縫數(shù)量少而裂縫很寬，一旦出現(xiàn)開裂就迅速斷為
許多碎塊，表現(xiàn)為典型的脆斷。而聚丙烯腈纖維混凝土和
鋼纖維一聚丙烯腈纖維混凝土抗壓試件裂縫細密，開裂后
裂縫有一個開展過程，壓壞后大部分還是凝聚成一個整體，
表現(xiàn)出較好的延性。
在抗彎試驗中，2#與3#N種纖維混凝土的優(yōu)點表現(xiàn)更
為突出。從表3可以看出：隨著混凝土種類由1#到3{}的變
化，彎曲彈性模量和最大彎曲力都在逐漸遞增。與素混凝
土相比，聚丙烯睛纖維}昆凝土抗彎強度提高了27．2％ ，鋼纖
維一聚丙烯腈纖維混凝土提高了44．7％ 。在彎曲斷裂能量
吳文仆等：鋼一聚丙烯腑纖維混凝土低溫性能研究 7
方面，纖維混凝土與素混凝土相比，提高的幅度非常明顯。
從破壞過程來看，素混凝土一旦開裂就迅速脆斷，而兩種纖
維混凝土的破壞具有明顯的延性，其中鋼纖維一聚丙烯腈
纖維混凝土的變形能力最大。
表3 各類纖維混凝土力學性能結果
類
注：1#為素混凝土；2功聚丙烯腈纖維混凝土；3勸鋼一聚丙烯腈纖維混凝士
2．2 方案二結果分析
通過方案一的分析可發(fā)現(xiàn)，鋼纖維一聚丙烯腈纖維混
凝土的力學性能比較優(yōu)越。為進～步研究不同纖維摻量對
其力學性能的影響狀況，設計了四種不同纖維摻量混凝土
的力學性能試驗，進行對比和研究，從中得出較合適的摻量
以便工程應用。在此，設計了鋼纖維和聚丙烯腈纖維體積
率分別均為0．5％ 、1．O％ 、1．5％ 、2．O％的四種摻量，試驗的
配合比同上，也是在0℃進行14d養(yǎng)護后進行抗壓和抗彎力
學試驗，結果如表4所示。
從表4及圖1可以發(fā)現(xiàn)，在纖維摻量從0％ 到1．5％ 的
增加過程中，混凝土的抗壓強度、最大壓縮力均隨著纖維體
積率的增大而有一定的提高，但是提高幅度不大，纖維對基
體混凝土的增強作用并不十分顯著。其中含量為1．5％ 的
鋼纖維一聚丙烯腈纖維混凝土抗壓強度最大。
表4 不同體積率的鋼纖維一聚丙烯腈
纖維混凝土力學性能結果
纖維摻率 抗壓強度抗壓彈性最大壓縮抗彎強度彎曲彈性最大彎曲彎曲斷裂
／％ ／MPa 模量／MPa ；b／kN ／MPs 模量／MP丑力／kN 能量／J
從表4及圖2可以發(fā)現(xiàn)，纖維的摻量對抗彎強度和抗彎
延性的影響比較明顯，在纖維摻量從O％ 到1．5％ 的增加過
程中，纖維含量較高的混凝土的曲線的峰值更高，在峰值處
曲線比較平滑。下降段則更加平緩，可見在彎曲斷裂中消
耗的能量比較多。在纖維摻量從O％ 到1．5％ 的增加過程
中，混凝土的抗彎強度、彎曲彈性模量、最大彎曲力和彎曲
斷裂能量都在逐漸遞增，當1．5％纖維含量時，混凝土的抗
彎性能最好，在1．5％ 纖維摻量之后，曲線的峰值又出現(xiàn)一
定程度的下降，混凝土的延性也有所降低。
3 結語
(1) 鋼纖維一聚丙烯腈纖維混凝土內部空隙較少，其
Z
0 4．25 12．5 18．75 23
位移／ram
圖1 各種摻量的鋼纖維一聚丙烯腈纖維混凝土抗壓曲線
3
2·75
Z
妄I．5
0．75
0
一 ? 一萎2-0 ．5％纖維摻量
O 1．5 3 4．5 6
位移／ram
圖2 各種摻量的鋼纖維一聚丙烯腈纖維混凝土抗彎曲線
在破壞時塑性裂縫數(shù)量較少、寬度明顯較小。其對混凝土
的增強作用得到了優(yōu)勢疊加，材料性能得到了優(yōu)勢互補。
(2) 通過方案一的試驗，得出低溫情況下鋼纖維一聚
丙烯腈纖維混凝土與素混凝土及聚丙烯腈纖維混凝土相
比，其抗壓延性、抗彎拉強度和彎曲韌性均有明顯提高。
(3) 通過方案二的試驗得出在1．5％ 的纖維摻量下，
鋼纖維一聚丙烯腈纖維混凝土的各項力學性能比較優(yōu)越，
在道路、橋梁、隧道工程等工程中有比較好的應用前景。
參考文獻
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[5] CECS l 3：89，鋼纖維混凝土實驗方法[s]．
[收稿日期] 2011一O5—10
[作者簡介] 吳文偉(1987一)，男，江蘇揚州人，碩：t：研究生，
研究方向：結構工程、混凝土材料。
O 5 5 5 0
9 4

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