聚丙烯纤维水泥混凝土试验性能探析

李嘉卿

（广东省公路工程质量监测中心， 广东 广州 510000）

1 试验内容与设计方案

1.1 试验内容

本试验内容是研究掺入不同量的聚丙烯纤维后，混凝土所具备的抗折、抗压和抗冲击能力情况，通过标准混凝土试块在力学试验机得到数据，探讨聚丙烯纤维水泥的力学性能变化规律。

1.2 设计方案

（1）制备四组分别掺入 0.5kg/m3、0.7kg/m3、0.9kg/m3的聚丙烯纤维材料的混凝土和无掺入聚丙烯纤维材料的混凝土。

（2）按标准试件浇筑试块，每组试件在养护室按规范标准分别养护3d、7d、28d和60d。

（3）养护到期后将试块放入力学试验机进行各项性能检测试验，混凝土性能测试按《普通混凝土力学性能试验方法标准》[1]进行。

2 原材料的选用

在原材料中，选择达到相关规定标准的水泥、中砂、碎石、聚丙烯纤维、减水剂和水[2]。选用42.5R级普通水泥；选用两级配碎石，其中2.36mm - 9.5mm的物料占粗骨料总量的30%，9.5mm - 19mm的物料占粗骨料总量的70%；选用美国产杜拉聚丙烯纤维；选用“三圣”牌萘系高效减水剂；选用市政自来水。

3 试验研究方法

3.1 抗折强度检测试验

混凝土抗折性能试验中，试验机加载速度保持在0.05 - 0.08MPa/s，持续到试件发生断裂为止，记录最大荷载[3]。混凝土试件的抗折强度（fc）主要与试件截面的宽度（b）、高度（h）、支座间的距离（L）以及其试件破坏时所承受的荷载大小（F）存有变量关系，具体计算公式为：

若三个试件中，存在一个断裂面未位于两个荷载作用线之间，而处于作用线外侧，那么应当将此取值舍去，使用另外两个试件所获得的结果计算其平均值作为最终的结果。检验的方法是若数值之间的差值数小于其较小值的 15%，就可以将这两个计算的试验数值最为最终数据，算其平均值作为混凝土的抗折强度，否则需要才重新开展试验。

3.2 抗压强度检测试验

混凝土抗压性能试验中，试验机加载速度保持在0.5 - 0.8MPa/s，当试件快要破坏时，变形速度增快，停止调整试验机油门，直到试件破坏，记录最大荷载[4]。混凝土试件的抗压强度（fcu）计算主要与其承压尺寸的大小（A）和试件破坏时负荷的大小（F）以及进行计算，具体计算需要按如下公式：

3.3 抗冲击性检测试验

混凝土抗冲击性能试验中，使8kg的钢球，从高度为25cm的地方做自由落体动作，向下砸中试件，当试件裂缝大于3mm时，记录下此时一共冲击的次数，每一组试验都需要舍掉最大和最小值，最后结果为剩余3个数据的均值[5]。

4 试验数据

4.1 抗折强度检测结果

本试验的物料配比情况为395kg水泥、190kg水、720kg砂、1145kg集料和165.8g减水剂，在此基础上分别掺入0、0.5kg、0.7kg、0.9kg聚丙烯纤维材料。加入不同量的聚丙烯纤维，且在标养室标准养护 28d后的混凝土所具备的抗折强度检测结果为：没有掺加聚丙烯纤维混凝土抗折强度为5.6MPa，掺入0.5kg/m3、0.7kg/m3、0.9kg/m3纤维的混凝土抗折强度分别为5.7MPa、5.7MPa和5.8MPa。

4.2 抗压强度检测结果

加入不同量的聚丙烯纤维，在标养室养护3d，7d，28d以及60d后的混凝土所具备的抗压强度检测结果为：不掺入聚丙烯纤维的混凝土在养护室3天、7天、28天、60天后其抗压强度分别为21.7MPa、30.1MPa、41.7MPa和51.7MPa。掺入0.5kg/m3纤维的混凝土在养护室3天、7天、28天、60天后其抗压强度分别为22.3 MPa、31.4 MPa、42.5 MPa、52.5 MPa。掺入0.7kg/m3纤维的混凝土在养护室3天、7天、28天、60天后其抗压强度分别为23.6 MPa、32.5MPa、44.5MPa和55.3MPa。掺入0.9kg/m3纤维的混凝土在养护室3天、7天、28天、60天后其抗压强度分别为 23.1MPa、31.7MPa、43.1MPa和 54.5MPa。

4.3 抗冲击能力检测结果

加入不同量的聚丙烯纤维的混凝土抗冲击强度测试结果为：不掺入聚丙烯纤维的混凝土初次裂开的冲击次数为45次，破坏冲击次数为54次。掺入0.5kg/m3纤维的混凝土初次裂开的冲击次数为90次，破坏冲击次数为99次。掺入0.7kg/m3纤维的混凝土初次裂开的冲击次数为112次，破坏冲击次数为122次。掺入0.9kg/m3纤维的混凝土初次裂开的冲击次数为114次，破坏冲击次数为125次。

5 结论

通过上述试验数据，可以得到聚丙烯纤维混凝土各项性能的一些变化规律，能够在一定程度上帮助施工单位配比出高效聚丙烯纤维混凝土。研究表明：

（1）在抗折强度方面，当聚丙烯纤维的掺入量在0.7kg/m3时，其抗折强度最大，相较于对照组高了7.1%。聚丙烯纤维的掺入量在0.9kg/m3时，则没有明显提升。可见抗折强度的提升应当是随着纤维逐渐均匀而逐渐提升，并不是单纯因为纤维数量的增加，因此在实际施工中要注意最佳纤维掺入量的确定。

（2）在抗压强度方面，当其聚丙烯纤维的掺入量在0.7kg/m3时，其四种养护天数的混凝土抗压强度性能均达到最优。当聚丙烯纤维掺入量为0.7kg/m3时，养护3天的较对照组的混凝土强度要高8.8%，养护7天的较对照组的混凝土强度要高7.8%，养护28天的较对照组的混凝土强度要高7.1%，养护60天的较对照组的混凝土强度要高6.8%。聚丙烯纤维混凝土抗压强度与养护时长无明显变量关系。

（3）在抗冲击能力方面，随着聚丙烯纤维掺入的数量增多，其具备的抗冲击能力也更加优越，就抗冲击试验中的对照组（不掺入聚丙烯纤维）与其他组相比较而言，掺入一定量的聚丙烯纤维能够大幅度增强混凝土的抗冲击能力。

[1]普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T 50081-2002

[2]龚益,沈荣熹,李清海.杜拉纤维在土建工程中的应用[M].北京:机械工业出版社,2002.

[3]程庆国.全国第七届纤维水泥与纤维混凝土学术会议论文集[M].北京:中国铁道出版社,1998.

[4]张松.聚丙稀纤维混凝土力学性能的试验研究[J].价值工程,2011,30(06):168.

[5]魏祥标.聚丙烯纤维水泥混凝土试验性能研究[J].山西建筑,2016,42(33):113-114.