不同尺寸混杂纤维混凝土的轴心抗拉强度研究综述

不同尺寸混杂纤维混凝土的轴心抗拉强度研究综述

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1.华北理工大学以升创新教育基地河北省唐山市063210;2.华北理工大学建筑工程学院河北省唐山市063210

摘要:本文结合目前混杂纤维自密实混凝土轴拉性能研究现状，综述了不同尺寸、不同掺量纤维对自密实混凝土轴心抗拉强度的影响，为该方向的研究提供参考。

关键词:纤维自密实混凝土，轴心抗拉强度，混杂纤维，混杂效应

0引言

自密实混凝土和普通混凝土一样，属于脆性、易开裂、抗拉强度低、弯拉强度低的复合材料，并且由于它特殊的应用条件和工作环境，要求其具有更高的抗拉、阻裂性能。抗拉强度是混杂纤维自密实混凝土最基本的力学性能，与其外观质量及耐久性均息息相关，抗拉性能还对后续研究混杂纤维自密实混凝土的抗裂性能、破坏机理以及混杂纤维自密实混凝土的结构构件提供计算依据。提高自密实混凝土的抗拉强度，限制裂缝的产生和扩展，对于它的应用和建筑行业发展有着重要意义。纤维具有一定的改性作用，能够让混凝土获得更高的强度和更好的韧性，纤维改性成为了高强自密实混凝土的一大发展趋势。

混杂纤维混凝土是将两种或两种以上纤维增强材料复合掺入混凝土中，使其既能发挥各自纤维优点，又能体现纤维之间协同工作效应的新型复合材料[1]。混杂纤维可将其分为三种[2]：不同性质、几何特性两种纤维混杂；相同品种，不同几何特性两种纤维混杂；两种以上纤维混杂。而Banthia[3]等人认为可按纤维本构关系、纤维尺寸及纤维功能，这三种方式进行纤维混杂。混杂纤维掺入混凝土中对其某项性能的提高或降低，在复合材料力学中认为：混杂纤维比单一纤维更有益或相对于原有性能更好，则称为“正混杂效应”；反之为“负混杂效应”[4]。混杂纤维混凝土最早研究始于20世纪70年代，1975年，由Walton等[5]最先开始混杂纤维增强水泥基复合材料试验，并表明有机纤维与无机纤维协调工作提高了基体抗拉及抗冲击性能。

研究表明，混杂纤维能发挥不同的性能优势，使得混凝土在多层次多性能上得到改善，目前，过得对混凝土混杂纤维的研究主要分为钢性纤维和柔性纤维两种，其中，钢纤维包括钢纤维、碳纤维、玄武岩纤维等。柔性纤维包括聚丙烯纤维、高分子聚合物纤维、尼龙纤维等。目前国内对不同尺寸的刚柔性混杂纤维对自密实混凝土抗拉强度的作用研究甚少。目前，混杂纤维自密实混凝土因其优异的力学性能及合理的经济效果，具有工程应用的广阔前景。

1国内外研究现状

国内有关方面对其持续关注，有代表性的研究主要集中在：韩嵘[6]通过普通钢纤维混凝土的劈拉和轴拉试验发现随着纤维掺量、长径比的增大，抗拉强度均呈现线性增大规律。但由于不同种类的纤维材料性能存在差异，不同的纤维在基体中发挥着不同的作用，对基体混凝土材料性能地改善，效果也不尽相同，混杂使用的效果更佳。徐礼华[7]在试验中证实钢纤维掺量的增加能大幅提高峰值强度和应变，聚丙烯纤维掺量的增加有益于混凝土初裂强度的提高，两者混杂使用使基体混凝土抗拉强度和变形能力均有显著提高。杨萌、黄承逵[8]等进行了钢纤维高强混凝土轴拉性能试验研究，加入钢纤维可以改善高强混凝土的抗拉强度特性，并且随着钢纤维掺量的增加，这种改善作用比对普通强度混凝土的改善作用明显。王晓飞[9]等进行了聚丙烯粗纤维混凝土的轴拉和弯拉试验，聚丙烯粗纤维能有效的提高混凝土的抗拉强度和峰值应变。梁宁慧[10]等进行了粗细两种尺度聚丙烯纤维及其混杂对混凝土单轴拉伸性能影响的试验，单掺及混掺粗细聚丙烯纤维都能有效的提高混凝土的抗拉强度。Witjaksana,B.[11]进行了钢纤维高强混凝土轴心抗拉强度试验研究，加入钢纤维可以改善高强混凝土的抗拉强度特性，混杂5%钢纤维的高强混凝土14天抗拉强度达到54.38kgf/cm2。

2试验方法

通常研究人员可以采用劈裂试验、弯拉试验或轴心抗拉试验三种方式测定混凝土的抗拉强度。由于劈裂抗拉实验简单易于操作，而轴心抗拉实验的难度则比较大，所以在工程中常采用劈裂法来测定混凝土的抗拉强度。但只有轴心抗拉强度才能真正的体现出混凝土的抗拉强度，不能单纯的只研究劈裂抗拉强度。目前，国内外研究者提出了多种轴心抗拉试验的方法，但这些的缺点在于：1)试验时很难准确的找到试件的重心；2)夹具应力集中，易导致试件在夹具附近或变截面处破坏，导致混凝土直接抗拉试验的成功率不高。

3结语

对于纤维混凝土的力学性能研究较多，但大多集中在普通混凝土方面，对自密实混凝土的研究很少，缺乏足够的数据结论推进自密实纤维混凝土的应用，且对自密实纤维混凝土抗拉强度的研究多集中于单一纤维的影响，对不同尺寸、不同纤维的混杂效应研究较少，缺乏足够的试验数据验证纤维对自密实混凝土的影响，且混凝土的抗拉性能作为不可忽视的因素，对自密实混凝土的应用制约较大，应用纤维掺杂效应提高自密实混凝土的强度，对自密实混凝土的应用有着重大意义。

参考文献:

[1]李习波.混杂纤维高强混凝土动态损伤本构关系[D].广州：广州大学，2015.

[2]史小兴.建筑工程纤维应用技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[3]BATHIAN，GUPTAR.Hybridfiberreinforcedconcrete（HyFRC）：fibersynergyinhighstrengthmatrices[J].MaterialsandStructures，2004，37（274）：707-716HanRong,ZhaoShuBao,QuFuLai.Experimentalstudyonthetensileperformanceofsteelfiberreinforcedconcrete[M]．ChinaCivilEngineeringJournal,2006(11):21-25.

[4]朱安标.钢-聚丙烯混杂纤维高强混凝土耐久性试验研究与评价方法分析[D].锦州：辽宁工业大学，2016.

[5]WALTONPL，MAJUMDARAJ.Cement-basedcompositeswithmixturesofdifferenttypesoffibers[J].Composites，1975，6（5）：209-216.

[6]韩嵘，赵顺波，曲福来．钢纤维混凝土抗拉性能试验研究[J]．土木工程学报，2006(11）：21-25.

[7]徐礼华，梅国栋，黄乐，等．钢-聚丙烯混杂纤维混凝土轴心受拉应力-应变关系研究[J]．土木工程学报，2014(7)：145-146.

[8]杨萌,黄承逵.钢纤维高强混凝土轴拉性能试验研究[J].土木工程学报,2006,39(3):55-61.

[9]王晓飞.聚丙烯纤维混凝土轴拉和弯曲性能的试验研究[D].大连理工大学.2011.

[10]多尺度聚丙烯纤维混凝土单轴拉伸试验[J].重庆大学学报,2012,35(6):80-84.

[11]Witjaksana,B.AdditionalSteelFibersinConcreteMixture:StudiesofCompressiveandTensileStrengthofConcrete[J].MaterialsPhysicsandMechanics,2018,37(1):104-108.