聚丙烯纤维对混凝土抗折,抗冲击性能的影响

聚丙烯纤维对混凝土抗冲击和

抗折性能的影响

丁春奎1，高强1，季涛1，张丽哲1

（南通大学纺织服装学院，南通226019,12150008@）

摘要：研究了不同长度的聚丙烯纤维对混凝土的抗折和抗冲击性能的影响。试验结果表明：在混凝土中分别掺入纤维体积率为0.5%的6种不同长度的聚丙烯纤维，均能提高混凝土的破坏冲击次数和冲击延性指数；当纤维长度为35 mm时，纤维混凝土的破坏冲击次数较素混凝土提高近2倍；在混凝土中掺入聚丙烯纤维，混凝土的抗折强度降低，而混凝土的中心挠度显著提高，较素混凝土最多增加达1 mm,能有效改善混凝土的韧性。

关键词：混凝土;聚丙烯纤维; 抗冲击性能;抗折性能

Effects of Polypropylene Fibers on the Impact And Flexural

Resistance of Concrete

Ding Chun-kui1,Gao Qiang1,Ji Tao1,Zhang Li-zhe1

(School of Textile and Clothing, Nantong University, Nantong, Jiangsu, 226019,China,

12150008@)

Abstract: By experiment to study the effects of different lengths of polypropylene fibers on flexural and impact resistance of concrete. The results showed that: with a volume fraction of 0.5% ,six different lengths of the fiber added to the concrete respectively, can improve the impact frequency and impact ductility index. when the fiber length was 35mm , the frequency of impact damage increased nearly 2 times; Addition of PP fibers , the flexural strength of the concrete was reduced, but the fracture deflection of concrete was improved significantly, compared to plain concrete,represent an increases up to 1mm, improved the fracture toughness of the concrete effectively .

Kay word: Concrete ;Polypropylene Fiber;Impact properties;Flexural properties

普通混凝土拥有较高的抗压强度，但其抗拉强度低，抗裂性差，韧性小限制了其在冲击、疲劳等动载荷作用下的使用。因此，研究混凝土的抗冲击性能和抗折性能对混凝土的应用和发有重要意义[1-3]。研究表明，在混凝土中加入少量短切聚丙烯纤维，能有效提高混凝土的能量吸收能力，减少混凝土收缩裂缝的形成，提高了混凝土的连续性和稳定性，起到明显的阻裂与增韧作用，在加载时表现出更好的弯曲性能和

收稿日期：2014-10-21

基金项目：产学研联合创新资金--前瞻性联合研究项目（BY2013042-02).

作者简介：丁春奎，男，1989年生，在读硕士研究生。研究方向为聚丙烯纤维增强混凝土的力学性能研究.

通讯作者：高强，研究员，E-mail:gao.q@

抗冲击性能[4-7]。本文通过试验研究了10mm到35mm范围内的六种不同长度的聚丙烯纤维对混凝土的抗折性能和抗冲击性能的影响。

1试验过程

1.1试验材料

水泥强度等级为P.O 42.5普通硅酸盐水泥

砂子细度模数为1.82的细砂

粗集料 3mm到19mm连续粒级碎石

纤维南通新帝克单丝科技股份有限公司生产的圆形截面聚丙烯纤维，其物理力学性能见表1。

表1 聚丙烯纤维的物理力学性能

纤维直径/mm 密度 /（g/cm3）断裂强度/MPa 断裂伸长率/% 聚丙烯0.20 0.91 5.91 18.06

1.2试验方法

根据《混凝土结构设计规范GB50010-2002》，设计混凝土的强度等级为C30，配合比为水：水泥：砂：石子（质量比）=0.48:1:1.47:2.74，硬化混凝土的表观密度为2420kg/m3。各试样中纤维长度如表2所示。

表2试样中纤维长度

试样编号纤维长度

C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6

- 10mm 15mm 20mm 25mm 30mm 35mm

抗折性能试验采用100⨯100⨯300mm的非标准试模，纤维体积率为0.5%，每种试样浇筑3个试件。浇筑完成，静置24小时后脱模，在温度为20℃，相对湿度为95%的恒温恒湿条件下养护28天取出，在电子万能试验机上进行抗折强度测试，中心跨

距150mm,加载速度为0.5mm/min。

按照美国ACI544委员会推荐的落重法进行抗冲击试验[8]。抗冲击性能实验采用直径为152mm，高63.5mm的圆柱型标准试模。纤维体积率为5%，每种试样浇筑3个试件。将抗冲击试件从养护箱中取出后，在温度为20±2℃、相对湿度为60±5%的环境条件下放置4小时后,擦干表面水分，在自由落锤装置上完成测试。重锤质量为4.5kg,下落高度460mm。冲击测试过程中，仔细观察试件表面，记录初次出现裂纹时的冲击次数和破坏时的冲击次数。

2 实验结果与讨论

2.1 不同长度的聚丙烯纤维对混凝土抗冲击性能的影响

对素混凝土和纤维混凝土的抗冲击测试，取3个试件受冲击次数的平均值，纤维长度和冲击次数的关系曲线如图1所示。试件从无裂缝至产生第一条微裂缝，即当试件受冲击应变发生突变时为初裂。试件上的主裂纹贯穿至上表面时为破坏。纤维混凝土的破坏冲击次数和初裂冲击次数的比值定义为纤维混凝土的冲击延性指数[9]，纤维长度与冲击延性指数的关系曲线如图2所示。

图1 纤维长度与冲击次数关系曲线图2 纤维长度与冲击延性指数关系曲线

从图1和图2中可见，聚丙烯纤维的加入能有效改善混凝土的抗冲击性能，且不同长度的聚丙烯对混凝土的抗冲击性能增强作用不同。纤维长度在10mm到35mm 范围内，随着纤维长度的增加，混凝土的抗冲击性能增加。当纤维长度为35mm时，破坏冲击次数是素纤维混凝土的两倍。

掺入纤维的混凝土均比素混凝土的冲击延性指数高。掺入纤维后，冲击延性指数总体呈先上升后下降再上升的趋势。相同体积率，C3断裂面内承力纤维根数较C2