纤维素纤维及混杂纤维混凝土的抗弯冲击性能.doc

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1、纤维素纤维及混杂纤维混凝土的抗弯冲击性能邓宗才（北京工业大学建筑工程学院，北京100022）摘要：对纤维素纤维、钢纤维及其混杂纤维混凝土的抗弯冲击性能进行了系统的试验研究；采用数理统计方法对其初裂冲击次数、破坏冲击次数及冲击韧性进行了分析。试验结果表明：纤维素纤维对改善混凝土的初裂冲击性能效果显著，而钢纤维对改善带裂缝混凝土结构的冲击性能效果良好。纤维素纤维掺量1.2kg/m3时，纤维混凝土的初裂冲击次数与钢纤维掺量64kg/m3时相当，比素混凝土提高2.4倍；钢纤维与纤维素纤维掺量分别为78kg/m3和1.0kg/m3时，其混杂纤维混

2、凝土的破坏冲击次数是素混凝土的8.1倍。即纤维素纤维与钢纤维混杂使用时，可充分发挥各种纤维的优势，显著改善混凝土的抗弯冲击性能。关键词：纤维素纤维；钢纤维；混杂纤维；抗弯冲击；冲击韧性1引言众所周知，公路路面、桥面、机场道面及工业地坪等工程主要承受动荷载，冲击荷载是诱发混凝土开裂的主要原因[2-4]。如何有效地阻止混凝土的开裂和控制裂缝的扩展是工程界十分关注的问题。混凝土的耐久性与裂缝的萌生与扩展关系极为密切[1]。目前关于聚丙烯、钢纤维、聚丙烯腈纤维混凝土冲击性能的研究已有报道，但关于纤维素纤维、纤维素纤维与钢纤维混杂纤维混凝土的冲击

3、性能的研究未见报道。本文对美国生产的纤维素纤维UF500（以下简称UF纤维素纤维）的冲击性能进行了研究。该纤维素纤维与聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维相比，其优势是：（1）具有较高的抗拉强度、弹性模量。（2）UF纤维的多孔在浇筑混凝土时可吸水，水泥水化过程中不断释放水分，促进水泥的完全水化。（3）纤维对混凝土的坍落度几乎没有影响，分散性很好。（4）纤维根数多，当纤维掺量为1.0kg/m3时，纤维根数多达15亿根。（5）与水泥基体黏结强度高。（6）比重大于1，便于拉毛处理，解决了聚丙烯纤维及聚丙烯腈纤维混凝土路面、桥面、机场道面存在拉毛处理困难的

4、难题。本文还比较了UF纤维素纤维混凝土、钢纤维混凝土的抗弯冲击性能，探索了采用混杂纤维技术提高混凝土冲击性能的途径，试验结果为纤维素纤维混凝土的工程应用提供了参考数据。2试验研究方法2.1纤维材性图1纤维素纤维UF500外观实图Fig.1Theoutsidepictureofcellulosefiber(UF500)参加试验还有：祁磊磊，王金晔，李楠，高莹，刘梦雄，刘欣。通讯作者：邓宗才,教授，研究方向：新材料及其结构，dengzc@bjut.edu.cnUF纤维素纤维（UF500）由上海罗洋科技有限公司提供，它是新一代纤维素纤维，如图

5、1所示。钢纤维由上海哈瑞克斯有限公司提供，为铣削型钢纤维。纤维材性详见表1。表1纤维材性Tab.1Theparametersoffibers纤维种类纤维直径/mm纤维长度/mm密度/(g/cm3)抗拉强度/MPa弹性模量/GPaUF纤维素纤维0.014-0.0172.1-2.31.10600-9008.5钢纤维0.64327.8685154-1682.2混凝土的配合比混凝土的配合比为：水163kg/m3,水泥360kg/m3,砂子648kg/m3,粉煤灰70kg/m3,石灰岩人工碎石（粒径5mm-10mm）1206kg/m3，减水剂1.

6、8kg/m3。水泥为P.O32.5普通硅酸盐水泥。表2中C代表素混凝土；U代表UF纤维素纤维混凝土；S代表钢纤维混凝土；US代表混杂纤维混凝土。U后面的数字1、2分别代表UF纤维素纤维质量掺量为1.0kg/m3和1.2kg/m3；S后面的数字64、78分别代表钢纤维质量掺量为64kg/m3和78kg/m3，US后面的数字54、64和78分别代表纤维混杂的比例不同。纤维具体掺量详见表2。表2纤维掺量Tab.2Thecontentoffibers名称纤维总质量掺量/(kg/m3)纤维质量掺量/(kg/m3)纤维素纤维钢纤维C000U1110

7、U21.21.20S6464064S7878078US5455.21.254US6465.21.264US78791782.3试件试件用100mm×100mm×400mm的模具浇筑，试件浇筑24h后脱模，在标准养护室养护28d，试验前3h从养护室取出晾干。2.4试验方法试验采用作者自行研制的自由落锤抗弯冲击装置，如图2所示，锤重1.4kg，自由落锤的冲击高度为400mm。梁两端为简支，净跨340mm。把应变片和加速度仪用导线连接到美国生产的wavebook512动态应变仪上，计算机自动采集数据。图2抗弯冲击试验装置图Fig.2Thete

8、stingequipmentofflexuralimpactexperiment梁从无裂缝至产生微裂缝，即当梁跨中底部混凝土应变值发生突变时的冲击次数定义为梁的初裂冲击次数。梁横向主裂缝贯穿至梁的上表面时的