〔提　要〕測(cè)試了聚丙烯纖維混凝土的抗沖擊和疲勞特性。通過(guò)和普通混凝土對(duì)比后得出結(jié)論：較低摻量的聚丙烯纖維能有效提高混凝土的沖擊韌性和抗疲勞性能，改善混凝土的抗動(dòng)載能力。對(duì)產(chǎn)生上述結(jié)果的機(jī)理文中也給予了分析。
　　〔關(guān)鍵詞〕聚丙烯纖維混凝土　沖擊韌性　疲勞壽命　疲勞損傷

1. 前言

　　聚丙烯纖維是一種新型的混凝土增強(qiáng)纖維。該纖維的特點(diǎn)是：直徑小(10μm～100μm)、數(shù)量多、易分散，但彈性模量較低(3.5GPa～3.8GPa)。在混凝土中的通常用法是以較低的摻量(纖維體積率Vf一般不大于0.2％)直接投入混凝土拌合物中，依靠拌合物自身的摩擦和揉搓作用使纖維分散。由于聚丙烯纖維具有直徑小、數(shù)量多、纖維間距小等特點(diǎn)，因而能減小混凝土因失水、溫差、自干燥等作用因素引起的原生裂隙尺度，增強(qiáng)混凝土的抗塑裂能力。通常把聚丙烯纖維當(dāng)作混凝土的防裂纖維或"次要增強(qiáng)筋"使用。聚丙烯纖 維的這種功能使其很適用于路面、橋面工程，對(duì)提高面板的整體性、改善使用功能有利。

　　作為路用材料使用，應(yīng)測(cè)試聚丙烯纖維對(duì)混凝土抗沖擊、抗疲勞等抗動(dòng)載能力的影響。由于微細(xì)的聚丙烯纖維對(duì)混凝土性能的改善是通過(guò)減小裂隙尺度、改善混凝土的內(nèi)在品質(zhì)實(shí)現(xiàn)的，該種纖維應(yīng)對(duì)混凝土的抗動(dòng)載能力有提高作用。本文測(cè)試了聚丙烯纖維摻入后對(duì)混凝土的沖擊韌性、疲勞壽命和疲勞損傷過(guò)程的影響，并對(duì)作用 機(jī)理進(jìn)行了分析。

2. 聚丙烯纖維混凝土的抗沖擊性能

2.1 試驗(yàn)介紹

　　沖擊試驗(yàn)按ACI(美國(guó)混凝土協(xié)會(huì))544委員會(huì)推薦的方法進(jìn)行，其中：

　　(1)按標(biāo)準(zhǔn)方法成型試件，尺寸150×64mm。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天?br> 　　(2)沖擊錘重4.5kg，下落高度h＝457mm。傳力球直徑64mm，測(cè)試擋板和試件間距5mm；
　　(3)傳力球和試件同心，并在沖擊錘的中線上。測(cè)試時(shí)，沖擊錘自由落下；

　　該試驗(yàn)方法通過(guò)以下幾項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)或比較混凝土的抗沖擊能力：①出現(xiàn)第一條裂縫(初裂)的沖擊次數(shù)n1；②初裂后，試件體積膨脹，當(dāng)試件和4塊擋板中任意3塊接觸時(shí)的沖擊次數(shù)n2。n2被定為試件破壞次數(shù)；③試件初裂和破壞時(shí)沖擊次數(shù)的差值(n2-n1)；④沖擊韌性W和ΔW，即試件破壞過(guò)程吸收的全部沖擊能量和初裂后能繼續(xù)吸收的沖擊能量。計(jì)算式如下：
　　　　W=n·mgh
 其中：h--沖擊錘下落高度(457mm)，
　　　　 g--重力加速度9.81m/s2。

　　試驗(yàn)原材料為：19mm長(zhǎng)聚丙烯纖維 (fibermesh)，物性指標(biāo)見(jiàn)表1；425#普通硅酸鹽水泥；5～20連續(xù)級(jí)配石灰石；Mx=2.8河砂。基準(zhǔn)試驗(yàn)配比見(jiàn)表2。
表1 聚丙烯纖維物性指標(biāo)
密度(kg/m3) 　　抗拉強(qiáng)度(MPa)　　纖維直徑(μm) 　　抗拉彈性模量(GPa)
0.91 　　560～770　　100　　3.5



表2　抗沖擊(抗折)試驗(yàn)基準(zhǔn)混凝土配比(kg/m3)
試驗(yàn)編號(hào)　　纖維　　水泥 　　水 　　河砂　　碎石
CCon.　　0　　435 　　200　　580　　1230



　　摻入纖維后不改變基準(zhǔn)配比。不同摻量的試驗(yàn)編號(hào)分別為：CFMl纖維摻量0.9kg/m3(體積率0.1％)，CFM2纖維摻量1.8kg/m3(體積率0.2％)。標(biāo)準(zhǔn)抗壓試件和抗沖擊試件同時(shí)制作和養(yǎng)護(hù)至28天測(cè)試。

2.2　測(cè)試結(jié)果及分析

　　按ACI 544委員會(huì)推薦的方法進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)，聚丙烯纖維混凝土的抗沖擊性能測(cè)試和計(jì)算的結(jié)果見(jiàn)表3。表3示出：

表3　聚丙烯纖維混凝土的抗沖擊試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)編號(hào)　　抗壓強(qiáng)度(MPa) 　　n1 　　n2　　Δn=n2-n1　　W(N·m) 　　ΔW(N·m)
CCon.　　43.8　　52　　57　　5　　1150　　101
CFM1 　　44.0　　293　　306　　13　　6173　　262
CFM2　　48.0　　283　　302　　19　　6092　　383


　　(1)較低摻量的聚丙烯纖維對(duì)混凝土的靜態(tài)抗壓強(qiáng)度無(wú)顯著影響。以混凝土的沖擊韌性W為指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)可見(jiàn)，摻入0.1％～0.2％的聚丙烯纖維能使混凝土的抗沖擊能力提高5倍以上。

　　(2)以初裂后的ΔW進(jìn)行評(píng)價(jià)可知，聚丙烯纖維體積率為0.1％和0.2％時(shí)，能使混凝土的裂后抗沖擊能力分別提高2.62倍和3.83倍。

　　(3)聚丙烯纖維摻量較高的CFM2并未顯示出比摻量較低的CFM1更高的沖擊韌性，但在初裂后繼續(xù)吸收沖擊能量的能力ΔW明顯提高。

　　聚丙烯纖維對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯影響是因?yàn)閾搅啃。w積率低。纖維改善混凝土的抗沖擊性的機(jī)理則主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①聚丙烯纖維雖然剛度較低，傳遞荷載的能力差，但能有效減小裂隙尺度，增強(qiáng)材料介質(zhì)連續(xù)性，減小了沖擊波被阻斷引起的局部應(yīng)力集中現(xiàn)象；②低模量的有機(jī)材料能吸收沖擊能量；③纖維能有效約束裂縫的擴(kuò)展。

　　本試驗(yàn)中，CFM2未顯示出比CFM1更高的沖擊韌性似可解釋為在室內(nèi)理想的環(huán)境條件下，0.1％體積率的聚丙烯纖維已足于消除試件內(nèi)裂隙的產(chǎn)生。