【文章內容簡介】 。目前在低彈模合成纖維混凝土的研究方面，一般將合成纖維當作非結構性補強材料。一般而言，高彈模纖維的增強、增韌效果很好，但價格較高；低彈模纖維增強效果較差，增韌效果較好，對耐久性的提高很大。如果通過合理的設計，使鋼纖維、碳纖維等高彈模纖維與其它低彈模纖維(如聚丙烯、聚丙烯睛，尼龍等)相混雜，相互取長補短，在不同層次和受荷階段發(fā)揮“正混雜效應”來增強混凝土，從復合材料的觀點及改善性能和經濟上考慮都是可行的。合成纖維混凝土已經在水利工程、道路、橋梁等土木工程領域應用20余年，積累了大量研究成果和工程經驗，各方面的技術已日趨成熟且付之實施。它必將在水利工程領域發(fā)揮越來越重要的作用。合成纖維主要用于限止早期收縮裂縫的合成纖維混凝土，其限裂等級不宜低于二級，其檢驗和評定方法按文中試驗方法進行。對硬化混凝土有增韌要求的合成纖維混凝土，應進行彎曲韌性試驗，試驗方法可參照鋼纖維混凝土試驗方法的有關規(guī)定進行。其韌性指數(shù)應滿足的要求。對于合成纖維混凝土的抗?jié)B和抗凍融性要求，可根據(jù)工程設計確定，且其抗?jié)B性和抗凍融性指標宜通過試驗確定，其試驗方法應符合有關普通混凝土試驗方法標準規(guī)定。 本文的研究方法及所做的工作層布式鋼纖維混凝土是近年開發(fā)出來的一種新纖維混凝土形式，它是將少量鋼纖維在混凝土構件上表層、下表層或上下表層均勻撒布。而構件的其余部分仍為素混凝土。層布式鋼纖維混凝土中鋼纖維的這種摻配方式 不僅提高了混凝土的抗裂性能、抗彎拉強度、抗彎韌性和疲勞性能，而且可節(jié)省材料、降低混凝土造價。但層布式鋼纖維混凝土的大部分仍為素混凝土，這部分素混凝土的抗裂性能和韌性較差，成了層布式鋼纖維混凝土構件的軟肋。聚乙烯醇（PVA）纖維有較高的抗拉強度和彈性模量，能有效提高混凝土的抗裂、抗沖擊、抗疲勞、抗?jié)B、抗凍和抗碳化等性能。另外，層布式鋼纖維混凝土鋼纖維的幾種撒布方式中經濟性最高，增強效果又比較突出的是在混凝土下表層撒布鋼纖維。因此，可以考慮在底層層布鋼纖維混凝土中混摻 PVA 纖維來改善混凝土的韌性，目前，關于層布式鋼纖維混凝土梁、層布式鋼纖維與聚丙烯腈等其他纖維混雜混凝土梁的抗彎韌性研究報道較多，但層布鋼纖維與 PVA 混摻纖維混凝土梁抗彎韌性研究未見報道。鄧宗才等人研究了不同長徑比、外形的鋼纖維與不同摻量 PVA 纖維對混凝土梁抗彎韌性的影響，用不同的方法計算了抗彎韌性指標并進行了比較。本文通過對不同實驗以及已有的研究成果進行了詳細的介紹，通過對不同的試驗方法的比較分析得出混雜纖維提高混凝土組合梁特性的結論。 70 山東科技大學工程碩士學位論文 混雜纖維提高混凝土梁以及組合梁特性的成果分析2 混雜纖維提高混凝土梁以及組合梁特性的成果分析本章介紹了混雜纖維在提高混凝土特性方面的研究分析，混雜纖維由于混雜效應提高了混凝土的抗彎拉效應、承載力、剛度，并能減緩混凝土裂縫的產生，通過對已有的研究成果的分析，證明了混雜纖維混凝土這些特性。最后我們將混雜纖維混凝土應用于組合梁中，從而提高組合梁的特性。 混雜纖維提高混凝土的抗彎韌性的研究 鋼纖維具有很好的增韌作用，而混摻在鋼纖維混凝土中的PVA纖維可以與鋼纖維產生很好的協(xié)同作用，增韌效果更加明顯，混凝土的抗彎韌性得到較大提高，并且纖維不同的長徑比以及摻配率對混凝土的抗彎韌性有不同的提高，這一結論從層布式鋼纖維與混摻PVA纖維混凝土梁的抗彎韌性試驗研究中我們可以得到。 該試驗是由北京工業(yè)大學的鄧宗才、曾洪超等人所做，通過層布式鋼纖維與聚乙烯醇PVA 混摻纖維混凝土梁三分點加載試驗，研究了不同長徑比、外形的鋼纖維與不同PVA 纖維摻量對混凝土梁抗彎韌性的影響。PVA 纖維：羅洋科技有限公司提供，所用鋼纖維是由贛州某公司提供的浪形圓絲鋼纖維和 LSF 波紋形鋼纖維， 纖維材性 The propertities of fabric material纖維種類纖維直徑/mm纖維長度/mm密度（kg/cm3）抗拉強度/MPa彈性模量/GPa PVA 纖維15≥1400﹥30浪型圓絲鋼纖維~30~50700~1150200LSF波紋型鋼纖維50≥750200混凝土的配合比為：水172kg/m，水泥400kg/m，細骨料640kg/m，粗骨料1188kg/m，減水劑3kg/m，水泥為P，其中C代表素混凝土試件，S代表層布式浪形圓絲鋼纖維與PVA混摻纖維混凝土試件，PLS代表層布式LSF波紋形鋼纖維與PVA混摻纖維混凝土試件。 纖維摻量 the amount of fabric試件類型PVA纖維摻量/（kg/m）鋼纖維摻配率/%質量/（kg/m）長徑比C000S1050S20PS1PS2PLS首先加入全部石子、砂和70%的水攪拌15s，然后加全部水泥和PVA纖維攪拌30s，再加余下的水攪拌1min，最后卸料并人工拌和幾次。在 100mm100mm400mm鋼模中鋪 1~2cm 厚的混凝土，用抹子抹平后人工均勻撒布一層鋼纖維，然后加入混凝土，用振搗棒插入振搗至出漿（振搗過程中盡量不碰到鋼纖維），最后收漿、抹平。試件澆筑24h后脫模編號，在標準養(yǎng)護室中養(yǎng)28d，試驗前3h從養(yǎng)護室取出并晾干。該抗彎試驗是在清華大學實驗室的德國電液伺服試驗機上進行，層布式鋼纖維混凝土梁抹面朝上，按照恒位移控制方法加載，計算機自動采集數(shù)據(jù)。，由于層布了鋼纖維并混摻了 PVA 纖維，混凝土梁的荷載撓度曲線下降段變得平緩。另外，荷載撓度曲線的下降段出現(xiàn)了上下振蕩的情況。這是因為在加載過程中，當試件表面出現(xiàn)一條微細裂縫，荷載就會有所降低， 曲線向上爬升的次數(shù)近似反映了試件表面的裂縫條數(shù)，荷載下降的大小近似反映了裂縫的瞬間非穩(wěn)定擴展程度。從曲線的上下振蕩情況可以近似了解試件上微裂縫的產生與擴展程度， 進而可以近似反映出鋼纖維和PVA纖維阻裂作用的大小。此階段越平穩(wěn)，荷載的波動越小， 表明裂縫的形成與擴展越穩(wěn)定，形成的微裂縫的寬度越小，纖維對混凝土裂縫的約束作用越強。 各混凝土梁的荷載撓度曲線 The concrete elements of the loading curve在這個試驗中分別采用美國 ASTMC101日本 JSCESF和 Nemkumar 方法計算了各試件的抗彎韌性指標，這里只介紹美國的ASTMC1018方法，從這一方法中我們可以得出混雜纖維混凝土的一些特性。計算結果見表3美國 ASTMC1018 方法：韌性指數(shù)是荷載撓度曲線下面積的相對值。 ASTMC1018 法韌性指數(shù)計算示意圖 The NOMADIK of toughness index with the way of ASTMC1018 計算的韌性指標結果Table The result of the toughness indicators試件類型美國ASTMC1018 法 CS1S2PS1PS2PLS式中AAAA4分別表示混凝土梁初裂撓度δ之前、δ~3δ、3δ~、~。由表3可知（1）SS2混凝土梁的韌性指數(shù)相對于素混凝土梁分別提高了 倍、。表明層布式鋼纖維混凝土梁的韌性比素混凝土梁有顯著提高，且提高幅度隨長徑比的增大而增大。（2）PS 倍，、 倍。層布式鋼纖維混凝土梁中PVA纖維的摻入進一步提高了抗彎韌性指數(shù)，且提高倍數(shù)隨著 PVA 纖維摻量的增大而增大，表明 PVA 纖維與鋼纖維混雜產生了良好的協(xié)同效應，顯著改善了混凝土梁的抗彎韌性。（3）PS2混凝土梁抗彎韌性指數(shù)、 ，而PLS混凝土梁相應的抗彎韌性指數(shù)則分別只提高了 倍、 倍。PLS混凝土梁韌性指數(shù)相對于PS2混凝土梁降低較多，表明LSF波紋形鋼纖維增韌效果明顯不如浪形圓絲鋼纖維，原因可能是同樣摻量的 LSF 波紋形鋼纖維 與浪形圓絲鋼纖維相比，單根纖維體積較大，層布時撒布的均勻性不如浪形圓絲鋼纖維，且撒布出的鋼纖維層較厚，水泥漿體不能很好地包裹住鋼纖維限制了鋼纖維增強增韌作用的發(fā)揮；另外，在同樣摻量的情況，LSF波紋形鋼纖維根數(shù)較少，比表面積小，能提供的增強增韌作用比浪形圓絲鋼纖維小。（1）在混凝土梁底層均勻撒布鋼纖維能顯著改善混凝土梁的抗彎韌性，且鋼纖維長徑比越大，改善效果越顯著。%，長徑比為50~ 時，混凝土梁的抗彎韌性指數(shù)、~、~ ~。（2）PVA 纖維與鋼纖維能良好的協(xié)同工作，進一步增強混凝土。%，長徑比為 ，PVA ~，混凝土梁的抗彎韌性指數(shù)、和比素混凝土梁分別提高了 ~、~~。（3） LSF 波紋形鋼纖維改善混凝土的效果明顯不如浪形圓絲鋼纖維。當鋼纖維摻配率為 %，，層布LSF波紋形鋼纖維的混凝土梁抗彎韌性指數(shù)為層布浪形圓絲鋼纖維的混凝土梁的 68~87%。 從該試驗中我們可以得出混雜纖維混凝土相對于普通素混凝土在韌性方面得到很大的提高，通過對美國美國 ASTMC1018 試驗分析方法的比較以及荷載撓度曲線我們得到裂縫的產生和擴展程度，并近似反映出鋼纖維和PVA纖維阻裂作用。鋼纖維和PVA纖維的協(xié)同作用提高了混凝土的特性，對混凝土阻裂作用明顯，特別是由于混雜纖維的摻入混凝土的抗彎韌性指數(shù)得到很大提高。 混雜纖維提高混凝土的抗彎拉強度、彎曲韌性以及極限應變的研究混雜纖維由于不同纖維的混雜效應可以改變混凝土內部結構，對混凝土的塑性開裂產生約束，減緩裂縫的開展，提高混凝土的抗彎拉強度、劈拉強度，并且由于不同纖維的網(wǎng)狀分布使混凝土的峰值應變和極限應變都有較大提高。通過層布式鋼纖維聚丙烯腈纖維混凝土力學性能試驗研究我們可以得到相應結論。該試驗是由武漢理工大學的袁海慶、陳景濤等人所做，通過力學性能對比試驗，我們可以得到上述的相應結論。1)水泥: 華新普通硅酸鹽水泥；2)鋼纖維：武漢東洲鋼纖維有限公司生產的剪切型鋼纖維；3)聚丙烯腈纖維: 深圳市海川現(xiàn)代工程材料有限公司生產的路威 2002 纖維。試驗內容有: 抗壓強度、劈拉強度、抗彎拉強度、彎曲韌性和抗彎拉彈性模量。為了對各種纖維混凝土進行力學性能對比, 上述各項試驗分別對層布式鋼纖維聚丙烯腈纖維混凝土、聚丙烯腈纖維混凝土和素混凝土進行?？箯澙嚰捎?50mm150mm550mm 梁式試件, 彎曲韌性試驗采用100mm100mm400mm 梁式試件。 Pa配制, 配合比為(kg/m ): 水泥360，石子1300，砂子620，水170， kg(體積分數(shù)0. 1%)，鋼纖維在試件上下表層(各厚2 cm)%。 加載裝置 The device of loding 力學實驗結果 the experimental results of Mechanics混凝土種類抗壓強度劈拉強度抗彎拉強度抗彎拉彈性模量素混凝土3060聚丙烯腈纖維混凝土3010層布式鋼纖維 3080就抗壓強度而言，從表中結果可見，由于層布式鋼纖維的加入，彌補了加入合成纖維通常會使混凝土抗壓強度下降的缺點。從軸心抗壓試驗的應力應變關系((a))可以看出, 層布式鋼纖維聚丙烯腈纖維增強混凝土的峰值應變從提高到；極限壓應變從提高到。由此可見，對混凝土的塑性開裂產生約束。就劈拉強度而言, %, %。而且從破壞形態(tài)來看，素混凝土在破壞時表現(xiàn)為典型的脆斷，一旦出現(xiàn)開裂就迅速斷為兩截，而兩種纖維混凝土則表現(xiàn)出一定的延性，開裂后裂縫有一個開展過程。在抗彎拉試驗中，層布式鋼纖維聚丙烯腈纖維混凝土的優(yōu)點表現(xiàn)更為突出，與素混凝土相比，它的抗彎拉強度提高了 %，%。從破壞過程來看，素混凝土一旦開裂就迅速脆斷((a))，而兩種纖維混凝土在主裂紋出現(xiàn)后并不立即斷開，隨著承受荷載逐步下降過程還可以繼續(xù)變形，表現(xiàn)出明顯的延性，其中層布式鋼纖維聚丙烯腈纖維混凝土的變形能力很大((b), (c))。在2 種纖維混凝土試件的開裂面上， 可以觀察到鋼纖維和聚丙烯腈纖維被拔出或拉斷的現(xiàn)象。（a）混凝土軸心受壓應力應變圖（b）混凝土受彎荷載位移曲線 試驗曲線 the curve of test （a）素混凝土 （b）聚丙烯腈纖維混凝土（c）層布式鋼纖維聚丙烯腈纖維混凝土 彎拉破壞形態(tài) The shape of bend and break在混凝土硬化過程中，由于水分的蒸發(fā)和轉移，混凝土內部的抗拉應變能力低于塑性收縮產生的應變，因而引起混凝土內部塑性裂紋的產生，形成了混凝土的原始內部缺陷。這種內部缺陷的存在導致了混凝土在受到荷載作用時發(fā)生應力集中，并發(fā)展成為宏觀裂紋。聚丙烯腈纖維的存在能夠限制混凝土的塑性開裂。聚丙烯腈纖維大量的、均勻的網(wǎng)狀分布，對混凝土的塑性開裂產生約束，延緩了裂縫出現(xiàn)的時間。聚丙烯腈纖維對混凝土的早期原生裂縫及微觀裂縫的引發(fā)起到的這種約束作用, 使混凝土內部結構得以改善。(a)，(b)分別是素混凝土和聚丙烯腈纖維混凝土未加載試樣的光學顯微鏡照片，(a)中可以明顯地觀察到素混凝土內部在骨料和水泥石之間存在的微裂紋，而在聚丙烯腈纖維混凝土中，微裂紋的數(shù)量明顯減少，而且微裂紋的寬度明顯變小((b))。 光學顯微鏡試驗 The test of optics electronic microscope當混凝土受到荷載作用出現(xiàn)裂縫時，聚丙烯腈纖維的存在又使得裂縫尖端的發(fā)展受到限制，裂縫只能繞過纖維或把纖維拉斷來繼續(xù)發(fā)展，這就需要消耗較大的能量來克服纖維對裂縫發(fā)展的限制作用。從而使裂縫數(shù)量較多而寬度較小，纖維的體積摻量越大，這種限制作用