不同材質(zhì)纖維混雜對(duì)UHPC 性能影響研究進(jìn)展

王 慶

（上海浦東工程建設(shè)管理有限公司，上海市200210）

0 引言

超高性能混凝土，簡(jiǎn)稱UHPC，主要由水泥、硅灰、細(xì)砂、磨細(xì)石英砂、金屬纖維、高效減水劑等原材料組成。其中作為主要原材料之一的金屬纖維，主要是指鋼纖維，在混凝土中發(fā)揮增強(qiáng)的作用。然而隨著實(shí)際應(yīng)用的不斷發(fā)展，僅僅摻入鋼纖維的UHPC 已無法滿足許多工程對(duì)混凝土韌性和抗裂性的要求。因此，研究人員開始嘗試將不同材質(zhì)或不同尺寸的纖維混摻入U(xiǎn)HPC 進(jìn)行研究，期望找到能夠提高和改善其韌性和抗裂性的鑰匙。

通過梳理近幾年鋼纖維與不同材質(zhì)纖維（如聚乙烯纖維、聚丙烯醇纖維、聚丙烯纖維、玄武巖纖維等）混雜對(duì)UHPC 性能影響的研究成果，本文分析并總結(jié)出一定的規(guī)律，以期為國(guó)內(nèi)行業(yè)人員提供概要性、簡(jiǎn)潔性參考，為工程實(shí)踐提供指導(dǎo)。

1 混雜聚乙烯纖維對(duì)UHPC 的影響

各項(xiàng)研究成果均表明聚乙烯纖維（PE 纖維）對(duì)UHPC 的突出影響是顯著改善其抗折性能或韌性。

何杰[1]用少量聚乙烯纖維替代部分鋼纖維，起到了良好的增韌效果。王越洋等[2]以較低的摻量將兩種不同長(zhǎng)徑比的聚乙烯纖維摻入U(xiǎn)HPC，建立可信度較高的流動(dòng)度模型、抗壓強(qiáng)度模型及抗折強(qiáng)度模型，該模型分析結(jié)果表明聚乙烯纖維對(duì)UHPC 抗折強(qiáng)度的提高作用顯著。長(zhǎng)度為6 mm 的聚乙烯纖維的摻入量?jī)H為體積摻量的0.81 %，而UHPC 抗折強(qiáng)度就高達(dá)35.5 MPa，較對(duì)比樣提高29.6%。黃政宇等[3]選擇聚乙烯纖維，取不同摻量和長(zhǎng)徑比摻入U(xiǎn)HPC，進(jìn)行抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：摻入聚乙烯纖維后不僅較大幅度提高了UHPC 的抗壓強(qiáng)度，更是將抗折強(qiáng)度提高了47.3%（聚乙烯纖維體積摻量為2%），達(dá)到28 MPa。

李操旺[4]同樣針對(duì)不同摻量、不同長(zhǎng)徑比的聚乙烯纖維研究其對(duì)UHPC 的流動(dòng)性和力學(xué)性能的影響，并采用彎拉荷載-撓度曲線、軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線對(duì)聚乙烯纖維的增韌效果進(jìn)行分析。研究表明聚乙烯纖維對(duì)UHPC 抗壓強(qiáng)度沒有非常突出的改善作用，而相比之下對(duì)抗折強(qiáng)度的提高作用顯著，尤其是當(dāng)聚乙烯纖維摻量超過1%后。其摻量對(duì)提高UHPC 抗折強(qiáng)度作用明顯，纖維長(zhǎng)度對(duì)抗折強(qiáng)度影響不大。試驗(yàn)過程中出現(xiàn)多縫開裂和位移硬化現(xiàn)象，說明顯著改變了UHPC 的彎拉韌性。

2 混雜聚丙烯纖維對(duì)UHPC 的影響

將聚丙烯纖維摻入U(xiǎn)HPC 提高其在養(yǎng)護(hù)過程中的高溫抗開裂、抗爆裂性能，但其與鋼纖維混雜后，對(duì)增強(qiáng)UHPC 抗壓強(qiáng)度和增韌作用沒有相同摻量的純鋼纖維顯著。

尚亞杰[5]在研究含粗骨料UHPC 養(yǎng)護(hù)過程中的常溫性能和高溫爆裂行為時(shí)，發(fā)現(xiàn)聚丙烯纖維不僅改善干熱低溫養(yǎng)護(hù)UHPC 期間的抗爆裂性能，而且可以一定程度上緩解干熱高溫養(yǎng)護(hù)UHPC期間因水分快速流失而開裂的現(xiàn)象。朋改非等[6]在梳理UHPC 的火災(zāi)高溫性能研究成果時(shí)，同樣得出了向UHPC 中摻加聚合物纖維如聚丙烯纖維，可有效抑制UHPC 因較高的內(nèi)部濕含量而導(dǎo)致劇烈高溫爆裂的結(jié)論。

賴建中等[7]對(duì)比研究了將鋼纖維、聚丙烯纖維分別摻和混雜摻入U(xiǎn)HPC（超細(xì)粉煤灰摻入量高達(dá)25%和40%）棱柱體的三點(diǎn)彎曲行為和薄板四點(diǎn)彎曲行為。研究結(jié)果表明：鋼纖維體積摻量為2%、3%或4%時(shí)UHPC 的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度或抗彎韌性均要比鋼-聚丙烯纖維混雜（2.75%鋼纖維+0.25%聚丙烯纖維）摻入U(xiǎn)HPC 的高。

3 混雜聚乙烯醇纖維對(duì)UHPC 的影響

不同于聚丙烯纖維，聚乙烯醇纖維不僅可大幅改善UHPC 養(yǎng)護(hù)期間的抗裂性能，還能顯著提升其抗彎性能。

將聚乙烯醇纖維摻入U(xiǎn)HPC 后，在高溫養(yǎng)護(hù)條件下，聚乙烯醇纖維會(huì)融化并形成許多微型通道，起到疏導(dǎo)蒸汽的作用，有效改善UHPC 抗爆裂性能。當(dāng)再與鋼纖維混摻，則既可改善抗爆裂性能，又可提高高溫后的殘余抗壓強(qiáng)度[8]。任亮等[9]基于不同纖維混雜效應(yīng)設(shè)計(jì)原理，利用聚乙烯醇纖維或聚丙烯纖維與鋼纖維混雜，摻入到一種只需常溫養(yǎng)護(hù)的橋梁伸縮縫UHPC 中。研究結(jié)果表明：混雜纖維制備的UHPC 不僅具有較高的抗壓強(qiáng)度還有較好的抗裂性。

海然等[10]表明鋼纖維和聚乙烯醇纖維均能改善UHPC 的彎拉性能；超高性能鋼- 聚乙烯醇混雜纖維混凝土對(duì)超高性能鋼纖維混凝土的折壓比和拉壓比的增益比隨著鋼纖維摻量的提高而增加，鋼纖維與聚乙烯醇纖維在改善UHPC 彎拉性能上具有良好的協(xié)同效應(yīng)。

4 混雜玄武巖纖維對(duì)UHPC 的影響

作為無機(jī)礦物纖維，玄武巖纖維對(duì)UHPC 各方面性能具有一定的改善作用，但不夠顯著，與聚丙烯纖維、聚乙烯纖維等有機(jī)纖維混合對(duì)UHPC性能改善效果更優(yōu)。

張吉松等[11]研究發(fā)現(xiàn)摻入0.1%玄武巖纖維的UHPC 試件其力學(xué)性能比未摻入的力學(xué)性能稍高。楊智碩等[12，13]對(duì)摻入玄武巖纖維的超高強(qiáng)度混凝土試件開展抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果表明：當(dāng)玄武巖纖維摻量為2 kg/m3時(shí)，棱柱體抗壓強(qiáng)度、立方體抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度分別提高10.9%、14.1%、10.2%和11.0%。

王雪芳等[14]采用改進(jìn)平板法，開展聚丙烯、玄武巖纖維摻量對(duì)超高強(qiáng)混凝土抗裂性能影響的試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：將纖維摻入U(xiǎn)HPC 中能改善超高強(qiáng)混凝土的早齡期抗裂性能，并且混雜纖維混凝土的抗裂性能要明顯優(yōu)于摻入單一纖維的混凝土。黃政宇等[15]研究用作裝飾材料UHPC 的成型方法、工藝參數(shù)、養(yǎng)護(hù)條件、抗壓強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、干燥收縮等性能后，得出玄武巖纖維可在一定程度上減少UHPC 干燥收縮，提升抗壓和彎曲強(qiáng)度。

5 結(jié) 論

通過梳理與分析不同材質(zhì)纖維對(duì)UHPC 性能影響的研究成果，得出以下結(jié)論：

（1）摻入聚乙烯纖維、聚乙烯醇纖維可顯著提高UHPC 的抗折性能、抗彎性能和韌性，聚丙烯纖維和聚乙烯醇纖維可改善UHPC 養(yǎng)護(hù)期間的抗裂性能和抗爆裂性能。

（2）作為無機(jī)類纖維，玄武巖纖維可在一定程度上改善UHPC 的有關(guān)性能，但改善幅度有限，多與有機(jī)類纖維混雜摻入。

除了前述中與鋼纖維混雜的幾種主要材質(zhì)纖維外，還有以鋼纖維為基體進(jìn)行改性或處理的纖維，同樣也具備改善UHPC 某一或某些方面性能的特點(diǎn)，如用磷酸鋅（ZnPh）改性的鋼纖維可顯著提高其極限抗拉強(qiáng)度和軸拉韌性比[16]；附著了橡膠顆粒的再生鋼纖維不僅可以顯著提高UHPC 的斷裂韌性，還利于減輕其高溫爆裂[17]。

然而，不同的實(shí)際工程對(duì)UHPC 性能要求的側(cè)重點(diǎn)也不同，這就需要領(lǐng)域從事人員本著經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的原則，選擇摻入某一類或混雜幾類纖維來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)需求。