不同纤维类型及其掺量下混凝土的拉伸性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.250039

摘要/Abstract

摘要：

在温度变化、收缩变形等因素的影响下，混凝土因其自身抗拉强度较低，在较小拉应力作用下，易出现裂缝，影响结构的正常使用和耐久性。为增强混凝土材料的抗拉强度及能量吸收能力，研究不同纤维掺量对混凝土拉伸性能的影响。采用钢纤维（SF）、聚丙烯纤维（PPF）和聚乙烯醇纤维（PVAF）3种不同类型的纤维，通过对比不同纤维类型及其掺量下混凝土的拉伸性能，探究最佳纤维掺量。在制备混凝土样品时，选用水泥、硅灰和粉煤灰等材料作为基体原材料，并分别添加质量分数为0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%下3种不同类型纤维。通过对样品进行拉伸性能测试，分析样品不同强度指标。结果表明：当不同纤维的掺入量为质量分数2.0%时，样品的抗拉性能最强。在3种纤维中，掺入2.0% SF时抗拉强度达到9.63 MPa，初裂强度与裂后强度也保持较高水平，单位体积能量吸收能力达到2.1~2.4 kJ/m3之间。PVAF的增强效果次之，2.0%掺量时抗拉强度为8.81 MPa，PPF的增强效果相对较弱，2.0%掺量时抗拉强度仅为7.82 MPa。因此，掺入2.0% SF的混凝土样品展现出了良好的拉伸能力，为混凝土材料在实际应用中的性能提升提供了有效保障。

关键词: 纤维掺杂, 混凝土, 拉伸强度, 钢纤维, 初裂强度

Abstract:

Under the influence of factors such as temperature changes and shrinkage deformation， concrete， due to its low tensile strength， is prone to cracking under small tensile stress， which affects the normal use and durability of the structure. To enhance the tensile strength and energy absorption capacity of concrete materials， the influence of different fiber contents on the tensile properties of concrete is studied and analyzed. Three different types of fibers， steel fiber （SF）， polypropylene fiber （PPF）， and polyvinyl alcohol fiber （PVAF）， were used to compare the tensile properties of concrete under different fiber types and their dosages， and to explore the optimal fiber dosage. When preparing concrete samples， materials such as cement， silica fume， and fly ash are selected as matrix raw materials， and three different types of fibers are added at mass fractions of 0%， 0.5%， 1.0%， 1.5%， 2.0% and 2.5%， respectively. By conducting tensile performance tests on the samples， analyze different strength indicators of the samples. The results indicate that the tensile performance of the sample is strongest when the content of different fibers is 2.0% by mass. When 2.0% steel fiber is added to the three types of fibers， the tensile strength reaches 9.63 MPa， and the initial and post crack strength remain at a high level. The energy absorption capacity per unit volume reaches between 2.1 and 2.4 kJ/m3. The reinforcement effect of PVAF is second， with a tensile strength of 8.81 MPa at a dosage of 2.0%. The reinforcement effect of PPF is relatively weak， with a tensile strength of only 7.82 MPa at a dosage of 2.0%. Therefore， the concrete sample with 2.0% SF added exhibited good tensile strength， providing effective guarantee for the performance improvement of concrete materials in practical applications.

Key words: Fiber doping, Concrete, Tensile strength, Steel fiber, First crack strength

中图分类号:

O621.1

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图/表 10

图1 纤维与混凝土基体的相互作用示意图

Fig.1 Schematic diagram of the interaction between fibers and matrix

图2 样品正面（A）和侧面（B）的结构与尺寸

Fig.2 Structure and dimensions of the front （A） and side （B） of the sample

图3 不同类型纤维改性混凝土样品的SEM表征外貌结构表征A. Non fiber modified concrete （C-0）； B. PPF-0.5； C. PVAF-0.5； D. SF-0.5； E. PPF-1.0； F. PVAF-1.0； G. SF-1.0； H. PPF-1.5； I. PVAF-1.5； J. SF-1.5； K. PPF-2.0； L. PVAF-2.0； M. SF-2.0； N. PPF-2.5； O. PVAF-2.5； P. SF-2.5

Fig.3 SEM characterization of different types of fiber modified concrete samples， appearance and structural characterization

图4 不同类型纤维改性混凝土样品EDS表征A. EDS characterization results of C-0; B. EDS characterization results of SF-2.0; C. EDS characterization results of PPF-2.0; D EDS characterization results of PVAF-2.0

Fig.4 EDS characterization of different types of fiber modified concrete samples

图5 不同类型纤维改性混凝土样品的XRD表征

Fig.5 XRD characterization of different types of fiber modified concrete samples

图6 不同纤维掺量混凝土样品的应力-应变曲线表征A. Stress-strain curve of SF reinforced concrete specimens; B. Stress-strain curve of PVAF reinforced concrete specimens; C. Stress-strain curve of PPF reinforced concrete specimens

Fig.6 Characterization of stress-strain curves of concrete samples with different fiber content

图7 不同纤维掺量混凝土样品的初裂强度表征

Fig.7 Characterization of initial crack strength of concrete samples with different fiber content

图8 不同纤维掺量混凝土样品的裂后强度表征

Fig.8 Characterization of post cracking strength of concrete samples with different fiber content

表1 不同纤维掺量混凝土样品的抗拉强度结果

Table 1 Tensile strength results of concrete samples with different fiber contents

w（fiber）/%	Incorporating different fibers for tensile strength/MPa
w（fiber）/%	SF	PVAF	PPF
0	3.82	3.82	3.82
0.50	7.13	6.72	6.03
1.00	8.42	7.65	6.54
1.50	9.01	8.22	7.24
2.00	9.63	8.81	7.82

图9 不同纤维掺量混凝土样品单位体积能量吸收能力表征

Fig.9 Characterization of energy absorption capacity per unit volume of concrete samples with different fiber contents

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