1   緒論 

1.1   研究背景及意義 
作為土木工程中使用最廣泛的材料的混凝土具有悠久的歷史，也是目前最大宗的人工石材。早期的混凝土采用的膠凝材料為黏土、石灰、石膏和火山灰等，自波特蘭水泥誕生以來，水泥混凝土取得了迅速的發(fā)展，研究人員不斷的從理論和應(yīng)用上對水泥混凝土進(jìn)行豐富和創(chuàng)新，誕生了各種各樣的混凝土類型，如：膨脹混凝土，加氣混凝土，纖維混凝土等。目前，混凝土已被廣泛應(yīng)用于工程中的各個領(lǐng)域，向著輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能、高效能的方向發(fā)展，通過不斷擴(kuò)大資源，大力發(fā)展復(fù)合材料，起到節(jié)約資源提高混凝土性能的目的，預(yù)制混凝土和混凝土商品化已成為重要的發(fā)展方向。 眾所周知，，混凝土具有一些固有的缺陷[1]即韌性差、脆性高、結(jié)構(gòu)延性和抗裂能力較差，且隨著混凝土強(qiáng)度的提高，這些缺陷顯得更為顯著，其不但降低了混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和耐久性，而且會產(chǎn)生高昂的維修費(fèi)用。目前，我國高速鐵路發(fā)展迅速，雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于高速鐵路的建設(shè)中，但是采用連續(xù)現(xiàn)澆道床板混凝土開裂現(xiàn)象嚴(yán)重，對無砟軌道結(jié)構(gòu)的使用和壽命影響較大。經(jīng)調(diào)查，材料性能是導(dǎo)致其開裂的主要因素之一[2]。地鐵作為快速大運(yùn)量城市軌道交通模式，已被越來越多城市所青睞，但是以鋼筋混凝土管片為主的地鐵盾構(gòu)管片，在運(yùn)輸和安裝中容易破損和開裂，從而對隧道的安全性和耐久性產(chǎn)生不利影響，有效的抑制破損和開裂成為人們關(guān)注的問題[3]。據(jù)相關(guān)報道，河南鄭州的 BRT 路面破損嚴(yán)重，出現(xiàn)了許多大大小小的坑，但是政府并沒有啟動大修方案，原因是啟動大修方案至少需要 1 個多億。在國外，全歐洲最繁忙的蘇格蘭格拉斯哥市京斯頓大橋由于出現(xiàn)橋面鋪裝層破壞的現(xiàn)象，花費(fèi)將近一千多萬美元進(jìn)行維修，比建橋時的投入還高出  5  倍之多[4]。為了改善混凝土的缺陷，人們在混凝土中摻入纖維，利用纖維具有高于混凝土的彈性模量或較好的延性，起到改善和增強(qiáng)混凝土的目的。
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1.2   國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 
混雜纖維摻入混凝土中相互取長補(bǔ)短，產(chǎn)生正的混雜效應(yīng)，相對于摻入單一纖維，混雜纖維使混凝土結(jié)構(gòu)更加致密，薄弱區(qū)域基本消失，從而優(yōu)化混凝土的性能。AC Aydin[18]通過坍落度、J 形環(huán)、L-BOX、V 型漏斗研究了高摻量下碳纖維和鋼纖維混雜纖維混凝土的自密實(shí)性，試驗(yàn)結(jié)果表明：不同的方法測得的值雖然不同，但是混雜纖維混凝土都保持了良好的流動性和自密實(shí)性；通過增加水泥用量，外加劑等方法即能使混雜纖維混凝土獲得較好的和易性又能提高纖維的分散性。 Bing Ghen 等[19]進(jìn)行了混雜纖維對高強(qiáng)輕骨料混凝土和易性的研究，認(rèn)為纖維在混凝土中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加了拌合物內(nèi)部的磨檫力且能吸收部分水分，結(jié)果表明：混雜纖維混凝土提高了基體混凝土拌合物的粘聚性和保水性，但是降低了拌合物的坍落度和擴(kuò)展度，對擴(kuò)展度的影響比坍落度要大。  孫儷[20]以 C40、C50、C60 強(qiáng)度等級的混凝土為基體，研究了不同體積分?jǐn)?shù)鋼纖維和不同摻量聚丙烯纖維混雜的混凝土的工作性，試驗(yàn)結(jié)果表明：混雜纖維混凝土具有較好的粘聚性和保水性，抑制了混凝土拌合物的泌水和離析；混雜纖維混凝土拌合物的坍落度隨著聚丙烯纖維摻量的增加而下降，強(qiáng)度增加降幅變小，隨鋼纖維體積率的增加，拌合物的坍落度出現(xiàn)先下降在增加在下降的趨勢。 丁一寧等[21]研究了兩種不同摻量的鋼纖維和玻璃纖維單摻和混摻對強(qiáng)度等級 C50 基體混凝土的坍落度的影響，認(rèn)為混凝土中摻入纖維增加了拌合物內(nèi)部的磨檫力，提高了粘聚性和保水性，但降低了流動性。結(jié)果表明：無論是單摻還是混摻，纖維混凝土的坍落度都出現(xiàn)了明顯的的降低。 施磊等[22]進(jìn)行了不同摻量和水灰比的鋼-聚丙烯混雜纖維混凝土正交試驗(yàn)研究，認(rèn)為 PF 加密了 SF 在混凝土中形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，PF 相對于 SF 具有較小的比表面積更容易吸收混凝土拌合物中的水分，加之水灰比的變化，使混雜纖維混凝土的流動性降低，試驗(yàn)結(jié)果表明：不論是單摻還是混摻，混雜纖維混凝土的坍落度都出現(xiàn)了不同程度的降低，混摻降低幅度較大。
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2   試驗(yàn)概況 

2.1   試驗(yàn)方案 
本試驗(yàn)采用不摻纖維、單摻聚乙烯醇或纖維素纖維、雙摻聚乙烯醇和纖維素纖維、不同強(qiáng)度等級的混凝土，研究混雜纖維混凝土的性能優(yōu)勢以及纖維摻量、強(qiáng)度等級、齡期的變化對混雜纖維混凝土性能的影響。對于試驗(yàn)性能指標(biāo)本文著重研究了坍落度、抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、電阻率、氯離子滲透系數(shù)等，并對混雜纖維混凝土性能指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行分析研究。試驗(yàn)具體分組如表 2-1所示。試驗(yàn)前在認(rèn)真閱讀相關(guān)規(guī)范的前提下，進(jìn)行基準(zhǔn)混凝土 C30、C40、C50 的配合比設(shè)計，安排好所需試塊兒的種類和數(shù)量。試驗(yàn)中所需要的試塊兒種類和數(shù)量的具體安排如表 2-2 所示。 本試驗(yàn)依據(jù)規(guī)范《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)[48]，對基于 C40 不摻纖維、單摻纖維和 C30、C40、C50 雙摻纖維的混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)齡期分別為 7 天、28 天、60 天、90 天。試驗(yàn)所用的試塊尺寸為 100mm×100mm×100mm，每組 3 個試塊。試驗(yàn)過程用相機(jī)拍攝關(guān)鍵的試驗(yàn)現(xiàn)象，并認(rèn)真記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 
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2.2   原材料及配合比
本試驗(yàn)基準(zhǔn)混凝土所涉及的原材料有：水泥、細(xì)骨料（中砂）、粗骨料（碎石）、粉煤灰、礦渣微粉、減水劑�；炷猎牧闲阅軐炷恋男阅芫哂泻艽蟮挠绊懀瑸榱吮ＷC原材料符合規(guī)范的要求，對其物理化學(xué)性能做了檢測。水泥是一種粉狀水硬性無機(jī)膠凝材料，加水?dāng)嚢韬竽馨焉�、石等材料牢固地膠結(jié)在一起，是混凝土中主要材料之一。水泥的各項(xiàng)性能指標(biāo)直接影響到混凝土的性能指標(biāo)，因此必須保證水泥的各項(xiàng)物理化學(xué)性能指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)范。試驗(yàn)中采用的水泥生產(chǎn)廠家是天瑞集團(tuán)鄭州水泥有限公司，強(qiáng)度等級為 P·O 42.5，各項(xiàng)指標(biāo)的檢測如表 2.3 所示。 礦渣微粉是符合規(guī)范要求的粒化高爐礦渣，經(jīng)干燥、粉磨，達(dá)到相當(dāng)細(xì)度且符合相當(dāng)活性指數(shù)的粉體。作為混凝土的一種優(yōu)質(zhì)摻和料，可以提高混凝土的和易性、強(qiáng)度、耐久性和減少大體積混凝土的水化熱。本試驗(yàn)采用河南省新鄉(xiāng)市長城礦粉有限公司生產(chǎn)的品種等級為 S95，各項(xiàng)指標(biāo)的檢測如表 2.4 所示。 
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3  試驗(yàn)結(jié)果分析 ...... 24 
3.1  坍落度 ......... 24 
3.2  立方體抗壓強(qiáng)度 ........ 26 
3.2.1  試驗(yàn)結(jié)果 .......... 26 
3.2.2  結(jié)果分析 .......... 27 
3.3  劈裂抗拉強(qiáng)度 .......... 30 
3.3.1  試驗(yàn)結(jié)果 .......... 30 
3.3.2  結(jié)果分析 .......... 31 
3.3.3  拉壓比 ..... 35 
3.4  電阻率 ......... 41 
3.4.1  試驗(yàn)結(jié)果 .......... 41 
3.4.2  結(jié)果分析 .......... 41 
3.5  抗氯離子滲透性 ........ 45
3.5.1  試驗(yàn)結(jié)果 .......... 45 
3.5.2  結(jié)果分析 .......... 46 
4  混雜纖維混凝土性能指標(biāo)間的相關(guān)性 ....... 50 
4.1  立方體抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度的相關(guān)性 .... 50
4.2  電阻率和氯離子擴(kuò)散系數(shù)之間的相關(guān)性 ......... 54
4.3  立方體抗壓強(qiáng)度和電阻率之間的相關(guān)性 ......... 59 
4.4  立方體抗壓強(qiáng)度和氯離子擴(kuò)散系數(shù)之間的相關(guān)性 ........ 64
4.5  劈裂抗拉強(qiáng)度和電阻率之間的相關(guān)性 .... 67 
4.6  劈裂抗拉強(qiáng)度和氯離子擴(kuò)散系數(shù)之間的相關(guān)性 .......... 72 
5  結(jié)論與展望 ........ 76 
5.1  結(jié)論 .... 76 
5.2  展望 .... 77 

4   混雜纖維混凝土性能指標(biāo)間的相關(guān)性 

4.1   立方體抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度的相關(guān)性 

從圖 4.1 可以看出，7 天、28 天、60 天混雜纖維混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度為非線性回歸關(guān)系，90 天時，呈現(xiàn)出良好的線性回關(guān)系。28 天、60 天、90 天時，混雜纖維混凝土劈拉強(qiáng)度隨著抗壓強(qiáng)度的增大而增大。7 天時，混雜纖維的劈拉強(qiáng)度并沒有隨著抗壓強(qiáng)度的增大而增大，因?yàn)樗z比較小的混凝土前期膠凝材料水化相對緩慢，使纖維和水泥石的粘結(jié)力較小，而纖維的摻入又增加了混凝土的缺餡，負(fù)效應(yīng)相對大些，從而使其劈拉強(qiáng)度降低。 4.1.2   不同齡期立方體抗壓強(qiáng)度與劈裂抗拉強(qiáng)度的相關(guān)性 圖 4.5-4.8 中，混雜纖維混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度為非線性回歸關(guān)系，除圖 4.5 外，總體上保持了劈拉強(qiáng)度隨著抗壓強(qiáng)度的增長而增長的趨勢。 圖 4.13-4.15 中,  混雜纖維混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度為非線性回歸關(guān)系，圖 4.16 為線性回歸關(guān)系。除圖 4.13 外，都保持了劈拉強(qiáng)度隨著抗壓強(qiáng)度增長而增長的趨勢。 經(jīng)綜合分析，混雜纖維混凝土總體上劈拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的回歸關(guān)系如圖4.17 所示。 

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結(jié)論 

本文通過試驗(yàn)研究了聚乙烯醇纖維（PVA）和纖維素纖維兩種非金屬纖維進(jìn)行混雜的纖維混凝土，對比分析了 PVA-纖維素混雜纖維混凝土的工作性、力學(xué)性能和耐久性，齡期和強(qiáng)度等級對混雜纖維混凝土力學(xué)性能和耐久性的影響；分析了力學(xué)性能和耐久性指標(biāo)間的相關(guān)性，得出以下幾條結(jié)論： 
（1）PVA-纖維素混雜纖維降低了基本混凝土的坍落度，其中 PVA 纖維發(fā)揮主要作用；雙摻纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、電阻率、抗氯離子滲透性的最優(yōu)摻量為 1.2kg/m3(PVA)和 0.9kg/m3(纖維素)。 
（2）PVA-纖維素混雜纖維混凝土7天抗壓強(qiáng)度高于單摻纖維低于不摻纖維，劈拉強(qiáng)度、電阻率、抗氯離子滲透性高于單摻纖維和不摻纖維；28、60、90 天時混雜纖維混凝土抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、電阻率、抗氯離子滲透性高于單摻纖維和不摻纖維，拉壓比在水化趨于穩(wěn)定時（90 天）較大，韌性較好。 
（3）雙摻、單摻、不摻纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、電阻率隨著齡期的增大而增大，氯離子滲透系數(shù)隨著齡期的增大而減小，其中雙摻纖維混凝土性能指標(biāo)隨強(qiáng)度等級的變化和齡期的變化相似；各個指標(biāo)在同一階段不同纖維摻入情況或不同階段同一纖維摻入情況的變化率不同；C40 較 C30、C50 雙摻纖維混凝土拉壓比在水化前期（7 天）和后期（90 天）較好。 
（4）保持一種纖維的摻量不變，改變另外一種纖維的摻量，各個指標(biāo)隨著齡期的增大而增大，  PVA 纖維和纖維素分別促進(jìn)了雙摻纖維混凝土的劈拉強(qiáng)度、拉壓比在早期和后期發(fā)揮正的混雜效應(yīng)；隨著纖維摻量的改變雙摻纖維混凝土電阻率和氯離子滲透系數(shù)的變化早期幅度較大后期趨于平穩(wěn)。 
（5）混雜纖維混凝土的劈拉強(qiáng)度、電阻率隨著抗壓強(qiáng)度的增大而增大，氯離子滲透系數(shù)隨著抗壓強(qiáng)度的增大而減小，劈拉強(qiáng)度、電阻率、氯離子滲透系數(shù)與抗壓強(qiáng)度同一齡期或不同齡期之間具有線性或非線性的回歸關(guān)系；電阻率隨著劈拉強(qiáng)度的增大而增大，氯離子滲透系數(shù)隨著劈拉強(qiáng)度的增大而減小，電阻率、氯離子滲透系數(shù)與劈拉強(qiáng)度同一齡期或不同齡期之間具有線性或非線性的回歸關(guān)系。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號：145922