1、研究目的
混凝土因其适用性强、原材料来源丰富、生产与成型便捷以及经济性高等优点，自问世至今已经成为世界上应用最广、用量最大的工程建筑材料。随着工程经验的积累和相关研究的发展，混凝土的性能已经有了一定的改善，尤其在抗压强度和耐久性上得到了显著的提高[1]。然而这并未改变混凝土作为水泥基材料的脆性本质，它自身仍存在不足之处，比如自重大、极端荷载下容易脆性破坏，及其最为致命的弱点——抗拉强度低，混凝土材料在拉应力作用下容易出现裂缝并难以抑制其扩展，结构往往会迅速失去承载能力而破坏。因此，如果能从材料本身上改善甚至转变混凝土的这些劣势特性，将对提高混凝土结构的安全性和耐久性具有深远的意义，还能拓展混凝土在大跨度、超高层等领域的应用前景，这也正是现代混凝土研究的一个重要方向[1]。
2、实验过程
2.1 配合比设计
基于原材料掺量和参数的配合比初步研究，超高韧性纤维增强混凝土的配合比中，砂胶比不宜超过 0.5，水胶比宜在 0.3 左右，粉煤灰掺量不宜超过 65%。采用 12mmPP 纤维，体积掺量为2%，采用最大粒径0.6mm的特细砂，砂胶比分别为 0.4、0.45、0.5，粉煤灰掺量分别为20%、40%、60%，在搅拌过程中保证各组搅拌性能相近的同时控制用水量使水胶比在 0.25-0.3之间。基于以上分析，本文设计了 9 组不同配合比来制备超高韧性纤维增强混凝土试件，具体配合比如表 2.1 所示。 对各组配合比下的试件进行7d、28d和60d的抗折、抗压试验，分析了超高韧性纤维增强混凝土的抗折抗压强度随龄期增长的特点，以及其不同于常规水泥基材料的破坏特征。
表 2.1 配合比设计结果
2.2 不同龄期的抗折强度
对 9 组配合比的超高韧性纤维增强混凝土试件不同龄期的抗折强度试验结果如表2.2 所示。
表 2.2 不同龄期的抗折强度试验结果
由上表可知，本文配制的超高韧性纤维增强混凝土7d抗折强度能达到 4.7-6.6MPa，28d 抗折强度能达到 5.7-7.8MPa，60d抗折强度能达到 6.9-8.3MPa。从上表中的抗折强度数值中难以直观看出其中的规律，本文将表 4.2 中的结果生成直方图进行对比，如图 2.1 所示。
图 2.1 不同配合比和龄期下的抗折强度
从图 2.1 可以看出，整体上粉煤灰掺量越低，抗折强度越高，7d 到28d 抗折强度增长较快，而 28d 到 60d 抗折强度增长较慢。粉煤灰掺量较高时，整体抗折强度较低，但后期抗折强度有较明显的提高。高掺量粉煤灰前期强度较低，但有着长龄期的火山灰反应缓慢加强纤维-基体界面的粘结力，促进纤维发挥增强增韧作用。
2.3不同龄期的抗压强度
对 9 组配合比的超高韧性纤维增强混凝土试件不同龄期的抗折强度试验结果如表2.3 所示。
表 2.3 不同龄期的抗压强度
由上表可知，本文配制的超高韧性纤维增强混凝土 7d 抗压强度能达到 25.3-33.6MPa，28d 抗压强度能达到 38.9-49.8MPa，60d 抗压强度能达到 46.6-56.0MPa。从上表中的数值中难以直观看出其中的规律，本文将表 2.3 中的结果生成直方图进行对比，如图 2.2 所示。
图 2.2 不同配合比和龄期下的抗压强度
可以看出在相同水胶比下，粉煤灰掺量越低，7d 到 28d 抗压强度增长较快，28d-60d抗压强度增长较慢。粉煤灰掺量越低，则 28d-60d 抗压强度增长幅度更大。整体上当粉煤灰掺量过高时，试件抗压强度较低。
与抗折强度试验类似，在试件达到抗压强度后，试件外观完整而不会脆性破坏。持续加压破坏，试件侧面出现多缝开裂的现象，基体通过多缝开裂的方式来适应横向的变形，而纤维的存在很好地维持了试件的完整性，结构不会发生脆性崩坏。
2.4 不同龄期的折压比
根据上述抗折抗压强度试验结果，计算不同龄期的折压比，结果如表 2.4 所示。
表 2.4 不同龄期的折压比
将表 2.4 中的数据绘成直方图，如图2.3所示。
图 2.3 不同配合比和龄期下的折压比
由图2.3所示可以发现超高韧性纤维增强混凝土的 7d 折压比基本能达到20%左右，随着龄期增长，抗压强度增长速度比抗折强度增长速度要快，折压比呈下降趋势。当龄期到 28d 以后折压比趋于稳定，主要集中于15%左右。粉煤灰掺量越高，折压比呈增大趋势，但掺量超过40%后，折压比增长不明显，强度下降较明显。普通混凝土 28d的折压比范围是7%-10%之间，大部分集中在 7%-8%之间，根据经验，对于制作质量和性能较高的混凝土而言，通常 30MPa 抗压强度对应的抗折强度约为4MPa，而超高韧性纤维增强混凝土 30MPa 抗压强度对应的抗折强度基本都能达到7MPa以上，可见其韧性远高于普通水泥基材料。
3、结论
本实验设计了 9 组不同的超高韧性纤维增强混凝土配合比制备试件， 通过适当调整配合比，本文配制的超高韧性纤维增强混凝7d抗折强度能达到4.7-6.6 MPa，28d 抗折强度能达到 5.7-7.8 MPa，60d 抗折强度能达到6.9-8.3 MPa；7d抗压强度能达到 25.3-33.6 MPa，28d抗压强度能达到 38.9-49.8 MPa，60d抗压强度能达到46.6-56.0 MPa；从这些基本力学性能指标值来看，本文配制的超高韧性纤维增强混凝土在强度上能达到 C40 混凝土的强度等级，且折压比能接近普通混凝土材料的2倍。
参考文献
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