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粗纤维增强混凝土的性能

摘自:邓宗才《高性能合成纤维混凝土》

RamakrishnanV博士对Forta纤维（该纤维是由美国Forta公司生产的一种粗合成纤维）混凝土的抗弯韧性、弯拉强度、抗冲击性能进行了系统的研究，试验结果汇总如下。

1.粗纤维混凝土试验概况

合成纤维掺量分4种，测试了不同纤维掺量增强混凝土试件的性能，并对这些性能进行了比较分析。主要测试了下列内容：

1）混凝土的基本性能：抗压强度、静载下的弹性模量和弯拉强度。

2）根据ASTM抗弯韧性测试方法，测定荷载-位移全曲线和计算韧性指标。

3）根据日本土木工程工程师协会规程JSCESF4，计算韧性因子和等效抗弯强度。

4）根据ASTMC1399测试程序，计算4种纤维掺量混凝土试件的平均剩余强度（ARS）。

2.Forta纤维混凝土配合比

粗纤维FortaFeero由Forta纤维公司提供。所用水泥为普通Portland水泥，满足ASTMC150要求。粗骨料为碎石灰石，粗骨料的最大尺寸为19mm。细骨料为自然砂，吸水率为1.6%。粗骨料和细骨料的级配符合ASTMC33对骨料级配的要求。水用自来水。

共设计4种配合比。根据Forta公司的推荐，4种纤维体积掺量分别为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%。对0.5%和1.0%体积掺量的混凝土混合料，其水灰比采用0.5。对1.5%和2.0%高体积掺量的混凝土混合料，其水灰比提高到0.55。混凝土配合比见表1。

表1Forta纤维混凝土配合比

配合比编号

水灰比

纤维体积掺量/%

水泥/kg

粗集料/kg

细集料/kg

水/kg

E1

0.5

0.5

25.22

64.86

64.86

12.61

E2

0.5

1.0

25.22

64.86

64.86

12.61

E3

0.55

1.5

25.22

64.86

64.86

13.88

E4

0.55

2.0

25.22

64.86

64.86

13.88

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3.Forta粗纤维混凝土试件

所有混合料的搅拌都在一个9in3（in——英寸，1in=2.54cm）容量的搅拌器中进行。纤维经精确称重后各自放在塑料容器中。首先把粗骨料、砂子和2/3的水倒入搅拌器中搅拌1min，然后把水泥、纤维和剩下的1/3水加入到搅拌器中搅拌3min，随后停止3min，最后再进行2min的搅拌以使纤维均匀分布。对于每一种混合料，根据下列数量和尺寸浇筑试件：

4根101mm×101mm×356mm（4in×4in×14in）梁用于测试韧性（ASTMC1018）。4根101mm×101mm×356mm×（4in×4in×14in）梁用于测试平均剩余强度（ASTMC1399）。3个直径152mm、高304mm（6in×12in）的圆柱体用于测试抗压强度和弹性模量。10个直径为152mm、高度为63.5mm（6in×2.5in）的圆饼用于测试抗冲击性能。

所有试件都按照ASTM标准进行制作并在室温下用塑料布覆盖24h。然后把它们放入到饱和石灰水的水槽中，温度保存在22.2℃,试件在水中保存14d，开始试验。

4.Forta纤维混凝土抗弯韧性试验过程

利用圆柱体测试28d时纤维混凝土弹性模量和抗压强度。

用梁试件测试28d弯拉强度（ASTMC1018）。梁的跨度为305mm试验加载按照恒位移控制为主。挠度变化率根据ASTMC1018保持在0.051~0.102mm/min之间。对于每一根测试梁，记录初裂荷载和最大荷载。用得到的荷载和挠度画出荷载-位移全曲线，通过该曲线，利用ASTM方法可以计算出韧性指标和剩余强度因子。

试验中应用的测试位移设备符合ASTM标准。用特别设计的框架安装读数仪。该框架有四个支撑点。读数仪被固定使之刚刚与梁底面中心点相接触。这种布置能保证测得真实的位移，排除在支撑点和加载点因混凝土压碎而产生的任何附加变形以及由测试结构所引起的任何变形。因为位移为中心点的位移，梁的任何轻度的翘曲和扭曲将不会影响真实位移的测试。因此，通过该测试仪所得到的位移是被测梁的真实位移。荷载-位移曲线下的面积代表测试梁吸收的能量。

控制纤维混凝土韧性指标的最重要的量是纤维效率。影响韧性指标的其他参数是裂缝位置、纤维类型、长细比、纤维含量和纤维的分布。纤维效率由纤维抗拉拔能力控制，抗拉拔能力是由纤维与混凝土基体之间黏结强度提供的。如果纤维是脆性的，在受拉时因伸长量小而破坏，其破坏是快速和灾难性的，与脆断破坏相比，纤维的逐渐拔