周启坤，陈兴碧，周 航

（1.贵州恒安检测科技有限公司，贵州 遵义 563000；2.遵义混凝土鑫技术服务有限公司，贵州 遵义 563000）

1 引言

纤维塑性混凝土具有更大的韧性和延展性，可以更好地吸收应变能。通过抗压强度、劈裂抗拉强度、延展性和韧性确定混凝土的力学特性。

2 样品制备

2.1 聚乙烯醇纤维

聚乙烯醇（PVA）纤维具有较高的强度、较高的弹性模量和较低的断裂伸长率，并且PVA纤维与水泥的粘结力很强，在工程应用中优于聚丙烯纤维、聚酯纤维等其他纤维。PVA纤维的物理性能指标表（略）。主要研究了纤维体积分数对塑性混凝土力学性能和变形性能的影响。

2.2 正交试验

选取水泥、水、膨润土、粘土、砂、石子等6个主要因素进行正交试验。以28 d龄期试件的抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量和拉压比作为评价指标。最后确定了最优配合比，研究了不同纤维体积分数（0%、0.10%、0.20%、0.30%和0.40%）塑性混凝土在单轴压缩和劈裂拉伸试验下的应力-应变曲线和破坏特征。

2.3 纤维塑性混凝土试件

塑性混凝土试件按以下步骤制备。首先，将纤维拌入水泥中，充分混合，以水泥作为分散材料使纤维均匀分散。先将砂和石子放入搅拌机中搅拌30 s，然后加入膨润土和粘土继续搅拌30 s，最后加入水泥纤维混合料并加水继续搅拌2 min。倒出拌合好的混凝土，按照《混凝土质量控制标准》进行坍落度试验，确定混凝土的和易性。坍落度试验测试完毕后，将新鲜混凝土倒入模具中制备尺寸为150 mm×150 mm×150 mm 的立方体试件。每个编号均制备6个试件，其中3个用于单轴压缩试验，另外3个用于劈裂拉伸试验，根据《水工塑性混凝土试验规程》进行测试，万能试验机的加载速率为0.05 kN/s。试验前，试件在标准养护室内（温度为20±2 ℃，湿度为95±0.5%）养护28 d。取3个数据的平均值作为最终测试结果。

3 测试结果和讨论

3.1 和易性

塑性混凝土坍落度随纤维体积分数的变化规律结果显示，随着纤维体积分数的增加，混合料的坍落度逐渐减小。由于PVA 纤维的随机分布，使混合料的摩擦阻力和剪切阻力增大，同时降低了混合料的流动性。此外，PVA纤维的表面和内部也会吸收一定量的水，可能导致混合料中的自由水减少。由于这两个原因，坍落度值急剧下降。由坍落度曲线可知，当纤维体积分数小于0.20%时，坍落度下降得更快，当纤维体积分数大于0.20%时，坍落度下降较为缓慢。

3.2 单轴压缩试验及结果

混凝土在不同纤维体积分数时单轴压缩试验的应力-应变曲线如图1 所示。加载开始时，不同纤维体积分数的试件均处于压实状态，应力-应变曲线基本重合。随着试验的进行，应力-应变曲线开始出现轻微偏离。在应力-应变曲线出现第一个拐点后，应力迅速增加，应变变化很小。不同纤维体积分数的试件峰值应力差异较大。达到峰值之后，应力随应变的增大而减小。纤维体积分数对应力下降速率和最终残余强度有较大影响。产生这种结果的主要原因是内部的纤维产生粘合效应，提高了抗拉强度。同时，纤维韧性阻碍了裂缝发展，既延缓了破坏过程，又使试件保持一定完整性。

图1 塑性混凝土单轴压缩试验应力-应变曲线图

塑性混凝土不同纤维体积分数的抗压强度的变化规律如图2所示。在其他掺量相同的情况下，随着纤维体积分数的增加，塑性混凝土的抗压强度逐渐增大。当纤维体积分数为0.10%时，纤维塑性混凝土的抗压强度为3.13 MPa，低于对照组。当纤维体积分数从0.10%增加到0.20%时，混凝土抗压强度为3.64 MPa，增加了16.30%。当纤维体积分数超过0.20%时，抗压强度增长缓慢。纤维对塑性混凝土的影响主要。首先是纤维与基体之间的结合力；其次是纤维的填充效果；最后是纤维的吸水性。纤维的体积分数越大，吸水率越大。因此，随着纤维体积分数的增加，基体水胶比减小，单轴抗压强度增大。然而，当纤维体积分数增加到一定程度时，纤维的填充效果开始起主要作用。与吸水率相反，充填效应的增加会导致抗压强度的降低，综合效应导致单轴抗压强度缓慢增加。

图2 塑性混凝土不同纤维体积分数的抗压强度图

3.3 劈裂拉伸试验及结果

塑性混凝土不同纤维体积分数的劈裂抗拉强度的变化规律如图3 所示。可以看出，塑性混凝土的劈裂抗拉强度总体上随着PVA 纤维体积分数的增加而增大。当体积分数从0.10%增加到0.20%时，混凝土的劈裂抗拉强度增加了0.12 MPa（增加32.43%），体积分数从0.20%增加到0.30%时，混凝土的劈裂抗拉强度仅增加了0.02 MPa（增加4.08%）。纤维体积分数为0.20%是劈裂抗拉强度增长的分界点。

图3 塑性混凝土不同纤维体积分数的劈裂抗拉强度图

3.4 拉压比

纤维塑性混凝土的拉压比随着PVA纤维体积分数的增加而增大。掺入PVA纤维的塑性混凝土拉压比大于对照组的拉压比。较大的比值意味着纤维塑性混凝土的脆性较小，塑性变形能力较大，极大地有利于连接材料的柔韧性。

3.5 弹性模量和韧性指数

掺入纤维后的塑性混凝土弹性模量均小于对照组，纤维体积分数为0.20%时的弹性模量大于其它纤维掺量时的弹性模量。可能是制备样品时纤维会吸收水分，随着纤维体积的增加，可加工性变低，导致混凝土的弹性模量减小。塑性混凝土的韧性指数随纤维体积分数的增加而线性增加。纤维对提高塑性混凝土基体的韧性有显著作用。

4 结语

①纤维体积分数小于0.20%时，纤维塑性混凝土的单轴抗压强度随着纤维体积分数的增加而下降，纤维体积分数大于0.20%时，随着纤维体积分数的增加，单轴抗压强度略有增加。纤维塑性混凝土的拉压比大于对照组。表明纤维塑性混凝土脆性小，塑性变形能力大，可以吸收断层引起的变形。②弹性模量与纤维体积分数的相关性不显著。应综合考虑纤维的强度、变形性能和分散性，选择合理的纤维体积分数。