混杂纤维在喷射混凝土中的研究

混杂纤维在喷射混凝土中的研究
焦红娟刘丽君史小兴
（北京中纺纤建科技有限公司北京 100025）
摘要：本文详细研究了不同掺量的有机仿钢丝纤维（简称仿钢纤维）、钢纤维以及仿钢纤维和钢纤维混杂对喷射混凝土性能的改善。

研究结果表明：混杂纤维比单纯的仿钢纤维和钢纤维混凝土有更好的韧性和延性，在混凝土拌和性能方面仿钢纤维和混杂纤维表现出比钢纤维更好的和易性，更适合于隧道喷射混凝土工程。

关键词：有机仿钢丝纤维、钢纤维、混杂纤维、弯曲韧度指数
1、前言
喷射纤维混凝土是在普通混凝土中掺入分布均匀且离散的纤维，依靠压缩空气将纤维混凝土高速喷射到结构的表面，快速凝固后形成支护壳体。

纤维混凝土中乱向分布的短纤维主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和阻滞宏观裂缝的发生和发展。

在受荷(拉、弯)初期，水泥基料与纤维共同承受外力，当混凝土开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。

在基体的受拉边缘和裂缝尖端，传递的力受到纤维的约束，并由集中受力变成分散受力，阻止了基体中裂纹的扩展和张开，且纤维在拔出过程中能够吸收大量的能量，其韧性都得到了大幅度提高。

纤维掺入混凝土中，能显著改善混凝土的抗裂性、韧性，可以在地下及隧道工程中，代替现浇钢筋混凝土、挂网喷混凝土支护。

文中是针对某大型水电站喷射纤维混凝土技术工艺进行的专门研究，试验研究对工程有很好的指导作用。

2、试验过程
2.1原材料
试验采用北京琉璃河水泥有限公司生产的P·O42.5水泥，28天胶砂抗压强度57.8MPa、抗折强度10.1MPa；使用曲寨II级粉煤灰，细度11.6％、烧失量0.47%、需水量比98%；硅粉为青海西宁山川铁合金厂生产，比表面积195000m2/kg；选用北京中水科海利工程技术有限公司生产的SK-10A聚羧酸减水剂，1.5%掺量减水率32.5%。

骨料采用北京的河砂和石灰石碎石，河砂细度模数2.5，碎石粒径5～10mm。

砂率为65%时混杂骨料级配见表3.1：
表1 混杂骨料通过各筛径的累计重量百分比（％）
有机仿钢丝纤维由北京中纺纤建科技有限公司生产，纤维性能指标见表
2。

表2 仿钢纤维性能指标
表3 钢纤维性能指标
2.2 试验混凝土配合比
表4 纤维混凝土配合比
在拌合物中加入的钢纤维应充分分散均匀，才能在混凝土中起到增强作用，如果加入的钢纤维分散不均匀，将使有的部位混凝土缺少纤维，有的部位纤维过
多形成团，这样不仅没起到增强作用，还会引起局部强度削弱。

因此只有保证纤维在拌合料中分散均匀，才能获得良好的增强效果。

由于钢纤维被水溶性胶黏结成排，干料搅拌时成排钢纤维被打散分布在整个拌和物中，钢纤维在拌和物的摩擦力及水分的作用下，分解为单根钢纤维。

仿钢纤维在干拌过程中即可分散均匀。

3、试验结果分析
3.1 纤维混凝土抗压强度
表5 纤维混凝土的抗压强度
由表5可知，掺钢纤维和仿钢纤维会在一定程度上影响混凝土的强度。

随着有机仿钢丝纤维掺量的增加，混凝土抗压强度有所降低。

这是由于纤维的掺入，增加了混凝土内部界面效应所致。

而掺加钢纤维的混凝土强度比仿钢纤维混凝土强度降低幅度大，分析原因主要为钢纤维在混凝土中分散不均所致（见图）。

不过混凝土试件在室内试验阶段的抗压强度有很大的富余量，五组纤维混凝土均可满足抗压强度设计要求。

3.2 纤维混凝土抗折强度
纤维混凝土的抗折强度测试根据CECS13: 89《钢纤维混凝土试验方法》中试验方法进行，纤维长度不大于40mm，采用100×100×400mm的梁式试件。

抗折试验进行三分点加荷，测得的抗折强度值乘以0.82的尺寸换算系数。

由图1
和图2可见，基准混凝土试件已被完全折断，而纤维混凝土试件裂而不断，可看到很多钢纤维和仿钢纤维横跨裂缝之间，试件仍能继续承受部分荷载。

由表6可知，掺仿钢纤维和钢纤维后混凝土的抗折强度均有所增大，最大增长率为13.3%。

掺45kg/m3钢纤维的抗折强度增长率为7.7%；随着仿钢纤维掺量的增加，混凝土抗折强度增大，仿钢丝纤维的掺量由9kg/m3增加到11kg/m3，抗折强度增长率由11.7%增加到13.3%。

混杂纤维对抗折强度的增强也较大，达到9～13%左右。

图1基准混凝土试件抗折试验后的破坏情况
图2纤维混凝土试件抗折试验后的破坏情况
表6 纤维混凝土抗折强度
3.3韧度指数
根据CECS13: 89《钢纤维混凝土试验方法》的规定，纤维长度不大于40mm ，可采用100
×100×400mm
的梁式试件。

采用三分点恒应变速度加荷，加荷速度在初裂前后均取0.1mm/min 。

试验在TONI 3000kN 抗折材料试验机上进行，计算机控制加荷速度并自动采集记录数据绘制荷载——挠度曲线，部分试验情况见图1。

以4个试件计算值的算术平均值计算该组试件的初裂强度和韧度指数，韧度试验结果见表7。

为观察纤维在混凝土中的分布均匀情况，做完韧性试验后继续用抗折试验
机快速加荷折断试件，见图4～6。

由图4～6可见，钢纤维在断面上有部分集中情况出现（试件底部较多），仿钢纤维和混杂纤维在断面上的分布都很均匀，混杂纤维中钢纤维和仿钢纤维间插分布均匀。

图3 折断试件观察纤维在断面上的分布图4 钢纤维混凝土的断面
图5仿钢纤维混凝土的断面图6 混杂纤维混凝土的断面
表7 各配合比纤维喷射混凝土韧度指数试验结果
由表7可知，纤维喷射混凝土的初裂强度只有抗折强度的50%；掺有机仿钢丝纤维混凝土的初裂强度略有降低，混杂纤维混凝土的初裂强度较好，基本没有下降。

掺仿钢纤维喷射混凝土的弯曲韧度指数I10、I30相对较低，但混杂纤维喷射混凝土的弯曲韧度指数较高，要高于掺加45kg/m3钢纤维的喷射混凝土。

韧度系数R30/I10的计算结果表明，相对于钢纤维喷射混凝土，低掺量的仿钢纤维喷射混凝土的韧度系数较低，当掺量大于10kg/m3时韧度系数才能高于钢纤维喷射混凝土。

混杂纤维喷射混凝土（C525、C725、C335、C535）的韧度系数较高。

由于CECS13:89标准初裂点的选取随意性较大，对弯曲韧度指数I10、I30以及韧度系数R I30/I10的计算影响较大。

因此，按照日本标准JSCE-SF4计算了挠度2mm 时弯曲韧度指数，以便对比分析。

由表7可以看出，钢纤维喷射混凝土的弯曲韧度指数较大，C525和C725混杂纤维喷射混凝土的弯曲韧度指数均接近或大于钢纤维喷射混凝土。

C335和C535弯曲韧度指数比钢纤维喷射混凝土提高40～60％。

4、结论
（1）素混凝土和纤维混凝土的抗压强度为55～65MPa，掺钢纤维和仿钢纤维会在一定程度上降低混凝土的强度，这与纤维在混凝土中的分散均匀性有关。

（2）各配合比纤维喷射混凝土的抗折强度为 5.7～6.5MPa，掺钢纤维、仿钢纤维和混杂纤维混凝土抗折强度均有所增大，仿钢纤维提高混凝土抗折强度程度最大为13.3%。

（3）纤维喷射混凝土的初裂强度只有抗折强度的50%左右，混杂纤维喷射混凝土的弯曲韧度指数比单一掺加仿钢纤维和钢纤维弯曲韧度指数高，C335和C535混杂纤维喷射混凝土的弯曲韧度指数比钢纤维喷射混凝土提高40～60％。

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浅谈混杂纤维混凝土的增强机理

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纤维布混杂形式对混凝土界面力学性能的影响

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维普资讯
２０年第５期（总第２１期）０７１
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混杂纤维增强高性能混凝土拉压比试验研究

ｃｎｔａｓｉｃｉｅＨＰＣｐｃｍｅ．Ａａｇｅ～ｓａｅｒｇｒｓｉｎａｙｉａｃｒｉｄｏｕｕｉｇｘｒｍｅａｄｔｏｒｄｉｔｎｔｖｓｅｉｎｓｌｒｃｌｅｅｓｏｎａｌｓｓｗｓａｒｅｔｓｎｅｐｅｉｎｔｌａａｇａｈｅｅｒｍａｉｓｓｕｃｓｔｖｌａｉｆｒｔｏｂｅｗｅｎｓｌｔｉｇｔｎｉｅｓｒｎｈａｏｐｅｓｖｅｓｒｎｈｔｒｄｆｏｖｒｏｕｏｒｅｏｅａｕｔｏｎｏａｉｔｅｐｉｔｎｅｓｌｔｅｇｔｎｄｃｍｒｓｉｔｅｇｔ
混杂纤维增强高性能混凝土拉压比试验研究
＊
夏广政夏冬桃，徐礼华池寅。，，
（．湖北工业大学土木工程与建筑学院，汉１武４０６；．汉大学土木工程与建筑学院，汉３０４２武武４０７３０２）
关键词：杂纤维；混高性能混凝土；度；压比强拉
中图分类号：Ｕ３５Ｔ７
文献标志码：Ａ
文章编号：０６３９２０）５１３３１０ —７２（０７０ —００～０
ＥｖｌａｉｎｏｔｏｂｔｅｐｉｔｎｎｉｅＳｒｎｇｈａｄａｕｔｏｆＲａｉｅｗｅｎＳｌｔｉｇＴｅｓｌｔｅｔｎ
强度影响不明显，可使抗拉强度提高１～３，拉压比增大到００～００８；纤维体积掺量为但００使．６．６钢

层内混杂纤维布约束混凝土柱轴压性能试验研究

１试件设计与试验方法
１１纤维布材性．
试验采用４种纤维布，为芳纶纤维（、其Ａ）聚酯纤维（）尼龙纤维（以不同比例层内混杂而成，Ｄ、Ｎ）层内混杂纤维布材料的力学指标详见表１。
１３加固方案．
ＨＦＰ约束混凝土柱力学性能研究较少，文通过Ｒ本
芳纶纤维、聚酯纤维、龙纤维层内混杂约束混凝土尼柱的轴压性能试验，究了层内混杂纤维布（ｎｅ研ＩｎｒＨｙｒｉｅｉｆｒｅｌｓｉ，称ＩＲ）ｂｉＦｂｒＲｅｏｃｄＰａｔｓ简ｄｎｃＨＦＰ约束柱的破坏形态最探讨ＩＲＨＦＰ布用于加固的可行性。
纤维布粘贴采用湿粘法，维布宽度为１０纤０ｍｍ，经树脂浸润后粘贴包裹于柱表面。
棱柱体：柱的表面进行打磨，对转角处进行倒角
处理，圆弧半径２０ｍｍ；丙酮擦净表面，胶再缠用涂绕纤维布。标准试件为３个未加固试件；于每一对种纤维布而言，３个粘贴纤维布２层，３个粘贴纤维布３层。纤维布搭接长度为１０ｍｍ。５
层内混杂纤维布约束混凝土柱轴压性能试验研究
徐永朝，李建辉邓宗才，
（．京工业大学城市与工程防灾减灾省部共建教育部重点实验室，京１０２；．国建筑总公司五局一公司，京１０２）１北北０１４２中北００４

混杂纤维混凝土动力特性的试验研究

维普资讯
第２卷第４６期
２００８年８月
江
西
科
学
Ｖｏ．６Ｎｏ４１２．
Ａｕｇ２０８．０
ＪＡＮＧＸＩＳＩＮＣＩＣＥＥ
文章编号：０１６９２０）４— ５３— １０ —３７（０８００９０４

合成纤维与钢纤维的混杂Ｊ但是细合成纤维，掺量一般较小，对硬化混凝土性能改善很小，而钢纤维的造价较高，同时存在腐蚀问题。当采用粗合成纤维与钢纤维的混杂时，粗合成纤维可以部分取代钢纤维，同时解决钢纤维混凝土造价高、耐
ｏｙｉｂｅｉｆｒｅｎｒｔｆＨｂｒｄＦｉｒＲｅｎｏｃｄＣｏｃｅｅ
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竹钢混杂纤维混凝土的抗冲击性能试验研究

文献标识码：Ａ
文章编号：１０００ — ４６３７（２０１３）１０ — ４８一Ｏ３
Байду номын сангаас
０
前言
六组不同试件的冲击试验结果，研究竹钢混杂纤维对混凝土抗冲击性能的提升效果。
１试验研究
不同纤维材料对纤维混凝土的力学性能有不同的影响。对混杂纤维混凝土的力学性能而言，纤
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｍｐａｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；Ｈｙｂｉｒｄｆｉｂｅｒｃｏｎｃｒｅｔｅ；Ｓｔｅｅｌｆｉｂｅｒ；Ｂａｍｂｏｏｉｆｂｅｒ
中图分类号：ＴＵ５２８．５７２
缩与抗冲击能力。本文用自行设计的冲击试验装置对竹、铜纤维混杂纤维混凝土试件进行了冲击试验，对比了不同
组别试块的冲击试验结果，分析了混杂纤维对混凝土抗冲击性能的影响。关键词：抗冲击力学性能；混杂纤维混凝土；钢纤维；竹纤维
２０１３年第ｌ０期
１０月
混凝土与水泥制品
ＣＨＩＮＡＣ０ＮＣＲＥＴＥＡＮＤＣＥＭＥＮＴＰＲＯＤＵＣＴＳ
２０１３Ｎｏ．１０Ｏｃｔｏｂｅｒ
竹钢混杂纤维混凝土的抗冲击性能试验研究

基于正交试验法的混杂纤维橡胶混凝土力学性能试验研究

DOI：10.19936/ki.2096-8000.20211228.011基于正交试验法的混杂纤维橡胶混凝土力学性能试验研究朱鹏宇1,万后林2,朱叶1,顾文虎1(1.淮阴工学院建筑工程学院，淮安223000；2.江苏东辰建材有限公司，淮安223000)摘要：针对混杂纤维橡胶混凝土(HFRC)设计了正交试验，对其力学性能进行测试并与普通混凝土对比，分析了玄武岩纤维体积率、聚丙烯纤维体积率和橡胶体积率对HFRC抗压、劈裂抗拉和抗折强度的影响。

结果表明：当玄武岩纤维体积率为0.3%、聚丙烯纤维体积率为0.2%、橡胶体积率为5%时,HFRC各项性能表现最佳。

玄武岩纤维对HFRC，强度的影响程度最大,掺入混杂纤维HFRC,强度有较大幅度提升，体现了良好的纤维“正混杂效应"，随着橡胶体积率增加,HFRC强度逐渐降低。

借助SEM微观分析了纤维在HFRC中的桥接增强作用，对HFRC增韧阻裂机制进行了讨论，最后对HFRC强度进行了模型预测。

关键词：混凝土；力学性能；玄武岩纤维；聚丙烯纤维；橡胶；强度；SEM微观分析；复合材料中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：2096-8000(2021)12-0073-05Experimental study on mechanical properties of hybrid fiber rubberconcrete based on orthogonal experimentZHU Peng-yu1,WAN Hou-lin2,ZHU Ye1,GU Wen-hu1(1.Faculty of Architecture and Civil Engineering,Huaiyin Institute of Technology,Huaian223000,China;2.Jiangsu Dongchen Building Materials Co.,Ltd.,Huaian223000,China)Abstract:Orthogonal experiments were designed for hybrid fiber rubber concrete(HFRC),and its mechanical properties were tested and compared with ordinary concrete.The volume ratio of basalt fiber，polypropylene fiber and rubber volume ratio were analyzed for the impact of HFRC's compression and splitting strength.The results show that when the volume ratio of basalt fiber is0.3%,the volume ratio of polypropylene fiber is0.2%,and the volume ratio of rubber is5%，the performance of HFRC is the best.Basalt fiber has an impact on the strength of HFRC and the strength of HFRC mixed with hybrid fiber has been greatly improved,which reflects a good fiber"positive hybrid effect".As the volume rate of rubber increases,the strength of HFRC gradually decreases.With the help of SEM microscopic analysis,the mechanism of fiber toughening and crack resistance of HFRC was discussed,and finally the strength of HFRC was modeled.Key words:concrete;mechanical properties;basalt fiber；polypropylene fiber；rubber；strength；SEM microanalysis;composites1前言废轮胎的数量在全球范围内都在逐年增多，由于废轮胎的成分较为复杂,其分解时间极为漫长，且会对环境造成较大污染。

浅谈喷射混凝土与粘钢在混杂结构加固施工中的应用

墙面安装钢筋网片及对梁、柱进行粘钢处理。
鉴定为严重破坏，或拆除或加固。应业主要求，该建筑对物进行结构修复及补强，根据四川省人民政府令第２６号２文第十七条地震灾区受损房屋建筑抗震设计、修复、加固原则和水电十局都江堰市办公区配套楼结构加固图，对结
６１３）１８０
过鉴定，某些房屋能够通过结构加固修复后继续正常使用，
本文结合工程实际简要介绍了喷射混凝土与粘钢加固在混杂结构加固施工中的应用。
关键词：喷射混凝土；粘钢；混杂结构；加固
（）窗间墙等墙体裂缝进行裂缝修补和粘玻璃纤维片３材加固。
１工程概况
原水电十局配套楼位于都江堰市蒲阳路，建于１８９８年，六层混杂结构（层砖混，一、二层局部两层框架）六。
因“ ．２汶川大地震严重受损，经都江堰市房屋安全检测５１”
卸载主要表现为：清除室内垃圾；剔除墙面抹灰层；及时清运室内建筑垃圾等。建筑物卸载完成后，按设计要求对
混杂结构随之而来。目前我国国内仍有许多混杂结构建筑材
ｒ物，其中最为普遍的是砖混与框（）混杂结构，抗震设排架
公区停车场，施工场地狭小，施工采取全封闭施工，施工
防烈度较低，按５０年设计基准期计算该类建筑物已相继进入中老年期，多数出现不同程度的损坏或老化，在 “ ．２５１” 汶川大地震中受损尤为严重，急需加固修复。近年来，喷射混凝土法和粘钢加固法等有关混杂结构补强加固的新技

纤维喷射混凝土硬化对隧道围岩的支护作用

纤维喷射混凝土硬化对隧道围岩的支护作用摘要：我国地质条件复杂多变，在川、陕、云、贵等省份铁路隧道占比超过30%，铁路隧道建设面临着软岩大变形、高地应力、岩爆、强地下水压力等工程技术难题，如何解决铁路隧道的支护技术、提升隧道的使用性能和服役年限成了重点和热点研究课题。

高强度纤维喷射混凝土可以有效提高抗压强度、抗拉强度和弯拉韧度，增强抗冲击能力和对裂缝的控制，是理想的铁路隧道初次支护方法，可以很好地适应我国复杂多变的山区地质条件。

本文主要分析纤维喷射混凝土硬化对隧道围岩的支护作用。

关键词：纤维喷射混凝土;隧道工程;无碱液体速凝剂引言喷射混凝土广泛应用于钻爆法施工的隧道围岩支护中，与锚杆、钢筋网、钢拱架等组成联合支护，形成初支结构，对维护围岩稳定起到关键作用。

喷射混凝土是将水泥、砂子、石子、水和外加剂按照一定比例混合，采用喷射机通过高压空气喷射到围岩表面，不需人工振捣，混凝土可快速凝结硬化，1d抗压强度为10MPa左右。

喷射混凝土的早期强度高，可有效抑制开挖洞室的围岩变形，发挥围岩的自撑能力。

速凝剂是喷射混凝土中最重要的外加剂，可提高混凝土的早期强度，并有效提高一次喷层的厚度。

目前，液体速凝剂应用较多，配合湿喷混凝土使用。

速凝剂主要分为有碱和无碱2种:有碱液体速凝剂使混凝土后期强度损失严重，并对人体产生危害，目前使用量逐渐减少;无碱液体速凝剂对混凝土和人体无害，发展较为迅速。

1、工程概况单线某铁路隧道全长2670m，最大埋深约185m，进口里程D1K273+870，出口里程D1K276+540，设计为11．2%、11．7%、1．3%的单面上坡。

隧道除D1K273+870～D1K274+266．276段位于半径为1200m的右偏曲线、D1K276+273．248～+540段位于半径为1600m的左偏曲线上外，其余地段均为直线。

隧址范围内属于北亚温带湿润半湿润大陆性季风季候，年平均气温为4．6℃，极端最高气温为36．5℃，极端最低气温为－37．1℃;年平均降雨量为670．4mm，主要集中于6—8月，年平均蒸发量为1311．3mm，年平均相对湿度为67%。

PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料的配合比及材料性能试验研究

PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料的配合比及材料性能试验研究PVA-钢混纤维增强水泥基复合材料的配合比及材料性能试验研究摘要：本实验旨在研究PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料的配合比与材料性能。

首先，通过对不同配合比的试样进行抗压强度测试，确定了最佳配合比。

随后，对最佳配合比的复合材料进行了抗拉强度、抗冻融性和抗裂性的试验研究。

实验结果显示，采用最佳配合比制备的PVA-钢混纤维增强水泥基复合材料具有较好的性能，适用于土木工程等领域的应用。

关键词：PVA-钢混纤维；水泥基复合材料；配合比；材料性能；抗压强度；抗拉强度1. 引言水泥基复合材料是一种应用广泛的建筑材料，具有良好的力学性能和耐久性。

然而，经常会出现开裂、抗拉强度不足等问题，限制了其在一些重要工程中的应用。

因此，通过添加纤维等增强材料来提高水泥基复合材料的力学性能已经成为了研究的热点。

2. 实验设计2.1 材料及设备本实验采用普通硅酸盐水泥、PVA混纤维和钢纤维作为原材料。

硅酸盐水泥为标号P.O 32.5；PVA-钢混杂纤维的体积含量为1%，2%，3%和4%；钢纤维的长度为30mm，直径为0.5mm。

2.2 配合比设计根据前期实验的结果，确定了最佳的水泥基复合材料配合比为水泥：砂：石：水=1:2.5:4:0.42，PVA-钢混杂纤维的体积含量为3%。

3. 结果与讨论3.1 抗压强度制备不同配合比的试样，经过28天养护后进行抗压强度测试。

结果显示，配合比为水泥：砂：石：水=1:2.5:4:0.42的试样具有最高的抗压强度，达到了40MPa。

该结果表明，该配合比的水泥基复合材料具有较好的抗压性能。

3.2 抗拉强度采用最佳配合比制备的试样进行了抗拉强度测试。

结果显示，抗拉强度随着PVA-钢混杂纤维的含量的增加而提高。

当PVA-钢混杂纤维的体积含量为3%时，试样的抗拉强度达到了6MPa，相比未添加纤维的试样提高了50%。

3.3 抗冻融性将最佳配合比的试样进行冻融循环试验，结果显示，经过50次循环后，试样的抗冻融性能仍然良好，无开裂和脱落现象。

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