纤维增强混凝土力学性能及界面状态研究

• 作 者: 薛强
• 机 构: 天津大学
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 纤维增强混凝土 力学性能 界面状态 增强机理

混凝土是当今世界建筑领域应用最广泛、最重要的材料。纤维增强混凝土由于其各方面优异的性能成为当今研究的热点。混凝土作为传统的建筑工程材料也属于复合材料的事实经常受到忽略。本文从复合材料的角度对纤维增强混凝土的增强机理和界面问题进行了研究和探讨。
本文以聚丙烯纤维和碳纤维为掺入纤维，研究了聚丙烯纤维混凝土和碳纤维混凝土的力学性能，并从复合材料的角度对纤维的增强作用机理以及纤维对混凝土力学性能影响进行了分析。实验表明，聚丙烯纤维的掺入会造成混凝土抗压强度下降和抗折强度的升高。碳纤维的掺入对混凝土的抗压强度提高有积极作用。由于搅拌设备的限制，碳纤维掺量对混凝土力学性能的影响有待进一步研究。
本文研究了不同长度的聚丙烯纤维和碳纤维-聚丙烯纤维混杂增强混凝土的力学性能，并应用复合材料理论对该混杂纤维在混凝土中产生的混杂效应及机理进行了分析。实验结果证明，6 mm和12 mm的聚丙烯纤维混杂得到正的混杂效应，混杂之后抗压性能最大提高14.1％，抗折性能提高18％；碳纤维和聚丙烯纤维混杂发生了负混杂效应，混杂后力学性能略有降低。不同纤维的基本性能及其作用机制的匹配会对混杂结果产生重要的影响，碳纤维和聚丙烯纤维之间不匹配，混杂反而不利于复合材料性能的提高。
本文通过对纤维、纤维与基体界面的SEM分析，结合纤维拔出实验和纤维混凝土力学性能测试，探讨了纤维-基体界面结合性能对纤维增强混凝土复合材料力学性能的影响。实验结果表明，改性聚丙烯纤维与水泥基体间的结合性能最好，其次为空气氧化处理碳纤维、浓硝酸氧化处理碳纤维，未处理碳纤维与基体间界面结合最差。纤维与基体界面结合性能在一定程度上决定了纤维复合材料的性能。