【摘要】通过对聚丙烯纤维混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度以及弹性模量的试验研究，得出掺入聚丙烯纤维对混凝土的抗压强度影响不显著，却能显著改善混凝土的劈裂抗拉强度和弹性模量。
【关键词】聚丙烯纤维；混凝土；力学性能
前言
在混凝土的使用性能规定中其普通物理力学方面的性能是最根本的，但也是最重要的，不但是混凝土结构设计时的直接依据，也是考察具体工程应用的重要对象。诸如混凝土早期的抗压强度、抗拉强度以及弹性模量等，这些性能在混凝土结构设计中都是非常重要的参考指标，其在现阶段的混凝土规范中的取值已不能很好的适用于现代混凝土工程，这方面的试验研究尚有些欠缺，正因为如此，本文就聚丙烯纤维混凝土的物理力学方面的性能进行了一系列试验研究，为降低混凝土结构的早期裂缝提供有价值的参考[1～3]。
1、不同水胶比条件下聚丙烯纤维对混凝土抗压强度的影响
1.1试验方法
试验用试件为100mm×100mm×100mm的三联立方体试件，在试验过程中应采取措施以保证能达到连续均匀加载，根据现行《建筑材料试验手册》，考虑尺寸效应的影响，当试验采用100mm×100mm ×100mm的立方体试件时，混凝土抗压强度的实测值需要乘以数值为0.95的系数以进行折减，计算结果取三个试件的算数平均值作为该组试件的抗压强度值。
1.3试验结果分析
在低水胶比条件下，混凝土试件的抗压强度值升高，合理掺入聚丙烯纤维的掺量可以增强混凝土试件的抗压强度实测值，分析认为在混凝土试件受压时试件会发生横方向的膨胀，因为聚丙烯纤维的掺入导致横方向的膨胀将会受到纤维筋的约束作用，因此延缓了试件破坏的进程，增强了纤维混凝土材料的延展性以及极限压应变值，实验过程中没有发生类似于普通混凝土试件的突然碎裂和抗压强度值的突然下降，而是在整个的试验过程中破坏趋于减缓。此外，在抗压强度值较高的混凝土试件中，混凝土同聚丙烯纤维之间的界面接触区域得到了加强，当混凝土试件发生开裂以后，填充于裂缝中间的聚丙烯纤维筋可以依靠着同混凝土试件接触界面间的黏结力发挥其作用，而不会轻易拔出，从而能够充分发挥加强作用。
2、不同水胶比下聚丙烯纤维对混凝土劈裂抗拉强度的影响
混凝土损伤理论认为混凝土裂缝的出现一般是因为拉应力超过了混凝土试件的极限抗拉强度值，故而，混凝土抗拉强度值对于研究掺聚丙烯纤维混凝土的抗裂性是一个非常重要的指标。我国的高等院校以及科研机构已经进行过许多直接拉伸破坏的试验，发现混凝土的直接拉伸试验操作复杂，混凝土试件很难保证一直处于轴心受拉状态，其破坏大部分均为偏心受拉状态下的破坏。美国认证协会（American Certification Institute，简称ACI）把劈裂抗拉强度的试验方法应用在纤维混凝土抗压强度值的测定，其测得的试验数据结果离散性非常小，另一方面，劈裂抗拉强度的试验方法在操作方面更加简单方便。中国高校大连理工大学在研究制定钢纤维混凝土结构的试验标准时所采用的也是劈裂抗拉强度的试验方法。对于聚丙烯纤维混凝土试件虽然还没有统一的、专门的标准进行试验指导，但是参照钢纤维混凝土试件的试验操作方法还是切实可行的。
2.1试验设备及方法
式中，：fsp：混凝土试件的劈裂抗拉强度值（单位：MPa）
Pu：混凝土试件的破坏荷载（单位：N）
a：混凝土试件的边长（单位：mm）
F：混凝土试件的破坏荷载（单位：N）
A：混凝土试件的劈裂面积（单位：mm2）
2.2试验结果及分析
聚丙烯纤维影响混凝土试件劈裂抗拉强度的程度不能单纯由劈裂抗拉强度的实测值去衡量，还需要综合考虑混凝土试件抗压强度实测值的影响，因此使得拉强比这个指标可以很好的反应聚丙烯纤维对混凝土的增强作用。由图2-5能够得到，三条曲线走势层次分明，表现出水胶比的变化对拉强比指标的控制作用，是拉强比指标的重要影响因素。在较高水胶比条件下，掺入聚丙烯纤维后的混凝土试件的计算拉强比值只有小幅度的攀升，曲线走势很平缓。而在0.35和0.40水胶比条件下掺入聚丙烯纤维后的混凝土试件的计算拉强比值的增长却相当显著，尤其是在聚丙烯纤维掺量1.0kg/m3以下时，混凝土试件的计算拉强比曲线的走势非常陡峭，而聚丙烯纤维掺量超过1.0kg/m3以后，拉强比曲线走势又渐趋平缓，显示出聚丙烯纤维对混凝土试件拉强比指标的增强还存在着科学合理的掺量范围，这个掺量范围就在1.0kg/m3附近。总体上来说，聚丙烯纤维的掺入能够显著的加强混凝土的拉强比指标，这种加强效果在低水胶比条件下更加显著。
3、不同水胶比下聚丙烯纤维对混凝土弹性模量的影响
弹性模量是用来描述固体材料抵抗形变能力的物理量，能够表征固体材料在弹性范围内抵抗变形的难易程度，是一种最重要、最具特征的力学性质。很明显混凝土材料不能算严格的弹性体材料，但在所施加荷载很小时，所施加在混凝土试件上的荷载值都在弹性的比例极限的变化幅值内，应力值和应变值近似成一条直线，而且还是正比例关系，也就是公式，这种近似关系产生的误差在实际工程计算中是不会造成不好的后果的。所有外界荷载的施加都将要通过混凝土试件产生一定的应力值，假如材料的弹性模量比较小，则试件就非常容易产生形变，通过试件的形变做功而把材料的内应力耗费掉；如果材料的弹性模量比较大，当试件受到荷载亦或温度升高后，混凝土试件基体就无法产生足够多的形变，这样就要在混凝土试件基体内部生成无法抵消的内应力，当这个内应力逐渐积累超过材料塑性变形的范围以后混凝土试件就将发生无征兆的脆性断裂，亦即脆断，脆断现象也是传统混凝土试件发生破坏的显著特点[6]。
建设工程施工单位在计算钢筋混凝土结构构件的变形、构件裂纹的发展和大体积钢筋混凝土结构的温度应力的时候，都需要混凝土材料的弹性模量的数值[7]。在具体的工程实际中[8]，也曾经出现过混凝土试件强度能够达到材料的设计要求但是材料的弹性模量偏低而引起变形值太大，使得钢筋混凝土结构构件不能够被正常使用，从而导致混凝土结构失衡的工程质量事故；在最近的高铁工程建设中对材料的弹性模量值也有非常高的要求，28d龄期的弹性模量值就要求达到35.5GPa。
3.1试验设备及方法
3.2试验结果及讨论
4、结论
对掺聚丙烯纤维混凝土的普通物理力学性能（主要是抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量）进行了全面试验研究，结论如下：
（1）聚丙烯纤维的掺入对混凝土试件抗压强度的影响不要单纯看纤维的掺入量，在相异的水胶比条件下纤维掺量对抗压强度的影响趋势也不一样，较低水胶比条件下合理纤维掺量对混凝土试件抗压强度值有增强效果；
（2）在相同水胶比条件下，仍然存在一个对混凝土抗压强度有利的合理的聚丙烯纤维掺量范围；0.35和0.40水胶比条件时的合理聚丙烯纤维掺量都在1.0kg/m3左右，而在0.55水胶比条件下，不管何种聚丙烯纤维掺量的混凝土试件的抗压强度值均明显低于基准组混凝土；
（3）聚丙烯纤维的掺加能显著增大混凝土试件的拉强比指标，体现出聚丙烯纤维具有优异的增韧作用，合理掺加量在1.0kg/m3左右；
（4）在较小应力值及较低纤维掺量时，聚丙烯纤维对混凝土试件的弹性模量的影响同基准组混凝土试件相比较变化趋势较小，故可以取相同混凝土配合比的基准组混凝土的弹性模量值做为具体工程的设计参数。
