摘 要：纤维混凝土在建筑工程领域具有极大研究价值。本文针对掺入剑麻纤维和聚乙烯醇（ＰＶＡ）纤维再生骨料混凝土的抗压强度、抗劈裂强度作对比试验，分析研究其工作性能，为后期研究双掺剑麻纤维与ＰＶＡ纤维再生骨料混凝土最优配合比提供基滅。试验结果表明：掺入纤维会降低抗压强度，提高劈裂强度，双掺比单掺的影响更大，效果更明显；摻入纤维的试件比未掺入纤维的试件劈裂强度高，单掺剑麻纤维的劈裂强度比单掺ＰＶＡ纤维的劈裂强度大。
关键词：剑麻纤维；ＰＶＡ纤维；再生骨料；混凝土；力学性能
引言
混凝土材料因其良好的经济性能和力学性能被广泛应用于建筑工程领域，但混凝土具有抗拉强度底、易开裂等缺点，不断加速着混凝土行业的革新。随着城市化和建筑行业的不断发展，对新型混凝土的需要愈发强烈，发展绿色且综合性能优良的混凝土材料已经成为混凝土材料研究和发展的重要和必然的发展方向。科研学者们发现在混凝土中加入纤维材料能够有效提高其抗劈裂性能进而缩小裂缝宽度，纤维混凝土逐渐替代钢筋混凝土和预应力混凝土成为新的发展方向［１］。随着纤维混凝土制作方式的不断改良，其在公路、建筑、桥梁等诸多工程领域均有使用。
植物纤维是种子植物中一种常见的厚壁纤维，其具有一定的机械支撑作用。最早在1910年美国学者H.F.portert[２］便提出了要研究掺有植物纤维的新型混凝土，我国植物纤维混凝土研究发展较慢，1988年才初次提出这一课题，随后国内研究学者将麦秸、玉米杆、稻草、棉秆等绿色环保材料加入混凝土中并研究其工程性能。聚乙烯醇（ＰＶＡ）纤维是一种新型化学复合纤维材料，其与混凝土具有较强的粘结性。
本文以再生骨料为基础材料，分别加入剑麻纤维、ＰＶＡ纤维、以及双掺剑麻纤维和ＰＶＡ纤维，制作混凝土试块，研究其力学性能。
１试验材料
１．１剑麻纤维
剑麻纤维具有良好的弹性、质地坚韧、拉力强、耐磨耐腐蚀、吸湿放湿快，是很好的环保材料。试验中用的纤维长度为１２ｍｍ，剑麻纤维性质如表１所示。
１．２ＰＶＡ纤维
聚乙烯醇纤维，简称ＰＶＡ纤维，是采用的先进技术合成的一种合成高分子纤维。ＰＶＡ纤维强度高、模量高、具有很强的耐酸碱腐蚀性而且与水泥、塑料等有很好的亲和力与分散性，对人体无毒也不会危害环境。试验中采用的是长度１２ｍｍ，直径３１ｕｍ丝状的ＰＶＡ。将ＰＶＡ纤维的性能如表２所示。
１．３粗、细骨料
试验中采用的骨料分为两种，一种为天然碎石骨料，另一种为再生骨料。粗骨料由普通碎石骨料和再生混凝土骨料构成，普通碎石骨料的粒径是４．７５－１９ｍｍ连续级配，其中，１６－１９ｍｍ的累计筛余５％，９．５－１６ｍｍ的累计筛余６０％，４．７５－９．５ｍｍ的累计筛余１００％，堆积密度是１．５１ｇ／ｃｔｎ３，振实密度１．６０ｇ／ｃｍ３：再生骨料的粒径为４．７５－１９ｍｍ，再生骨料是从本学院混凝土强度为Ｃ３０的梁结构试验废料中取得，经人工敲碎筛分而成。细骨料砂，试验用的是河砂，其表观密度２．６１ｇ／ｃｍ３，用的是哂干的砂含水率可认为０，堆积密度是１．５３ｇ／ｃｍ３，振实密度是１．６５ｇ／ｃｍ３。
１．４水泥
试验水泥采用Ｐ＊〇42.5的普通硅酸盐水泥。由硅酸盐水泥熟料、６％－２０％混合材料，适量石膏磨细组成的水硬性胶凝材料，水泥的各项指标都符合规定。
１．５水
普通自来水。
２试验设计
２．１试验方案
主要设计了掺入体积掺量３．９ｋｇ／ｍ３的ＰＶＡ纤维，再生骨料取代率为１０％的混凝土试块、掺入体积掺量为ｌ．５ｋｇ／ｍ３的剑麻纤维，再生骨料取代率为１０％的混凝凝土试块、两种纤维都掺入的再生混凝土试块及＿组再生骨料取代率为１０％的混凝土试块，四组试块。试件类型分别为ＹＢ、ＰＪ、ＭＪ、ＺＪ。每组制备９块试块，３块为７ｄ抗压、３块为７ｄ劈裂以及及备用３块，每３个试块进行３次平行试验，具体见表３。试验结果按规定删除异常值取有效平均值。利用控制变量法分别对再生混凝土内的两种纤维的加入对其抗压、劈裂强度的影响。
２．２材料配比
混凝土的设计强度是Ｃ３０，其各项材料的配合比参照ＪＧＪ５５－２０１丨｛普通混凝土配合比设计规程〉进行配合比设计，详见表４。
各个成分的配合比为水泥：碎石：砂：水＝１：３．３２：２．２１：０．６０，选取的试块大小为１００ｍｍｘｌＯＯｉｎｍｘ１００ｍｍ，水灰比为0.6。
３试验结果与分析
３．１力学性能分析
按照（混凝土物理力学性能试验方法标准＞（ＧＢＴ５００８１－２０１９），对四组试块的７ｄ抗压强度和７ｄ劈裂强度进行测试，具体见表５、表６、图１以及图２。通过分析可知：
①掺入纤维后，纤维再生混凝土抗压强度与素再生混凝土抗压强度相比较有所减少。但减少的程度都不算大。经计算得出：与ＹＢ试件相比，丨＞Ｊ、ＭＪ、ＺＪ试件抗压强度分别降低了１１．５％、１７．２％、２２．６％；ＰＪ试件与ＺＪ试件相比较，ＺＪ试件抗压强度降低了１２．６％；ＭＪ试件与ＺＪ试件相比较，ＺＪ试件抗压强度降低了６．５％。
②掺入纤维后混凝土劈裂强度有着增长的情况。而且双掺剑麻纤维和ＰＶＡ纤维的再生混凝土比另外两种单掺纤维的混凝土的劈裂强度高。经计算得出：在劈裂强度上，与ＹＢ试件相比，ＰＪ、ＩＶＵ、ＺＪ试件劈裂强度分别提高了８．３％、１１．７％、２０．９％；ＺＪ试件与ＰＪ试件相比较，ＺＪ试件劈裂强度提高了１１．６％。ＺＪ试件与ＭＪ试件相比较，ＺＪ试件劈裂强度提高了８．３％。
综上所述，在抗压强度方面，以素再生混凝土的抗压强度为标准，单掺ＰＶＡ纤维，抗压强度会有所下降；单掺剑麻纤维，抗压强度也会下降且下降幅度大于单掺ＰＶＡ纤维的混凝土试块；双掺ＰＶＡ纤维和剑麻纤维，抗压强度也是在下降且下降幅度要大于单掺ＰＶＡ纤维和单掺剑麻纤维的混凝土试块。
在劈裂强度方面，以素再生混凝土的劈裂强度为标准，单掺ＰＶＡ纤维，劈裂强度会有所上升；单掺剑麻纤维，劈裂强度也会上升且上升幅度大于单掺ＰＶＡ纤维的混凝土试块；双掺ＰＶＡ纤维和剑麻纤维，劈裂强度也是在上升且上升幅度要大于单掺ＰＶＡ纤维和单掺剑麻纤维的混凝土试块。
３．２破环形态分析
如图３四种试块的抗压破坏形态可知，未加入纤维的试块有明显的环箍效应，由于混凝土试块在压力试验机作用下受到压力试验机荷载，在荷载作用下，压板的横向应变小于混凝土横向应变，因而上下两板与试件上下表面之间产生的摩檫力对试件横向膨胀起着约束作用使测得混凝土试件强度值高，而图３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）中所示试块并未有明显的环箍效应。
如图４四种试块的劈裂破坏状态可知，未加入纤维的试块直接劈裂为两半，而掺入纤维的试块并未劈裂为两半，裂开的混凝土部分被纤维连在一起，能够很清晰的看见裂缝中的纤维，处于１‘藕断丝连”的状态。加入纤维比未加入纤维的试块劈裂强度高的原因为：试块虽然开裂，但是纤维并未拉断使得劈裂强度提高。
４结论
根据以上实验结果得出以下结论：
①在再生混凝土中掺入ＰＶＡ纤维和剑麻纤维，不论是单掺还是双掺都会或多或少的降低抗压的强度。
②双掺纤维使得总的纤维体积率变大，使得双掺的抗压强度最低。
③在再生混凝土中掺入ＰＶＡ纤维、剑麻纤维、以及双掺纤维使得劈裂强度增大，且双掺剑麻纤维和ＰＶＡ纤维的再生混凝土比另外两种单掺纤维的混凝土的劈裂强度高。
参考文献
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[2]李超飞，苏有文，陈国平．植物纤维混凝土的研究现状［Ｊ］．混凝土，２０１３（０５）：５５－56，６１．
[3]彭定超，袁勇．ＰＶＡ纤维混凝土弯折试验研究［Ｊ］．混凝土，２００４（０１）：４６－５１．
[4]袁勇，彭定超，邵晓芸．ＰＶＡ纤维混凝土梁裂缝试验分析［Ｊ］.工业建筑，２００２（１１）：５－７．
[5]彭定超，袁勇．ＰＶＡ纤维混凝土力学参数间的相关关系［Ｊ］．纤维复合材料，２００３（０４）２５－２９．
文章摘自：张天宇，程旭龙，张波，王超宇，王虎，邓青慧，李俊航.双掺剑麻纤维与PVA纤维再生骨料混凝土力学性能研究[J].价值工程，2022，41(32)：78-80.
