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1 前 言

混凝土固有的抗拉強(qiáng)度低、脆性大、易開(kāi)裂等缺點(diǎn)，使其不能很好地滿足現(xiàn)代社會(huì)人們對(duì)建筑功能的需求。在混凝土中摻加高彈模纖維如鋼纖維，能有效地提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和斷裂韌性，對(duì)阻止硬化混凝土裂縫擴(kuò)展具有良好的效果[1,2]。但是相關(guān)研究表明[2]，鋼纖維對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度并沒(méi)有明顯的增強(qiáng)效果，而且鋼纖維混凝土的纖維用量大，鋼纖維價(jià)格較高，易生銹，因此使得鋼纖維混凝土在應(yīng)用和推廣中受到了一定的限制。摻入高延性的有機(jī)纖維如聚丙烯纖維，雖然混凝土的強(qiáng)度會(huì)有所降低，但在解決混凝土早期塑性開(kāi)裂，減少混凝土干燥收縮變形等方面有顯著的效果，同時(shí)還可增強(qiáng)混凝土的抗?jié)B性和耐久性[3]。因此，研究人員根據(jù)混雜纖維的相關(guān)理論，按照一定的比例將材料組合，使不同性質(zhì)的纖維混雜摻入到混凝土中，使其在不同層次和受力階段發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)來(lái)改善混凝土的相關(guān)性能[4]。

混雜纖維混凝土有效地發(fā)揮纖維各自的性能，使纖維混凝土的增強(qiáng)增韌效果優(yōu)于單一纖維，即所謂的1+1>2效應(yīng)。對(duì)于混雜纖維混凝土的研究，國(guó)外始于上世紀(jì)七十年代，Walton等[5]于1975年研究了無(wú)機(jī)纖維和有機(jī)纖維共同工作時(shí)基體的抗拉性能和抗沖擊性能。我國(guó)于本世紀(jì)初才開(kāi)始對(duì)混雜纖維混凝土進(jìn)行理論和應(yīng)用方面的研究。纖維材料本身的制造工藝、經(jīng)濟(jì)因素、技術(shù)發(fā)展水平等都限制了混雜纖維混凝土的研究進(jìn)展。近年來(lái)，隨著技術(shù)水平與經(jīng)濟(jì)能力的提高，混雜纖維混凝土越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)的關(guān)注，被廣泛地應(yīng)用在橋梁、大型隧道、機(jī)場(chǎng)跑道、路面、大跨度結(jié)構(gòu)等現(xiàn)代重大工程中，科研成果也日益豐富。

2 纖維混凝土的增強(qiáng)機(jī)理研究現(xiàn)狀

目前，對(duì)纖維混凝土的增強(qiáng)作用機(jī)理主要存在兩種理論：復(fù)合材料力學(xué)理論和纖維間距理論。這兩種理論從不同方面解釋了纖維對(duì)混凝土力學(xué)性能的增強(qiáng)機(jī)理，并得出了一致的結(jié)論。

2.1 復(fù)合材料力學(xué)理論

復(fù)合材料理論[6-7]是將多種單一材料結(jié)合或混合之后所構(gòu)成的材料看成一個(gè)整體的多相系統(tǒng)，其性能就是各個(gè)單相性能的疊加值。該理論將纖維混凝土看作一個(gè)纖維增強(qiáng)多相體系，應(yīng)用混合律法則推導(dǎo)出纖維混凝土的強(qiáng)度、應(yīng)力和彈性模量等，并引入纖維方向系數(shù)和纖維長(zhǎng)度系數(shù)兩個(gè)參數(shù)。在利用復(fù)合材料力學(xué)理論進(jìn)行纖維混凝土的理論研究時(shí)，基于以下假設(shè)：(1)纖維沿受力方向連續(xù)均勻平行排列；(2)纖維與混凝土基體間變形協(xié)調(diào)一致，無(wú)相對(duì)滑動(dòng)；(3)纖維與混凝土基體各向同性，呈彈性變形。

2.2 纖維間距理論

纖維間距理論又被稱為纖維阻裂理論[6]，1963年Romualdi[8]提出，該理論以斷裂力學(xué)為基礎(chǔ)，論述了纖維對(duì)于裂縫的發(fā)生和發(fā)展所產(chǎn)生的約束作用，約束模型如圖1所示。這一理論認(rèn)為當(dāng)纖維均勻地分布于混凝土基體時(shí)，可以起到阻止基體內(nèi)部微裂縫發(fā)展的作用，達(dá)到纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)、阻裂和增韌的效果?？梢约僭O(shè)在混凝土基體內(nèi)部有發(fā)生微裂縫的趨勢(shì)，當(dāng)任何一條微裂縫發(fā)生，而且有可能向任意方向擴(kuò)展時(shí)，在最遠(yuǎn)不超過(guò)纖維在混凝土基體內(nèi)的纖維平均中心距S的路程內(nèi)，該裂縫將遇到橫亙?cè)谒胺降囊桓w維。正是因?yàn)檫@根纖維的存在，使裂縫發(fā)展受阻，只能在混凝土基體內(nèi)形成類似于無(wú)害孔洞的封閉空腔或內(nèi)徑非常小的孔洞。

圖1 Romualdi的纖維約束模型 (a) 纖維混凝土塊體； (b) A-A斷面Fig.1 Fiber constraint model of Romualdi (a) Scheme of hybrid fiber reinforced concret body; (b) Cross section of hybrid reinforced concret

3 纖維混凝土混雜效應(yīng)研究現(xiàn)狀

纖維混凝土的混雜效應(yīng)分為正混雜效應(yīng)和負(fù)混雜效應(yīng)，負(fù)混雜效應(yīng)主要是由于纖維摻入過(guò)多，降低了纖維的增強(qiáng)作用，目前已有許多學(xué)者對(duì)正負(fù)混雜效應(yīng)進(jìn)行了定義和分析。

2005年Banthia N[9]等人提出了混雜效應(yīng)的定義公式：

(1)

其中，當(dāng)synergy>0時(shí)，混雜纖維發(fā)揮正混雜效應(yīng)；當(dāng)synergy<0時(shí)，混雜纖維發(fā)揮負(fù)混雜效應(yīng)。同時(shí)華淵等[10]定義了用來(lái)評(píng)價(jià)纖維混雜效應(yīng)的“混雜系數(shù)”，A、B兩種纖維的混雜效應(yīng)為：

(2)

式中，β為強(qiáng)度增強(qiáng)系數(shù)，其值為纖維摻雜導(dǎo)致纖維增強(qiáng)混凝土相對(duì)于基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)，α為混雜系數(shù)，當(dāng)α>1時(shí)為正混雜效應(yīng)，α<1時(shí)為負(fù)混雜效應(yīng)。梅國(guó)棟等[11]也提出了混雜效應(yīng)的評(píng)價(jià)方法，將纖維增強(qiáng)系數(shù)βc定義為混雜纖維混凝土彎拉強(qiáng)度和同配合比素混凝土彎拉強(qiáng)度的比值，定義混雜效應(yīng)系數(shù)為：

αc,h=βc,sp-βc,s×βc,p

(3)

當(dāng)αc,h>0，認(rèn)定為正混雜效應(yīng)，αc,h<0則為負(fù)混雜效應(yīng)。王成啟等[12]則以斷裂力學(xué)為基礎(chǔ)分析了混雜纖維混凝土的增強(qiáng)增韌機(jī)理，定義了一個(gè)混雜纖維增強(qiáng)效應(yīng)系數(shù)，建立了不同尺寸纖維抑制混凝土裂縫擴(kuò)展的模型。

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析不同纖維混雜對(duì)混凝土基體產(chǎn)生的混雜效應(yīng)，得到能夠發(fā)揮纖維增強(qiáng)作用的最佳混合比是研究人員的主要目的。賀晶晶等[13]提出了“纖維混雜效應(yīng)函數(shù)”，該函數(shù)直觀地反映了“纖維混雜耦合作用”對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響，使得通過(guò)簡(jiǎn)單試驗(yàn)來(lái)預(yù)測(cè)幾種混雜纖維對(duì)基體混凝土性能改善的最佳體積摻加率，進(jìn)而最佳混雜比變得更加容易，并利用該函數(shù)分析了聚丙烯纖維與玄武巖纖維對(duì)混凝土基體力學(xué)性能的影響。

在實(shí)際試驗(yàn)中既會(huì)出現(xiàn)正混雜效應(yīng)，也會(huì)發(fā)生負(fù)混雜效應(yīng)。O Cengiz[14]等人于2004年進(jìn)行的鋼纖維以及高性能聚丙烯纖維噴射混凝土板力學(xué)性能的對(duì)比試驗(yàn)，分析結(jié)果表明鋼纖維與聚丙烯纖維混雜在混凝土基體中表現(xiàn)出積極的協(xié)同效應(yīng)。海然等[15]對(duì)鋼纖維與聚乙烯醇纖維的混雜效應(yīng)的研究，同樣表明鋼纖維和聚乙烯醇纖維均能提高混凝土的彎拉性能；鋼纖維與聚乙烯醇纖維在改善超高性能混凝土彎拉性能上具有良好的協(xié)同效應(yīng)。而2009年朱海堂等[16]利用楔劈拉伸斷裂試驗(yàn)研究了混雜纖維高強(qiáng)混凝土斷裂參數(shù)的纖維混雜效應(yīng)。結(jié)果表明，鋼纖維對(duì)混雜纖維高強(qiáng)混凝土斷裂性能的改善起主導(dǎo)作用，而聚丙烯纖維在這一方面具有較大的局限性。2011年NA Libre[17]等人為了提高輕骨料混凝土的延性將鋼纖維與聚丙烯纖維以不同混雜比加入到混凝土基體中，研究結(jié)果表明，當(dāng)鋼纖維含量為1%時(shí)其抗拉強(qiáng)度從1.9MPa增加到4.1MPa，抗彎強(qiáng)度從2.17MPa增加到7.3MPa，均高于混雜纖維混凝土。這種情況即可認(rèn)為出現(xiàn)了負(fù)混雜效應(yīng)。

4 混雜纖維混凝土力學(xué)性能研究現(xiàn)狀

混雜纖維混凝土的力學(xué)性能是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)。研究人員通過(guò)對(duì)不同種類的纖維進(jìn)行混雜，對(duì)混雜纖維增強(qiáng)混凝土進(jìn)行抗壓、抗拉、抗彎、抗折和抗沖擊等試驗(yàn)，得到混雜纖維的合理?yè)诫s比，使其混雜效應(yīng)達(dá)到最優(yōu)?；祀s纖維增強(qiáng)混凝土最常采用的混雜組合是高彈模的金屬纖維與低彈模的合成纖維，如鋼纖維與聚乙烯纖維[18]，鋼纖維與聚丙烯纖維等。

國(guó)外學(xué)者[19-20]將聚丙烯纖維和鋼纖維按照不同比例混雜摻加到混凝土中，研究了循環(huán)荷載作用下混雜纖維增強(qiáng)混凝土的基本力學(xué)性能，結(jié)果顯示混雜纖維混凝土作為新型復(fù)合材料具有較大優(yōu)勢(shì)。K.P.Suganraj等還得到，鋼纖維與聚丙烯纖維混雜比為3∶1時(shí)混雜纖維混凝土的力學(xué)性能達(dá)到最優(yōu)。

Ahmed S等[21-23]和Afroughsabet V等[24]進(jìn)行了一系列混雜纖維混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)，研究并探討了鋼纖維和聚丙烯纖維的加入對(duì)高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度，劈裂抗拉強(qiáng)度，抗彎強(qiáng)度等的影響。研究發(fā)現(xiàn)，摻入混合纖維的水泥基體的拉伸強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度均高于單獨(dú)加入聚乙烯纖維。 Afroughsabet V試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同體積分?jǐn)?shù)的鋼纖維和聚丙烯纖維的組合中，體積分?jǐn)?shù)為0.85%鋼纖維和0.15%的聚丙烯纖維的混雜能達(dá)到最優(yōu)的增強(qiáng)效果。

國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)鋼纖維和聚丙烯纖維混雜增強(qiáng)混凝土進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和分析。Qian C X等[25]和李燕飛等[26]分別對(duì)鋼纖維與聚丙烯纖維混雜纖維增強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果表明，與普通混凝土相比纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度都有顯著提高，并且混雜纖維增強(qiáng)效果更加明顯。2011年，李智等[27]進(jìn)行了沖擊壓縮性能試驗(yàn)，并比較了混雜纖維混凝土與鋼纖維混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓性能，試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同鋼纖維摻量下，混雜纖維混凝土具有明顯的應(yīng)變率效應(yīng)，其動(dòng)態(tài)抗壓性能明顯優(yōu)于單摻鋼纖維混凝土。2014年，徐禮華等[28]綜合考慮纖維種類、長(zhǎng)徑比、體積摻量三個(gè)主要因素，對(duì)纖維混凝土試件進(jìn)行了軸心抗拉試驗(yàn)。研究結(jié)果表明隨鋼纖維和聚丙烯纖維特征值提高，混雜纖維混凝土軸心受拉應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€特征點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變均有明顯的提高。姚志雄等[29]通過(guò)三點(diǎn)彎曲梁法測(cè)試了鋼纖維、混雜纖維在混凝土斷裂的不同階段發(fā)揮的作用并提出了“纖維連鎖”的概念。

近年來(lái)對(duì)其他種類纖維組合增強(qiáng)混凝土的研究逐漸增加，混雜纖維混凝土研究成果更加全面。

2002年，姚武等[30]根據(jù)高性能混凝土材料的多層次結(jié)構(gòu)性，將碳纖維和鋼纖維進(jìn)行混雜摻入到混凝土中，對(duì)其抗壓、劈裂抗拉、抗折和彎曲韌性進(jìn)行試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，在其體積摻量為 0.5%的情況下混雜纖維明顯提高了混凝土的強(qiáng)度和韌性，并且在混凝土材料初裂后表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變硬化行為。

Kamile Tosun Felekoglu[31]在2013年進(jìn)行了摻雜聚丙烯纖維和聚乙烯醇纖維的不同強(qiáng)度水泥石在彎曲荷載作用下的試驗(yàn)，研究了混雜纖維對(duì)多縫裂紋潛力的影響，結(jié)果表明，隨著聚丙烯纖維和聚乙烯醇纖維的摻量比的提高，水泥石的延性也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而摻加了聚乙烯醇纖維的基體明顯減少了裂紋數(shù)目。

2015年，鄧宗才[32]將鋼纖維和粗聚丙烯烴纖維混雜，對(duì)高強(qiáng)鋼筋混雜纖維增強(qiáng)活性粉末混凝土梁進(jìn)行抗剪試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，混雜纖維能夠顯著改善梁的抗剪變形能力，使梁由脆性剪切破壞變?yōu)檠有云茐?，粗聚烯烴纖維能有效阻止臨界斜裂縫的擴(kuò)展，峰值荷載后承載力下降緩慢。此文首次提出了剪切韌性指數(shù)的概念，用來(lái)表示混雜纖維增強(qiáng)混凝土梁的剪切變形能力和韌性；依據(jù)塑性理論,首次在抗剪承載力公式中引入塑性剪切系數(shù),綜合考慮混雜纖維阻裂、橋聯(lián)作用和剪跨比對(duì)剪切承載力和變形的影響。

同年，M. P. Karthik 等[33]分別研究了鋼纖維(ST)和聚丙烯纖維(PP)混雜以及鋼纖維和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維(PET)混雜對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明混雜纖維的加入增強(qiáng)了素混凝土基體的力學(xué)性能，其中體積分?jǐn)?shù)為0.38ST與0.12PET組合的混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度及極限抗剪應(yīng)力均優(yōu)于ST與PP組合及單一纖維混凝土。

G. Pons等[34]和丁一寧等[35]均探究了混雜纖維對(duì)自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:摻入混雜纖維的自密實(shí)混凝土表現(xiàn)出多條裂縫破壞模式，拉應(yīng)力分布更均勻，混雜纖維自密實(shí)混凝土相比單一纖維自密實(shí)混凝土表現(xiàn)出更好的韌性。

纖維混雜并不單指兩種纖維的混雜，Banthia[36]將混雜纖維分成三種，即基于纖維幾何尺寸的混雜、基于纖維本構(gòu)關(guān)系的混雜、基于纖維功能的混雜。M Hsie等[37]和DAS Rambo等[38]進(jìn)行了不同尺寸的同種纖維的混雜試驗(yàn)，對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比分析。M Hsie等人試驗(yàn)中將兩種聚丙烯纖維即粗單絲纖維與短纖維混雜，并將試驗(yàn)結(jié)果與單一纖維混凝土進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明，短纖維具有良好的細(xì)度和分散性，可以抑制初級(jí)階段的裂縫，而粗單絲纖維具有高的彈性模量和硬度，含量高時(shí)可以發(fā)揮類似鋼纖維的作用，兩種纖維在混凝土基體中發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，使得聚丙烯纖維混雜纖維增強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗彎性能優(yōu)于單纖維增強(qiáng)混凝土。DAS Rambo等人將兩種不同的鋼纖維進(jìn)行混雜，研究其對(duì)自密實(shí)混凝土機(jī)械性能的影響，研究表明纖維的混雜可以起到抑制或減緩裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，改善混凝土的力學(xué)性能的作用。

5 混雜纖維混凝土耐久性研究現(xiàn)狀

混雜纖維增強(qiáng)混凝土耐久性的研究主要集中在疲勞變形性能、抗裂防滲、抗凍性能和抗腐蝕性能等方面。

5.1 疲勞變形性能

在反復(fù)荷載作用下，裂縫的引發(fā)、擴(kuò)展、回復(fù)、再引發(fā)、再擴(kuò)展、再回復(fù)的循環(huán)過(guò)程被稱為纖維混凝土的疲勞過(guò)程?；炷疗谛阅艿难芯繉?duì)于承受動(dòng)荷載的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)相當(dāng)重要，是工程界十分關(guān)注的問(wèn)題。

2008年，劉毅等[39]分別研究了高性能纖維素纖維、鋼纖維、纖維素纖維及鋼纖維混雜纖維混凝土的彎曲疲勞性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，混雜纖維混凝土充分發(fā)揮各種纖維的優(yōu)勢(shì)，相較于單摻鋼纖維和纖維素纖維，混雜纖維對(duì)混凝土疲勞性能的提高有明顯的優(yōu)勢(shì)。

鄒尤[40]，陳猛等[41]，常佳偉[42]均進(jìn)行了鋼-聚丙烯混雜纖維混凝土與普通混凝土的彎曲疲勞試驗(yàn)。結(jié)果表明，混雜纖維混凝土在循環(huán)荷載作用下的疲勞破壞表現(xiàn)為良好的塑性性質(zhì)，混雜纖維加入可以顯著提高混凝土的彎拉強(qiáng)度，在各個(gè)應(yīng)力水平下，混雜纖維混凝土的疲勞壽命均高于普通混凝土。Surinder Pal Singh[43]，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到鋼-聚丙烯混雜纖維增強(qiáng)混凝土的S-N-Pf曲線，確定其疲勞壽命。

5.2 收縮抗裂性和抗?jié)B性

目前大多數(shù)研究結(jié)果表明纖維混雜后可以減小基體混凝土的收縮，提高混凝土的抗裂性和抗?jié)B性。孫偉等[44]選用不同尺度的鋼纖維、維綸纖維與聚丙烯纖維，按照二元或三元混雜增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，系統(tǒng)研究了其限縮和抗?jié)B性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)纖維總體積摻量相同時(shí)，三元混雜的減縮效果最好，二元混雜次之，單摻效果較差。

何曉達(dá)[45]分析了高性能混凝土和單摻纖維混凝土的不足，將鋼纖維與聚丙烯纖維混雜進(jìn)行了一系列正交試驗(yàn)，結(jié)果表明，將混雜纖維摻入混凝土中，充分發(fā)揮了每種纖維的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)生了復(fù)合疊加增強(qiáng)效應(yīng)，抑制了混凝土早期收縮性能，并且混雜纖維混凝土的抗?jié)B性能力優(yōu)于普通混凝土以及單摻混凝土。2012年，黃杰[46]通過(guò)對(duì)不同摻量的混雜纖維混凝土進(jìn)行抗?jié)B性研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著聚丙烯纖維摻量的增加?；祀s纖維混凝土的抗?jié)B性逐漸提高，鋼纖維也有一定的影響，但是不如聚丙烯纖維提高效果顯著。

2014年，賀晶晶[47]將玄武巖纖維和聚丙烯纖維按照不同比例進(jìn)行混雜，對(duì)混雜纖維混凝土進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)。結(jié)果表明，纖維的加入對(duì)混凝土基體的抗?jié)B性能有很大的提高，其中，2∶1混雜纖維系列在摻量為0.3%時(shí)，對(duì)混凝土基體的抗?jié)B性提高了25%。趙兵兵等[48]采用滲水高度法對(duì)上述不同纖維比例的混凝土進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)，結(jié)果同樣表明，聚丙烯纖維對(duì)混凝土基體抗?jié)B性能的增強(qiáng)效果最為顯著。

同時(shí)，也有研究表明混雜纖維對(duì)混凝土基體抗?jié)B性能會(huì)產(chǎn)生不利影響。朱安標(biāo)[49]的研究發(fā)現(xiàn)，纖維單摻或是混雜摻入混凝土中均降低了混凝土基體的抗?jié)B性。單摻聚丙烯纖維對(duì)混凝土基體的抗?jié)B性能降低幅度較大，單摻鋼纖維則對(duì)混凝土基體的抗?jié)B性能降低幅度較??；在相同體積摻加率下,混雜纖維系列混凝土對(duì)混凝土基體的抗?jié)B性影響大于單摻鋼纖維混凝土，但小于單摻聚丙烯纖維混凝土。

國(guó)外研究人員對(duì)混雜纖維影響混凝土基體的收縮抗裂性也進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。Banthia N等[50]將鋼纖維與聚丙烯纖維混雜摻入到素混凝土基體中，對(duì)其進(jìn)行斷裂試驗(yàn)并與普通混凝土開(kāi)裂后的力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，纖維的加入提高了混凝土的承載能力，改善了混凝土的延性。Lawer J S等[51]研究了超細(xì)纖維和長(zhǎng)纖維混雜纖維增強(qiáng)混凝土的透水性和收縮抗裂性能。結(jié)果表明，混合纖維混凝土可以延遲裂紋發(fā)展，同普通混凝土相比表現(xiàn)出更好的抗裂性能。Sorelli L G等[52]認(rèn)為不同尺寸的鋼纖維混合組合可以提高混凝土的韌性，不同長(zhǎng)度纖維混雜時(shí)，長(zhǎng)度長(zhǎng)的纖維可抑制混凝土宏觀裂縫的發(fā)展，短的纖維可以提高混凝土的初裂強(qiáng)度。

5.3 抗凍性和抗腐蝕性

目前大部分學(xué)者認(rèn)為在一定范圍內(nèi)摻入混雜纖維可以在一定程度上改善混凝土的抗凍性，但也有學(xué)者持不同意見(jiàn)。

賀東青等[53]分別對(duì)普通混凝土、層布式鋼纖維混凝土以及層布式混雜纖維混凝土在凍融循環(huán)下進(jìn)行了相對(duì)動(dòng)彈性模量、強(qiáng)度及質(zhì)量變化的對(duì)比試驗(yàn)，探討了層布式鋼纖維與聚丙烯纖維混雜應(yīng)用對(duì)混凝土耐久性能的影響。結(jié)果顯示摻入層布式混雜纖維的混凝土明顯提高了混凝土的抗凍融耐久性能。

張騰[54]研究了不摻纖維、單摻纖維、混雜纖維以及不同纖維摻入量對(duì)C60高強(qiáng)混凝土抗凍性能的影響，并利用評(píng)價(jià)混雜纖維混凝土混雜效應(yīng)的指標(biāo)——混雜系數(shù)，系統(tǒng)地分析和對(duì)比了不同情況下纖維對(duì)C60高強(qiáng)混凝土耐久性能的影響。發(fā)現(xiàn)纖維混凝土的抗凍性能和耐腐蝕性能都明顯優(yōu)于不摻纖維混凝土。

2015年，朱晨飛等[55]采用鋼-玄武巖纖維增強(qiáng)混凝土的技術(shù)，進(jìn)行了凍融試驗(yàn)，研究了鋼纖維與玄武巖纖維混雜對(duì)混凝土抗凍性的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)鋼纖維體積摻率為1.5%、玄武巖纖維體積摻率為0.05%時(shí)，混凝土的抗凍性最好。

馬曉華[56]研究發(fā)現(xiàn)在一定摻量范圍內(nèi)鋼纖維和聚丙烯纖維混雜，能增加混凝土含氣量并抑制裂縫的發(fā)展，進(jìn)而提高混凝土的抗凍性，但是加入過(guò)多的聚丙烯纖維反而會(huì)降低混凝土的抗凍性。楊成蛟[57]對(duì)鋼-改性聚丙烯混雜纖維混凝土進(jìn)行了抗凍性試驗(yàn)，結(jié)果表明，鋼-改性聚丙烯混雜纖維混凝土的抗凍性改善并不是很明顯。因此混雜纖維能否改善混凝土的抗?jié)B性和抗凍性能還有待進(jìn)一步研究。

部分學(xué)者還對(duì)混雜纖維混凝土的抗腐蝕性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。2014年，王學(xué)志等[58]分別對(duì)單摻玄武巖纖維、聚丙烯纖維混凝土以及不同摻雜比例的混雜纖維混凝土進(jìn)行抗硫酸鹽腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，混雜纖維系列纖維混凝土的抗硫酸腐蝕性能優(yōu)于單摻纖維系列纖維混凝土。張猛[59]則研究了混雜纖維高強(qiáng)自密實(shí)混凝土在堿性溶液中的力學(xué)性能，結(jié)果表明，混雜纖維的摻入能夠延緩混凝土力學(xué)性能在堿性溶液中的衰減；同時(shí)對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電鏡觀察，從微觀結(jié)構(gòu)方面解釋了混雜纖維對(duì)自密實(shí)混凝土耐堿性腐蝕的增強(qiáng)作用。

6 對(duì)高溫后混雜纖維混凝土力學(xué)性能的研究現(xiàn)狀

火災(zāi)是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)面臨的重大安全問(wèn)題之一，在高溫下混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度升高，內(nèi)外形成不均勻溫度場(chǎng)，使材料性能劣化，甚至爆裂坍塌，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載力下降，將會(huì)帶來(lái)巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失。在普通混凝土中加入纖維，利用纖維的增強(qiáng)機(jī)理提高普通混凝土的耐高溫性能，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)課題之一。

Mitsu Tateo[60]研究了高溫下混雜纖維混凝土抗爆性的最優(yōu)摻量，結(jié)果表明，摻加體積率為 0.05%～0.50%，長(zhǎng)度為5～40mm，直徑為5～500μm的有機(jī)纖維并摻入適量玻璃纖維、鋼纖維等，兩種纖維比例為1∶0.2～20 時(shí)，具有較好的抑爆效果。

鞠麗艷等[61]、劉沐宇等[62]、燕蘭等[63]均將低熔點(diǎn)的聚丙烯纖維與高熔點(diǎn)的鋼纖維混雜，對(duì)比分析了混雜纖維增強(qiáng)高性能混凝土與普通混凝土的高溫力學(xué)性能。結(jié)果顯示，800℃時(shí)，混雜纖維混凝土抗折強(qiáng)度剩余、抗壓強(qiáng)度剩余、劈裂抗拉強(qiáng)度剩余均明顯高于基準(zhǔn)混凝土，而且混雜纖維顯著提高了混凝土的抗爆裂性能。鄭文忠等[64]則對(duì)比分析了鋼纖維、聚丙烯纖維和混雜纖維對(duì)活性粉末混凝土高溫爆裂的抑制效果，結(jié)果表明，鋼纖維和聚丙烯纖維混雜對(duì)活性粉末混凝土爆裂的抑制效果更明顯。

李藝等[65]對(duì)受熱150℃后的混雜纖維混凝土進(jìn)行力學(xué)性能以及耐久性試驗(yàn)，結(jié)果表明，鋼纖維、聚丙烯纖維、粉煤灰混雜纖維混凝土對(duì)高溫后混凝土的抗?jié)B性均起到增強(qiáng)作用，其中剪切螺紋型鋼纖維的影響最為顯著，聚丙烯纖維次之，而將剪切螺紋型鋼纖維與超短超細(xì)高強(qiáng)鋼纖維混雜摻入到混凝土基體制成的混凝土適宜用作核廢料貯存容器。

李晗[66]通過(guò)對(duì)混雜纖維混凝土試塊進(jìn)行高溫后抗壓試驗(yàn)，研究了溫度、纖維種類、纖維摻量以及混凝土基體強(qiáng)度等級(jí)對(duì)混凝土高溫后抗壓強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，在鋼纖維體積率為1%，聚丙烯纖維體積率為0.1%時(shí)，混雜纖維混凝土高溫后的抗壓性能明顯優(yōu)于普通混凝土。

余嬋娟等[67]測(cè)試了鋼/聚丙烯混雜纖維自密實(shí)混凝土在高溫下的彎曲性能。研究發(fā)現(xiàn)混雜纖維自密實(shí)混凝土在高溫下的彎曲性能明顯優(yōu)于普通自密實(shí)混凝土和單摻纖維自密實(shí)混凝土，鋼纖維與聚丙烯纖維以及鋼纖維與聚乙烯醇纖維在高溫下均表現(xiàn)出了明顯的正混雜效應(yīng)；聚丙烯纖維有利于抵抗混凝土爆裂,而鋼纖維對(duì)于提高混凝土高溫下的剩余承載能力具有重要作用。

Sriskandarajah Sanchayan等[68]將鋼纖維和聚乙烯醇纖維混合研究了不同混雜比的混雜纖維混凝土在高溫下的殘余抗壓強(qiáng)度、殘余彈性模量以及軸向熱變形等力學(xué)性能。研究表明，體積摻量為1%的鋼纖維和1%的聚乙烯醇纖維組合可以產(chǎn)生最佳的整體效果，混雜纖維的摻加改善了混凝土的高溫性能。

7 存在的問(wèn)題與展望

現(xiàn)階段混雜纖維混凝土研究仍是混凝土研究的一個(gè)新興領(lǐng)域，尚無(wú)其應(yīng)用的詳細(xì)規(guī)范。目前在混雜纖維混凝土力學(xué)性能方面的研究，對(duì)混雜纖維能提高混凝土抗壓、抗折和劈裂強(qiáng)度，顯著增強(qiáng)混凝土的抗裂性能和韌性已基本達(dá)成共識(shí)。但是在許多方面尚有待進(jìn)一步系統(tǒng)地探討和研究，以形成更多的共識(shí)，諸如纖維的最優(yōu)摻雜比、本構(gòu)關(guān)系、抗震性能、抗?jié)B性和抗凍性等方面。

近年來(lái)我國(guó)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)防災(zāi)減震的要求有所提高，混雜纖維混凝土的應(yīng)用前景十分廣闊。但目前工程上大多采用單一纖維來(lái)增強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能，效果并不是很理想。應(yīng)用混雜纖維增強(qiáng)混凝土效果顯著，后續(xù)研究中應(yīng)將理論研究、工程試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)合起來(lái)，形成系統(tǒng)的增強(qiáng)機(jī)理模型，明確不同纖維的混雜效應(yīng)，建立纖維混凝土的本構(gòu)關(guān)系，為混雜纖維混凝土在實(shí)際工程中的推廣和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

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