引言普通混凝土是一種多相、多層次、多結(jié)構(gòu)非均質(zhì)且具有較大抗壓強(qiáng)度和剛度的材料，但存在凝結(jié)與硬化過(guò)程中收縮大、抗拉強(qiáng)度低以及產(chǎn)生塑性收縮裂縫等缺點(diǎn)，其抗拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/10，受拉極限延伸率只有0.005%～0.05%。隨著混凝土抗壓強(qiáng)度的提高，其裂縫、干縮與脆性問(wèn)題也顯得更為突出。針對(duì)這些問(wèn)題，研究者們[1-3]做了大量的研究工作。結(jié)果表明，最有效的方法是摻加纖維，例如鋼纖維、合成纖維等，通過(guò)纖維增強(qiáng)改進(jìn)混凝土的性能。橋面鋪裝層在使用過(guò)程中不可避免的受外界環(huán)境的影響，除了要求鋪裝層具有足夠的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彎曲韌性等力學(xué)性能之外，還應(yīng)具有一定的抗?jié)B、低收縮、抗腐蝕等耐久性能。鋼纖維混凝土用于橋面鋪裝，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐久性能，但摻入單一鋼纖維只能從某個(gè)方面起到增強(qiáng)作用，難以同時(shí)改善多方面的性能，并且存在自重大、造價(jià)高、纖維容易結(jié)團(tuán)等缺點(diǎn)[4-6]，使其應(yīng)用于橋面鋪裝層受到一定的限制?；祀s纖維混凝土（HybridFiberReinforcedConcrete）通過(guò)將不同性質(zhì)和不同尺度的纖維混雜，體現(xiàn)在混凝土中不同結(jié)構(gòu)和不同性能層次上逐級(jí)強(qiáng)化與增韌，充分發(fā)揮各種纖維的尺度和性能效應(yīng)并進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，是一種既能發(fā)揮不同纖維的優(yōu)點(diǎn)，又能體現(xiàn)它們協(xié)同效應(yīng)的新型復(fù)合材料。目前混雜纖維混凝土研究是一個(gè)新的熱點(diǎn)，現(xiàn)有研究成果表明，混雜纖維對(duì)混凝土的性能有明顯的改善作用，極具發(fā)展前景[7-10]。1、工程概況

濟(jì)南齊魯黃河大橋橋面工程G309-S101連接線工程主橋長(zhǎng)度1170m,跨徑布置為（95m+280m）+420m+（280m+95m），標(biāo)準(zhǔn)斷面全寬60.7m，280m、420m跨主橋結(jié)構(gòu)形式為網(wǎng)狀吊桿組合梁拱橋。主梁采用正交異型組合橋面板組合梁，梁高4.12m，全寬60.7m。主橋橋面板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)車行道16.5m及拱區(qū)4m范圍設(shè)置，采用C50低收縮混雜纖維混凝土，板厚120mm。鋼板與混凝土之間設(shè)置剪力釘將兩者連接成整體。420m混凝土橋面板分塊方案（全橋4塊5#板同時(shí)澆筑：最大一次澆筑量約為230m3）及（280m+95m）混凝土橋面板分塊方案（全橋4塊3#板同時(shí)澆筑：最大一次澆筑量約為280m3）如圖1所示。圖1混凝土橋面板分塊方案（單位：mm）由于橋面混凝土最大一次性澆筑達(dá)280m3，現(xiàn)場(chǎng)采用吊斗布料的施工工藝會(huì)造成澆筑時(shí)間長(zhǎng)，施工效率低。為了施工時(shí)易于操作并且保證質(zhì)量，提出了混凝土的初始工作性以及工作性經(jīng)時(shí)損失的控制，滿足現(xiàn)場(chǎng)泵送及長(zhǎng)時(shí)間澆筑、高流動(dòng)性和保坍性能需要的要求。2、材料及方法

2.1試驗(yàn)材料水泥：P·II42.5普通硅酸鹽水泥，其物理性能及化學(xué)成分見(jiàn)表1、表2。表1水泥物理性能指標(biāo)表2水泥化學(xué)成分%粗骨料：國(guó)舜石廠生產(chǎn)的5~10mm、10~20mm二級(jí)配花崗巖碎石，其表觀密度2760kg/m3，含泥量0.8%，針片狀含量2.3％，壓碎值3.0％。細(xì)骨料：大汶河砂，其表觀密度2640kg/m3，緊密堆積密度1570kg/m3，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量1.0%，泥塊含量為0。粉煤灰：Ⅱ級(jí)灰，其物理指標(biāo)及化學(xué)成分見(jiàn)表3、表4。表3

粉煤灰物理性能表4

粉煤灰化學(xué)成分%纖維：南京優(yōu)爾西公司生產(chǎn)的端鉤型鋼纖維和聚丙烯纖維，如圖2所示，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表5、表6。圖2端鉤鋼纖維和聚丙烯纖維外觀形貌表5鋼纖維性能參數(shù)表6聚丙烯纖維性能參數(shù)2.2試驗(yàn)方案在考慮性能與經(jīng)濟(jì)性并重的基礎(chǔ)上，以正交設(shè)計(jì)和理論分析為研究手段，取聚丙烯纖維摻量、鋼纖維摻量、砂率、單位用水量、水膠比和粉煤灰摻量這6個(gè)因素進(jìn)行試驗(yàn)，采用L25(56)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，共25個(gè)配合比，具體見(jiàn)表7。通過(guò)極差分析明確各因素對(duì)新拌混凝土坍落度、28d抗壓及抗折強(qiáng)度、28d軸向拉伸強(qiáng)度、抗?jié)B及氯離子擴(kuò)散系數(shù)、90d收縮率等耐久性能的影響，綜合考慮為工程提供最佳配合比。表7正交設(shè)計(jì)因素水平表2.3混雜纖維摻加方法采用干拌法即先將砂、石子、水泥充分?jǐn)嚢?～2min，然后將鋼纖維和高分子纖維分批在1～1.5min內(nèi)均勻若干次投入攪拌機(jī)中，繼續(xù)攪拌3min后加入水和外加劑攪拌4～6min，待混凝土整體攪拌均勻后即可出料，拌合物中不得出現(xiàn)粉料和纖維成團(tuán)現(xiàn)象。3、結(jié)果及分析

3.1試驗(yàn)結(jié)果本試驗(yàn)的考核指標(biāo)為不同纖維摻量對(duì)混凝土坍落度、28d抗壓及抗折強(qiáng)度、28d軸向拉伸強(qiáng)度、抗?jié)B及氯離子擴(kuò)散系數(shù)、90d收縮率等耐久性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果的極差分析見(jiàn)表8。由表8得到最優(yōu)組合為A3B3C2D3E3F4。

表8

正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析3.2混雜纖維對(duì)混凝土拌合物性能的影響對(duì)正交試驗(yàn)單因素進(jìn)行分析，得到了混雜纖維與混凝土拌合物性能的關(guān)系，如圖3所示。由圖3可以看出，隨著聚丙烯纖維與鋼纖維摻量的提高，混凝土坍落度及經(jīng)時(shí)損失均出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)榧?xì)小的高分子纖維比表面積大，需要吸附大量水泥漿體包裹其周圍，而粗大的鋼纖維則會(huì)對(duì)混凝土組分起到“承托”作用，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這都會(huì)使混凝土拌合物的粘度有所增加，引起坍落度減小。為了滿足混凝土的施工性能，混雜纖維的最佳摻量為：聚丙烯纖維0.1%，鋼纖維摻量1.0%。圖3不同混雜纖維摻量下混凝土的坍落度及經(jīng)時(shí)損失3.3混雜纖維對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響對(duì)正交試驗(yàn)單因素進(jìn)行分析，得到了混雜纖維摻量與混凝土力學(xué)性能的關(guān)系，如圖4、圖5所示。圖4不同聚丙烯纖維摻量下混凝土的力學(xué)性能由圖4可以看出，（1）隨聚丙烯纖維摻量的增加，混凝土的28d抗壓強(qiáng)度有所下降。分析其原因是由于其彈性模量低于混凝土，摻入聚丙烯纖維后相當(dāng)于增加了混凝土缺陷。當(dāng)聚丙烯纖維摻量為0.05%、0.1%、0.15%、0.2%時(shí)，混凝土的28d抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土降低了3.5%、4.8%、10.6%和12.5%，本試驗(yàn)得到的結(jié)論與相關(guān)學(xué)者[11-13]在低摻量（總摻量0.5%）下得出鋼-聚丙烯纖維混雜對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度基本沒(méi)有影響的研究結(jié)果相類似。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，混凝土中由于纖維的加入，增大了混凝土破壞時(shí)的極限壓應(yīng)變和延性，混凝土并不像素混凝土那樣出現(xiàn)崩碎和強(qiáng)度值的突然降低，而是在達(dá)到峰值后逐漸降低，使混凝土表現(xiàn)出延性破壞的性質(zhì)。（2）當(dāng)混凝土中加入聚丙烯纖維后，其抗折和軸拉強(qiáng)度比素混凝土都有很大提高，且隨著纖維摻量的增加，增高幅度越大。當(dāng)合成纖維摻量為0.1%時(shí)，混凝土的28d抗折和軸拉強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土分別提高10.8%、18.1%。這是由于纖維的摻入能使混凝土基體承受更大的拉伸應(yīng)力，另一方面由于混凝土與纖維的握裹力，使混凝土中產(chǎn)生預(yù)拉應(yīng)力，起到了補(bǔ)償收縮和限制裂縫發(fā)展的效果，因而提高了混凝土基體的抗拉強(qiáng)度。

圖5不同鋼纖維摻量下混凝土的力學(xué)性能由圖5可以看出，（1）鋼纖維摻量對(duì)混凝土28d抗壓強(qiáng)度的影響出現(xiàn)了先增加后降低的趨勢(shì)，分析其原因是鋼纖維的加入降低了混凝土中的孔隙，改善了纖維與基體混凝土間界面過(guò)渡區(qū)性能，另外鋼纖維的高彈模也有益于強(qiáng)度的提高，當(dāng)鋼纖維體積摻量為1.0%時(shí)，抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)提高5.1%。隨著鋼纖維摻量的提高，混凝土中的纖維難以均勻分布，造成混凝土的空隙有所增加影響了強(qiáng)度的進(jìn)一步增長(zhǎng)。（2）鋼纖維的加入對(duì)于混凝土28d抗折和軸拉強(qiáng)度的影響規(guī)律與合成纖維類似，隨著纖維體積分?jǐn)?shù)的增加，混凝土的28d抗折及軸拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。這是由于纖維具有較高的抗拉強(qiáng)度，在混凝土基體中數(shù)目增多，更多的纖維可以橫跨裂紋代替混凝土承受載荷，可以有效地延緩裂紋的發(fā)展和擴(kuò)展，使混凝土的28d抗折及軸拉性能得到提高。當(dāng)鋼纖維體積摻量為1.0%時(shí)，混凝土28d抗折和軸拉強(qiáng)度較基準(zhǔn)分別提高17.7%和31.1%。

3.4混雜纖維對(duì)混凝土耐久性能的影響對(duì)正交試驗(yàn)單因素進(jìn)行分析，得到了混雜纖維摻量與混凝土耐久性能的關(guān)系，如圖6、圖7所示。圖6不同聚丙烯纖維摻量下混凝土的耐久性能由圖6可知，（1）隨著聚丙烯纖維用量的增加，混凝土的抗?jié)B性能呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，分析其原因，纖維的摻加有效地降低和改善混凝土內(nèi)部孔隙率，減少微裂縫的產(chǎn)生，提高了混凝土的抗?jié)B性能。但隨著纖維摻量的逐漸提高，纖維與混凝土的粘結(jié)處可能界面增多，雖然纖維約束了混凝土的開(kāi)裂，但界面處卻增多了縫隙，使整體抗?jié)B性能出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。當(dāng)聚丙烯纖維摻量為0.1%時(shí)，混凝土抗?jié)B等級(jí)提高了40%以上。（2）隨著聚丙烯纖維摻量的增加，氯離子在混凝土中擴(kuò)散的速率逐漸減小。其原因可能是因?yàn)?，?shù)量眾多的細(xì)纖維使混凝土內(nèi)部分散更加均勻，彌補(bǔ)了混凝土中的微缺陷，降低了氯離子的擴(kuò)散通道，從而降低了氯離子的擴(kuò)散系數(shù)[14-15]，提高了混凝土抗氯離子滲透的能力。當(dāng)聚丙烯纖維摻量為0.1%時(shí)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)分別降低了21.5%。同時(shí)也可知隨著聚丙烯纖維摻量的增加，混凝土的干燥收縮逐漸減小，極大提高了混凝土的耐久性。原因是纖維加入混凝土中后，能在混凝土中導(dǎo)入預(yù)拉應(yīng)力，由于纖維的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土，可阻止混凝土進(jìn)一步變形，有效地減小了混凝土收縮。當(dāng)合成纖維摻量為0.1%時(shí)，混凝土90d收縮率降低11.6%。圖7不同鋼纖維摻量下混凝土的耐久性能由圖7可知，（1）隨著鋼纖維摻量的增加，混凝土的抗?jié)B性能也出現(xiàn)達(dá)到峰值后降低的規(guī)律。分析其原因，低摻率的鋼纖維可以使基體失水面積減小，降低了毛細(xì)管失水收縮形成的毛細(xì)管張力，隨著鋼纖維摻量的增加，難以在混凝土內(nèi)部達(dá)到均勻分布，增加了局部的缺陷，從而導(dǎo)致抗?jié)B性能有所下降。當(dāng)聚丙烯纖維摻量為1.0%時(shí)，混凝土抗?jié)B等級(jí)提高了20%以上。（2）隨著鋼纖維摻量的增加，混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)和收縮均顯著降低。主要是因?yàn)殇摾w維的高彈性模量和端鉤的錨固作用，有效地阻止了混凝土內(nèi)部微裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)大，起到了區(qū)域加強(qiáng)的作用，纖維的阻裂作用減少了混凝土的微裂縫，有效抑制了混凝土的干燥收縮。同時(shí)使毛細(xì)孔孔隙率降低，切斷了氯離子擴(kuò)散的通道，降低了氯離子的擴(kuò)散與遷移速度。鋼纖維摻量為1.0%時(shí)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低了18.5%，90d收縮率降低了17.3%。

3.5最優(yōu)施工配合比的確定從正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果及各個(gè)影響因素的分析中得出泵送低收縮混雜纖維混凝土的配合比最優(yōu)組合條件為A3B3C2D3E3F4，混凝土最優(yōu)配合比及實(shí)測(cè)力學(xué)、耐久性能指標(biāo)見(jiàn)表9、表10。表9施工配合比kg/m3表10混凝土實(shí)測(cè)各項(xiàng)性能指標(biāo)

結(jié)論

本文對(duì)不同摻量的鋼纖維和聚丙烯纖維對(duì)C50高性能混雜纖維混凝土的影響進(jìn)行正交試驗(yàn)研究，對(duì)不同纖維摻量混凝土的坍落度、28d抗壓及抗折強(qiáng)度、28d軸向拉伸強(qiáng)度、抗?jié)B及氯離子擴(kuò)散系數(shù)、90d收縮率進(jìn)行了測(cè)試，得出以下結(jié)論：（1）混凝土中混雜纖維摻量較大時(shí)坍落度會(huì)降低，但混凝土粘聚性得到提高。通過(guò)合理的配合比設(shè)計(jì),混雜纖維混凝土可以達(dá)到泵送要求。（2）隨低彈性模量聚丙烯纖維摻量的增加，相當(dāng)于增加了混凝土的缺陷，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度有所下降；而鋼纖維摻量的提高難以均勻分布，造成混凝土的空隙有所增加影響了強(qiáng)度的進(jìn)一步增長(zhǎng)，對(duì)混凝土中的抗壓強(qiáng)度的影響出現(xiàn)了先增加后降低的趨勢(shì)隨著鋼纖維摻量。（3）混凝土中加入混雜纖維后，可以顯著增加抗折和軸拉強(qiáng)度。當(dāng)合成纖維摻量為0.1%時(shí)，混凝土28d的抗折和軸拉強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土分別提高10.8%、18.1%；當(dāng)鋼纖維體積摻量為