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辅特维增强轻骨料混凝土力学性能与耐久性研究

一、引言

（一）研究背景与意义

在现代建筑领域，轻骨料混凝土凭借其质轻、隔热保温、抗震性能好等一系列优异特性，逐渐成为一种备受瞩目的新型建筑材料。在高层、大跨度建筑以及对保温隔热有严格要求的建筑中，轻骨料混凝土都有着广泛的应用。比如在一些大型商业综合体的屋面结构中，使用轻骨料混凝土可以有效减轻屋面重量，降低建筑结构的负荷，同时其良好的隔热性能还能减少室内外热量的传递，降低空调等设备的能耗。

然而，轻骨料混凝土也存在一些不足之处。其抗折强度和弹性模量相对较低，脆性较大，这使得它在承受弯曲和拉伸荷载时的性能表现不如人意。在实际工程中，这些缺点可能导致混凝土结构出现裂缝、变形等问题，从而影响建筑物的安全性和耐久性。比如在一些桥梁结构中，轻骨料混凝土可能因抗折强度不足而在长期荷载作用下出现裂缝，降低桥梁的使用寿命。此外，轻骨料混凝土的耐久性不足，在恶劣的环境条件下，如潮湿、侵蚀性介质等，容易发生性能劣化，进一步限制了其在一些特殊工程中的应用。

为了克服轻骨料混凝土的这些缺点，采用混杂纤维增强技术成为土木工程领域的研究热点。辅特维作为一种由美国Fona公司生产的粗合成纤维，具有独特的结构和性能。它由一种成绺单丝非纤化合成纤维和一种纤化网状纤维组合成百分百纯合成聚合物，即聚丙烯双纤维组合系统。这种特殊的结构赋予了辅特维良好的抗拉强度，其抗拉强度可达620-728MPa，长度为54mm，密度0.91g/cm3。通过将辅特维掺入轻骨料混凝土中，并与耐碱玻璃纤维、钢纤维等进行混杂，可以充分发挥不同纤维的优势，实现对轻骨料混凝土性能的多方面改善。

本研究针对辅特维掺量对轻骨料混凝土力学性能及耐久性的影响展开深入分析，具有重要的理论意义和实际应用价值。从理论层面来看，通过系统研究不同掺量下混凝土的各项性能变化，可以深入揭示纤维增强的微观机理，为轻骨料混凝土的性能优化提供坚实的理论基础。从实际应用角度出发，研究结果将为工程实践中合理选择辅特维掺量提供科学依据，有助于提高轻骨料混凝土的性能，扩大其应用范围，推动建筑行业的可持续发展。在实际工程中，根据不同的工程需求和环境条件，准确确定辅特维的最佳掺量，能够有效提高混凝土结构的质量和耐久性，降低工程成本，具有显著的经济效益和社会效益。

（二）研究目标与范围

本研究的主要目标是全面探究辅特维单掺以及与耐碱玻璃纤维、钢纤维等混杂时，对轻骨料混凝土力学性能和耐久性的具体作用规律。具体而言，在力学性能方面，重点研究其对轻骨料混凝土抗压强度和抗折强度的影响。抗压强度是衡量混凝土承受压力能力的重要指标，对于基础、柱等承受竖向荷载的结构构件至关重要；抗折强度则反映了混凝土抵抗弯曲破坏的能力，在梁、板等受弯构件中起着关键作用。通过研究不同纤维掺量下混凝土的抗压和抗折强度变化，能够为工程设计提供准确的强度参数。

在耐久性方面，主要考察辅特维对轻骨料混凝土抗渗性及抗碳化性能的影响。抗渗性关系到混凝土在水、油等液体介质作用下的抵抗渗透能力，对于水工结构、地下室等防水要求较高的部位具有重要意义；抗碳化性能则影响着混凝土结构的耐久性，碳化作用会使混凝土的碱性降低，导致钢筋锈蚀，从而削弱结构的承载能力。了解纤维掺量对这些耐久性指标的影响，有助于采取有效的措施提高混凝土结构的使用寿命。

同时，本研究还将深入揭示纤维增强的微观机理。从微观层面分析纤维与混凝土基体之间的相互作用，包括纤维的阻裂机理、纤维与水泥基体的界面区特性以及基于损伤理论的混凝土本构模型等。通过扫描电镜等微观测试手段，观察纤维在混凝土中的分布状态、与水泥浆体的粘结情况以及裂缝的发展过程，从而深入理解纤维增强轻骨料混凝土的作用机制，为进一步优化混凝土性能提供理论指导。

二、辅特维混凝土基础理论与材料特性

（一）辅特维纤维基本性能

辅特维（FortaFerro）是一种具有独特性能的纤维材料，由美国Fona公司生产，其化学成分为聚丙烯，是一种聚丙烯双纤维组合系统。这种纤维由两种不同形态的聚丙烯纤维巧妙组合而成，包括成绺单丝非纤化纤维与纤化网状纤维。

成绺单丝非纤化纤维，每一根单丝都保持着相对独立且光滑的状态，它们不会相互纠缠或纤维化，这使得它们在混凝土中能够均匀分散，有效避免了纤维的团聚现象。这种纤维具有较高的强度和刚度，能够为混凝土提供有效的增强作用。在混凝土受到外力作用时，成绺单丝非纤化纤维可以承担一部分荷载，阻止裂缝的快速扩展，从而提高混凝土的抗拉和抗折强度。

纤化网状纤维则呈现出一种类似网状的结构，纤维之间相互交织、连接。这种结构赋予了纤维良好的柔韧性和分散性，能够在混凝土中形成一个三维的网状支撑体系。纤化网状纤维可以更好地与混凝土基体结合，增加纤维与混凝土之间的界面粘结力，从而提高混凝土的韧性和