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水 利 学 报

２０２３年 １０月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 １０期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）１０ － １２４８ － ０９

纤维混掺超高性能混凝土抗冲磨与拉伸性能研究

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王雄锋 １，２ ，陈 波 ，张晓闯 ，吕乐乐 ，张 丰 １
（１．南京水利科学研究院 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 ２１００２９；
２．中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 ４１００１４）

摘要：为明确钢纤维－ 聚丙烯（ＰＰ）?聚乙烯醇（ＰＶＡ）纤维混掺对超高性能混凝土（Ｕｌｔｒａ － ＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｎｃｒｅｔｅ，
ＵＨＰＣ）抗冲磨和拉伸性 能 的 影 响，本 文 通 过 ＰＰ?ＰＶＡ纤 维 与 钢 纤 维 混 掺、长 短 ＰＶＡ纤 维 混 掺 等 方 式，研 究 了
ＵＨＰＣ抗冲磨性能，阐明了纤维混掺提升 ＵＨＰＣ抗冲磨强度的作用机制；研究了不同掺量 ＰＶＡ纤维与钢纤维混掺
对 ＵＨＰＣ拉伸性能的影响，测试了 ＵＨＰＣ拉伸应力－ 应变曲线，分析了纤维混掺对 ＵＨＰＣ拉伸断裂能的影响。结
果表明：在 １．０％钢纤维的基础上添加 ０．２％～１．０％的 ＰＰ?ＰＶＡ纤维，能进一步提高 ＵＨＰＣ的抗冲磨强度；纤维掺
量相同时，钢－ ＰＰ纤维混掺 ＵＨＰＣ的 抗 冲 磨 性 能 整 体 上 略 优 于 钢 纤 维 ＵＨＰＣ、钢 － ＰＶＡ纤 维 混 掺 ＵＨＰＣ和 长 短
ＰＶＡ纤维混掺 ＵＨＰＣ；长短 ＰＶＡ纤维混掺时，长短纤维体积比为 ３∶１时 ＵＨＰＣ抗冲磨强度最高。钢 － ＰＶＡ纤维混
掺 ＵＨＰＣ拉伸应力－ 应变曲线表现为应变软化，钢 － ＰＶＡ纤维混掺 ＵＨＰＣ较钢纤维 ＵＨＰＣ的抗拉强度略低，钢纤
维比钢－ ＰＶＡ混掺纤维能更好地抑制微裂缝的萌生与扩展。
关键词：超高性能混凝土；纤维混掺；拉伸性能；抗冲磨
中图分类号：ＴＵ５２８．４５
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０３６５
１ 研究背景

很多大型高水头电站，例如向家坝、石头峡、白鹤滩、大石峡以及锦屏一级水电站等其最大泄流
流速均超过 ４０ｍ?ｓ。水工泄水建筑物长期受到高速夹沙、夹石水流的反复冲磨，会造成混凝土的严重
冲蚀和磨蚀，大大缩短建筑物的服役寿命 ［１ － ２］ 。在泄水建筑物的修补工程中，常常使用高强度等级混
凝土。例如：新疆和田乌鲁瓦提水利枢纽工程、乌鲁木齐河青年渠渠首段、喀群引水枢纽泄洪闸段均
受到砂石长期冲磨，后采用 Ｃ６０混凝土对破坏面进行修复。实践证明，提高混凝土的强度等级是抵抗
推移质冲磨的有效方法 ［３］ 。但是，也有报道 ［４］ 指出，在西部某些地区的泄水建筑物中，Ｃ６０甚至 Ｃ８０
的高强混凝土也存在冲磨破坏现象。并且高强混凝土存在脆性大、抗裂性差以及抵抗变形性能差等问
题。因此具有超高抗压强度、超高韧性、超高耐久性的超高性能混凝土（Ｕｌｔｒａ － ＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｎ
ｃｒｅｔｅ ，ＵＨＰＣ）的出现为泄水建筑物冲磨破坏提供了一种新的修补材料 ［５］ 。
纤维作为 ＵＨＰＣ的重 要组分 之一，其 品 种 和 掺 量 对 混 凝 土 各 项 性 能 有 着 重 要 的 影 响 ［６ － ８］ 。Ｙｏｏ
等 ［９］ 研究了不同类型钢纤维和超高分子量聚乙烯（Ｕｌｔｒａ － ｈｉｇｈｍｏｌｅｃｕｌａｒｗｅｉｇｈｔｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ，ＰＥ）纤维混
掺对 ＵＨＰＣ拉伸性能的影响，发现随着 ＰＥ纤维取代率的增加，钢－ ＰＥ纤维混掺 ＵＨＰＣ的应变能力和
能量吸收能力显著提高，但抗拉强度有所下降。Ｓｏｎ等 ［１０］ 采用端钩钢纤维与直径为 ０．１ｍｍ聚乙烯醇
（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ，ＰＶＡ）纤维混掺，研究了混掺比例对混凝土拉伸性能的影响，得出 １．５％端钩钢纤维
与 ０．５％ ＰＶＡ纤维混掺比单掺 ２．０％端钩钢纤维的抗拉强度大的结论，并认为 ＰＶＡ纤维的掺入提高了

收稿日期：２０２３ － ０６ － １９
基金项目：国家自然科学基金重点项目（５１７３９００８）；江苏省自然科学基金项目（ＢＫ２０２０１１２５）
作者简介：王雄锋（ １９９８ － ），硕士，主要从事超高性能混凝土研究。Ｅ － ｍａｉｌ：１７３８５０２５１７＠ｑｑ．ｃｏｍ
通信作者：陈 波（１９７８ － ），博士，正高级工程师，主要从事高性能水工材料研发与工程应用研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｂｃｈｅｎ＠ｎｈｒｉ．ｃｎ

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