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兩種及以上纖維共同摻加被稱為混雜纖維，相比單種纖維，混凝土基體內(nèi)存在多種纖維時(shí)，纖維之間存在的混雜效應(yīng)會(huì)使纖維混凝土性能變化機(jī)理更加復(fù)雜。通過纖維混雜作用，可能實(shí)現(xiàn)混凝土性能的進(jìn)一步改善。許多文獻(xiàn)探究了不同種類和比例的混雜纖維對(duì)混凝土性能的影響，本文簡(jiǎn)要介紹了一些文獻(xiàn)中的混雜纖維混凝土研究。

Liu等[1, 2]向混凝土中摻加了不同比例的PVA-鋼混雜纖維，并測(cè)試了混雜纖維增強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能和破壞形式。如圖1和圖2所示，結(jié)果表示提升混雜纖維中的鋼纖維比例時(shí)，混凝土的抗彎強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都出現(xiàn)了顯著提高，而PVA纖維混雜比例提升則對(duì)抗彎強(qiáng)度的影響較小，摻量較高時(shí)還會(huì)降低試樣的拉伸強(qiáng)度。

圖1 不同纖維混雜比例混凝土抗彎強(qiáng)度變化

圖2 不同纖維混雜比例混凝土拉伸強(qiáng)度變化

作者認(rèn)為PVA纖維和鋼纖維對(duì)混凝土在拉伸破壞中的裂縫開展過程起到不同作用，如圖3所示為混凝土拉伸過程的三個(gè)主要階段。階段1為彈性加載階段，在此階段纖維雜化效應(yīng)的貢獻(xiàn)有限，應(yīng)力-應(yīng)變曲線與普通混凝土基本一致。隨著應(yīng)力的增大，混凝土開始出現(xiàn)微裂紋后應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)入第二階段，此時(shí)PVA纖維和鋼纖維與混凝土基體發(fā)生相互作用，阻止微裂縫的形成和進(jìn)一步發(fā)展，抑制宏觀裂縫的產(chǎn)生。此外，由于PVA纖維具有更小的幾何形狀和更好的柔韌性，在增強(qiáng)混凝土基體方面比鋼纖維發(fā)揮更重要的作用。隨著應(yīng)力的不斷增加，微裂紋相互連接開始形成宏觀裂紋。由于纖維的雜化效應(yīng)，在加載過程中可能會(huì)形成并擴(kuò)展多個(gè)宏觀裂紋。最初，鋼纖維和PVA纖維都可以橋接宏觀裂紋，但隨著加載的增加，宏觀裂紋逐漸張開，導(dǎo)致其寬度增大，PVA纖維首先被拉出或在大裂縫處斷裂。此時(shí)，宏觀裂紋中僅鋼纖維主導(dǎo)橋梁作用，應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)入第三階段，在此階段，應(yīng)變迅速增加，而應(yīng)力迅速減小。應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰后階段的拐點(diǎn)可視為區(qū)分第二階段和第三階段的臨界點(diǎn)。到達(dá)該拐點(diǎn)后，宏觀裂紋趨于連通并快速?gòu)堥_。與此同時(shí)，主裂縫開始形成并發(fā)展。

圖3 混雜纖維混凝土裂縫產(chǎn)生過程

文獻(xiàn)[3]使用了PVA與PP纖維混雜摻加混凝土，對(duì)其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能(抗壓、拉伸和抗沖擊)進(jìn)行了初步研究。如圖4和圖5所示，結(jié)果表明混雜纖維制備的混凝土材料抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨混雜纖維中PP纖維體積比的增大而減小，且在纖維總體積摻量相同的情況下，部分混雜PP纖維的混凝土抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度低于純PVA增強(qiáng)混凝土。此外，隨著PP纖維在混雜纖維中的比例增大，混雜纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸應(yīng)變?cè)龃螅箾_擊性能也有所增強(qiáng)。

圖4 不同混雜纖維抗壓應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖5 不同混雜纖維拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線

文獻(xiàn)認(rèn)為混雜纖維對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面是纖維在混凝土基體中起到了橋接作用，抑制了裂紋的出現(xiàn)和發(fā)展，提高了材料的延性。另一方面是纖維的不均勻分布增加了基體孔隙率造成性能的負(fù)面影響，這導(dǎo)致基體中存在的初始缺陷數(shù)量增多，其抗壓強(qiáng)度降低，纖維的低彈性模量對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度也有不利影響。此外，在混雜纖維中，由于PP纖維和PVA纖維對(duì)基體的粘合性能不同，導(dǎo)致PVA和PP纖維的對(duì)混凝土作用機(jī)制也有差異，純PVA的拉伸應(yīng)力在PVA纖維拉拔過程中基本保持不變，而對(duì)于混雜纖維混凝土，由于PVA纖維的拔出后PP纖維仍在承受載荷，拉伸應(yīng)力出現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)。綜合來看，混雜纖維對(duì)混凝土力學(xué)性能受到多種作用的共同影響。

同種纖維的不同類型也可混雜摻入混凝土實(shí)現(xiàn)增韌效果，文獻(xiàn)[4]等將不同類型的PVA纖維（涂油和不涂油）以適當(dāng)比例混雜，制備具有應(yīng)變硬化和穩(wěn)態(tài)多重開裂的高韌性混凝土材料，并測(cè)試了其力學(xué)性能。

將未涂油的PVA纖維與涂油的PVA纖維按適當(dāng)比例混合，制成PVA-ECC材料。如圖6所示，M17和M21分別為混雜PVA纖維和純涂油的PVA纖維試樣，混雜PVA纖維的應(yīng)變硬化效應(yīng)在裂縫開始出現(xiàn)時(shí)更為明顯。之后，隨著未涂油的PVA纖維開始斷裂，應(yīng)變硬化趨勢(shì)逐漸消失。對(duì)于涂油的PVA-ECC，裂紋開始時(shí)的應(yīng)變硬化效應(yīng)不明顯，應(yīng)力-應(yīng)變曲線近似水平。隨著位移的增加，涂油后的PVA纖維與基體之間發(fā)生滑移硬化，應(yīng)變硬化特征更加明顯。兩種試樣拉伸過程中都出現(xiàn)了多重平行裂紋的現(xiàn)象，如圖7所示。

圖6 混雜PVA纖維與純PVA纖維混凝土拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖7 多重平行裂紋

纖維混凝土的纖維摻量通常小于2%，纖維摻量較低時(shí)混凝土仍然呈現(xiàn)出完全脆性破壞特征，此時(shí)混凝土的韌性隨著纖維摻量提高而增大，但超過最高摻量可能造成混凝土拌合物工作性降低而影響纖維分散，不利于纖維混凝土內(nèi)部均勻性。絲狀纖維含量提高會(huì)增大纖維在基體內(nèi)團(tuán)聚的數(shù)量，團(tuán)聚纖維會(huì)擴(kuò)大混凝土孔隙率，降低力學(xué)性能和耐久性[5]。此外，纖維取向?qū)炷恋脑鲰g效果也有較大影響[6, 7]。混凝土拌合時(shí)纖維取向的隨機(jī)分布限制了混凝土韌性提升范圍，硬化混凝土發(fā)生斷裂時(shí)，在斷裂面傾斜角較高的纖維會(huì)出現(xiàn)橋接作用弱化，降低混凝土韌性。混凝土的工作性和澆筑流動(dòng)方向會(huì)影響纖維取向[6]，纖維在良好工作性的混凝土中按拌合物澆筑方向排布的可能性較大。

[1] LIU F, DING W, QIAO Y. Experimental investigation on the flexural behavior of hybrid steel-PVA fiber reinforced concrete containing fly ash and slag powder [J]. Construction and Building Materials, 2019, 228.

[2] LIU F, DING W, QIAO Y. Experimental investigation on the tensile behavior of hybrid steel-PVA fiber reinforced concrete containing fly ash and slag powder [J]. Construction and Building Materials, 2020, 241.

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