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【摘要】采用直徑15μm的兩種長度的玄武巖纖維，制成不同纖維體積摻量的玄武巖纖維混凝土。對其進行抗沖擊試驗，分析玄武巖纖維混凝土在低溫環境下的抗沖擊性能。結果表明：玄武巖纖維能夠提高混凝土在低溫環境下的抗沖擊次數。對試驗結果進行統計分析和失效概率預測，結果表明：威布爾分布可以有效地對基于U形試件的玄武巖纖維混凝土抗沖擊性能進行統計分析。以玄武巖纖維混凝土在沖擊試驗中的初裂和終裂次數的自然對數來評價其抗沖擊性能，則在相同的失效概率情況下，玄武巖纖維混凝土的抗沖擊性能與玄武巖纖維的摻量近似呈線性關系。且在相同的失效概率和玄武巖纖維摻量的條件下，18mm長纖維對混凝土的抗沖擊性能的改善作用優于6mm短纖維。

【關鍵詞】玄武巖纖維混凝土；低溫；抗沖擊試驗；抗沖擊性能；威布爾分布；失效概率

1前言

隨著高寒鐵路等低溫工程的陸續建設以及受全球極端氣候影響，混凝土在低溫環境下的性能變化情況逐漸受到重視。早在上世紀七八十年代歐洲、美國、日本等國家學者針對低溫環境下混凝土力學性能進行了研究。其中沖擊強度是建筑材料重要力學性能，用來衡量材料的抗沖擊能力或判斷建筑材料的韌性，因此沖擊強度也稱為沖擊韌性。混凝土的脆性隨強度的提高而上升。為在保證強度的同時提高其韌性，可采用添加纖維的方法。纖維在混凝土中能夠橋接宏觀裂縫，限制微觀裂縫的擴展，提高混凝土的抗彎性能［1］、抗沖擊性，減小混凝土干縮裂縫［2－3］等等，改善了混凝土力學性能和耐久性。玄武巖纖維（BF）是一種由火山噴發形成的玄武巖礦石經高溫熔融、拉絲而成的無機纖維材料，其外觀為深褐色，色澤與碳纖維相似［4］。BF具有獨特的力學性能、良好的穩定性以及較高的性價比，這使其成為一種良好的混凝土增強材料，將BF摻入混凝土中制成的BF混凝土（BFRC）在建筑領域有著廣闊的應用前景。目前，國內外學者已對BFRC進行了研究。Sim等［5］研究了BFRC的物理，化學和力學等性能。潘慧敏等［6］對BFRC的力學性能進行了研究，給出了BF的最佳摻量范圍。李為民等［7－8］研究了BFRC的動態力學性能和沖擊力學性能。趙慶新等［9］采用了三點彎曲沖擊試驗裝置，結合超聲波測試技術，研究了BFRC的抗沖擊性能。上述實驗證明：BF的摻入可以有效提高混凝土的抗沖擊性能。目前已有的研究大多數是針對常溫下的BF對混凝土抗沖擊性能改善作用的研究，而對于低溫領域尚未有研究報道。本課題就是通過U型試件抗沖擊的方法來探索BF在低溫狀態下的抗沖擊性能，并采用威布爾分布對BFRC試件的抗沖擊次數進行擬合，得出不同失效概率條件下BFRC的抗沖擊壽命。

2試驗設計與結果

2．1原材料配合比水泥為駱駝牌P•O42．5普通硅酸鹽水泥；實驗用砂為天然河砂，細度模數為2．68的中砂；石子選用連續級配的碎石，粒徑5～20mm；水為普通自來水。本課題選擇的BF為短切BF，其短切長度為6mm和18mm兩種，性能參數如表1。水灰比為0．49，砂率為36％。

2．2試驗方法及結果試件采用課題組自行設計的U型混凝土試件（采用U型試件能夠預先確定試件開裂的位置，利于實驗結果的觀察和記錄，提高可預知性［11］），具體尺寸如圖1。采用標準立方體抗壓試驗進行混凝體抗壓強度的測試，試件尺寸為100×100×100mm。實驗結果如表3。混凝土試件成型24h后脫模，標準養護25d后放入低溫－30℃養護72h，在常溫條件下擦干進行沖擊試驗。

3統計分析

3．1威布爾分布通過威布爾分布對BFRC沖擊試驗結果進行統計分析。

3．2不同失效概率下lnN－VB曲線根據式（4），（5）和式（6），對不同VB（BF體積摻量）條件下的BFRC使用威布爾分布擬合。

4結論

1．BF的摻入可以改善混凝土的在低溫環境下的抗沖擊性能，且在試驗配比的范圍內，BFRC的抗沖擊性能隨BF摻量的增加而提高。同纖維摻量的情況下，摻入長度18mm的長纖維的BFRC的初裂和終裂沖擊次數N1和N2均大于摻入長度6mm纖維的BFRC。2．采用威布爾分布對本文的試驗數據進行統計分析，通過數據擬合建立了沖擊次數N和失效概率P之間的函數關系式。結果表明威布爾分布可以有效地對基于U形試件的BFRC抗沖擊性能進行統計分析。3．以BFRC在沖擊試驗中的初裂和終裂次數N的自然對數的值來評價其抗沖擊性能，則在相同的失效概率情況下，BFRC的在低溫條件下的抗沖擊性能與BF的摻量近似呈線性關系。且在相同的失效概率和纖維摻量的條件下，長纖維對混凝土的抗沖擊性能的改善效果優于短纖維。

作者：朱涵1，2；劉昂1；于泳1 單位：1．天津大學建筑工程學院，2．天津大學濱海土木工程結構與安全教育部重點實驗室