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纤维网增强混凝土（FRC）路用性能试验
西安公路交通大学公路工程检测中心
1. 原材料性质
水泥：秦岭425R普通硅酸盐水泥； 碎 石：1一3石灰岩，连续级配，级配良好；
砂：灞河砂，级配良好，细度模数2.86；减水剂：UNF－5高效减水剂。
纤维：网状聚丙烯纤维网（Fibermesh），其物化特征如下
| 吸水性： | 无 |
| 张力强度 | 8O～10Oksi |
| 熔点： | 160～170℃ |
| 导热性： | 低 |
| 酸和盐阻抗： | 高 |
| 杨氏弹性系数： | 3.5KN/mm |
| 比重： | 0.91 |
| 纤维长度 | 12～51mm |
| 燃点： | 590℃ |
| 导电性： | 低 |
| 碱阻抗： |
碱防护 |
2. 混凝土配合比
本配合比按重交通量水泥混凝土路面设计，即设计抗折强度为5．OMPa，每立方米水泥混凝土各材料用量见表l。
混凝土配合比（kg/m3）表1
| 混凝土类型 | 水泥 | 砂 | 碎石 | 水 | 减水剂 | 纤维网 | 坍落度(mm) |
| 普通混凝土 | 345 | 644 | 1274 | 132 | 2.42 | 0 | 23 |
| 纤维网混凝土 | 345 | 644 | 1274 | 132 | 2.42 | 0.9 | 18 |
3. 纤维网混凝土性能评价
3．1 抗折强度与抗压强度
混凝土的强度试验是将养护到规定 28d龄期的小梁试件（150min×150mm×550mm）按三九权法测定其抗折强度（加荷速度约为
0．2KN／旬，然后用 150mm×150mm×105mm的试件进行抗压强度试验，加荷速度为 8KN／s，试验结果见表2.
混凝土28d强度试验结果 表2
| 混凝土类型 | 抗折强度 | 抗压强度（Mpa） |
| 普通混凝土 | 5.60 | 43.81 |
| 纤维网混凝土 | 6.08 | 53.27 |
3．2 抗渗性
试验按《公路工程水泥混凝土试验规程》（JTJ053－94）中T0528－94的规定进行，成型试件尺寸为上口直径175mm，下口直径185mm，高165mm，同条件养护至28天。试验在HS－40型混凝土抗渗仪上进行，试验时，水压从0．2MPa开始，每恒压8h增加0.1MPa，一直增加到6个试件中有3个试件上表面出现渗水为止。若水压达到l．3MPa，经8h后第三个试件仍未出现渗水则每隔8h将水压从0.IMPa增加至0.2MPa。记录第3个试件出现渗水时的水压，按下式计算抗渗标号。试验结果见表3：
S＝10H-l
式中：S一抗渗标号；
H一第三个试件开始出现渗水时的水压力（MPa）
混凝土抗渗试验结果 表3
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混凝土类型
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抗渗标号
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普通混凝土
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S9
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纤维网混凝土
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S11
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很显然，纤维网混凝土的抗渗性能优于普通混凝土，其抗渗标号增长了2个标号，即混凝土的耐久性有所提高。
3.3 耐磨性能
本试验采用TMS－04型水泥胶砂耐磨试验机，并按松路工程水泥混凝土试验规程》（JU053－94）中T0527－94中的规定进行试验。试件尺寸为150×150×70mm混凝土养护至28d进行试验，试验前首先将试件提前1天从养护室中取出，自然干燥12h，放入60℃的烘箱中继续烘12h；然后将试件放在带有花轮磨头的耐磨试验机的水平转盘上，在200N的负荷下磨削50转，并称量试验前后的质量，按下式计算单位面积的磨耗量。两种混凝土的单位面积磨耗量见图l。
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图1 混凝土耐磨试验结果比较
G＝｛（MO－MI）／0.01251×100
试中：G一单位表面积磨损量（kg/m2）
M。一试件的原始质量（kg)
M；一试件磨削后的质量（kg）；
0．0125一试件磨损面积(kg)
试验结果表明，纤维、网混凝土耐磨性优于普通混凝土，耐磨性能提高了27.13％。
3.4 温度收缩系数
温度收缩系数的测定是在28d龄期。尺寸为 150×150×550mm的混凝土小梁试件上进行的。试验采用
BQI20－80AA型电阻应变片，在每个试件两侧分别平行粘贴，然后将试件置于保温箱中，从30T开始降低温度，每降低ST保温Zh，当温度达到稳定状态时，利用DH8315应变数据采集仪记录数据。测定的结果见表4和图2。
由表4和图2可看出，纤维网混凝土的的平均温度系数略低于普通混凝土，反映出纤维网混凝土在路面结构设计时可以与普通混凝土在接缝方面等同考虑。
纤维网混凝土的温缩性能 表4
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混凝土类型
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-20—0℃（平均值）
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0—30℃（平均值）
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-20—30℃（平均值）
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普通混凝土
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7.837
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12.688
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11.407
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纤维网混凝土
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7.444
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12.793
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10.771
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图2 混凝土温度—温度收缩系数的关系
3.5 混凝土的抗折弹性模量
混凝土抗折弹性模量是路面厚度计算和板内应力验算的重要参数之一。本试验按照松路工程水泥混凝土试验规程》中的"混凝土抗折弹性模量试验"方法进行。试件尺寸为
150×150×550mm，试件龄期为 28d。试验前将 BQ120－ 80AA型电阻应变片，分别粘贴在每个试件抗折底面，采用电阻应变仪记录数据。试验中采用450mm标距，三分点加载，加载时预压至SKN，然后采用循环加载方式，直至应变稳定（前后循环应变读数差（1×10－6）。试验结果见表5。
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混凝土类型
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弹性模量（*104MPa)
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极限拉应变（*10-4）
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普通混凝土
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3.81
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1.47
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纤维网混凝土
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3.81
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1.60
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注：极限拉应变=抗折强度/抗折弹性模量。
从试验结果可以看出，普通混凝土与纤维网混凝土的抗折弹性模量基本持平，但纤维网混凝土的极限拉应变却增长了8.57％。
3.6 弯曲疲劳特性
试验采用美国MTS（485型）电液伺服式疲劳试验机，试件按三分点法加荷（图3）。试验前先对试件反复预加5KN荷载，以消除因接触不良而造成的误差。
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（1)加载模式：应力控制。
（2)加载波形和加载频率：加载波形采用连续正弦波形（图4）。试验中力加快进度，相邻波形间未插入间隙时间；同时为避免长时间试验可能出现零点漂移而引起的脱空现象，从而对试件产生冲击作用，本试验设置正弦波荷载的最小荷载Pmin为最大荷载民。Pmax的10％，即荷载循环特征值p＝Pmin／Pmax＝0.l。加载频率选用10HZ，相当于车辆行驶速度60km/h。
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图4 疲劳试验加载示意图
纤维网混凝土的应力比与疲劳寿命问的关系应具有与普通混凝土相似的形式，即：
σ/S＝S－PlgNt
式中：σ--疲劳强度（MPa）；
S--静载一次作用下的极限弯拉应力（MPa）；
a、β--回归参数，由试验条件功p载方式及材料特性等因素决定；
Nt--疲劳破坏次数。
混凝土抗折疲劳试验结果 表6
| 混凝土类型 | 应力比 | 疲劳次数 | 疲劳方程 |
| 普通混凝土 | 0.85 | 386 | σ/s=1.0143-0.07181gNt r=0.980 |
| 0.80 | 554 | ||
| 0.75 | 3312 | ||
| 0.70 | 31483 | ||
| 0.65 | 113672 | ||
| 纤维网混凝土 | 0.85 | 1139 | σ/s=1.0989-0.08541gNt r=0.990 |
| 0.80 | 3076 | ||
| 0.75 | 7686 | ||
| 0.70 | 47286 | ||
| 0.65 | 216500 |
本试验对疲劳方程的建立所采用的方法正是基于这一点而进行的。表6列出了普通混凝土与纤维网混凝土的疲劳试验结果。由于混凝土属于非均质材料，弯曲疲劳试验中的数据具有较大的分散性，即在同一应力比作用下，m个相同试件可能会得到m完全不相同的疲劳寿命，放在数据分析中采取适宜的处理技术是必要的。本研究采用Wefou11建议的方法，表6即是经过Weibull法处理后具有90％存活率的弯曲疲劳数据。
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从试验结果可以看出，纤维网混凝土的回归参数。值明显高于普通混凝土，提高了8．34％，说明纤维网混凝土的抗折疲劳性能增强；同时也可能看出，纤维网混凝土的回归参数p值也明显高于普通混凝土，提高了 18.94％，这说明纤维网混凝土的疲劳曲线变陡，疲劳寿命随应力变化的敏感程度也有所增加。另外，通过建立的弯曲疲劳方程计算两种混凝土的理论疲劳寿命可以发现，随应力比的增大，纤维网混凝土的疲劳寿命将成倍的增长（见表7），即纤维网混凝土在重交通荷载作用下具有优良的寿命。
混凝土理论抗折疲劳寿命比较 表7
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应力比
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理论疲劳次数
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疲劳寿命增长率（%）
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普通混凝土
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纤维网混凝土
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0.85
|
194
|
821
|
323.2
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|
0.80
|
965
|
3162
|
227.7
|
|
0.75
|
4797
|
12175
|
153.8
|
|
0.70
|
23847
|
46877
|
96.6
|
|
0.65
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118556
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180485
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52.2
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4. 结论
试验结果表明，聚丙烯纤维网混凝土具有优良的物理力学性能：
(1)与普通混凝土相比，，掺加0.9kg/m3聚丙烯纤维网混凝土不但具有较高的抗压强度，而且能较大幅度地提高抗折强度，同时聚丙烯纤维网的掺入使得混凝土的耐磨性及抗渗性能提高，耐久性进一步得到保证；
(2)更为突出的是，纤维网混凝土具有优良的弯曲疲劳性能，尤其在高应力比下，与普通混凝土相比，疲劳寿命可成数倍增长；
(3)纤维网混凝土的温缩系数略低于普通混凝土，因此在路面结构设计时可以与普通混凝土在接缝方面等同考虑；另外，尽管与普通混凝土相比具有相近的弹性模量，但纤维网混凝土的极限拉应变却有较大幅度的增长。
