玄武岩/聚丙烯腈混杂纤维混凝土力学性能及最优纤维掺量研究

曾振海，李传习，柯璐，聂洁

(长沙理工大学 土木工程学院，湖南 长沙 410114)

摘 要：为得到力学性能较优的混杂纤维混凝土设计方法，研究纤维混杂效应及纤维最佳掺配量。选用玄武岩纤维(B纤维)和聚丙烯腈纤维(P纤维)，通过对不同纤维体积掺量的混凝土试件进行抗压、劈裂抗拉和弯曲韧性等力学性能试验，得到各纤维掺量下混凝土的抗压强度、抗压弹性模量、抗拉强度、抗弯承载力和弯曲应力−应变曲线，并据此计算纤维混杂效应系数和韧度比。研究结果表明：纤维的掺入对混凝土抗压弹性模量影响很小，对抗拉、抗弯强度和韧度比有明显提升，但抗压强度略有下降。混杂纤维混凝土的抗压、抗拉、抗弯强度和韧度比等力学性能总体上优于单一纤维混凝土。纤维混杂效应系数分析表明，2种纤维间具有良好的混杂效应。当B纤维和P纤维体积掺量分别为0.15%和0.11%时，纤维混凝土力学性能综合最优。同时，该掺配量下的混凝土早龄期(3 d和7 d)的力学性能亦优于素混凝土。

关键词：混杂纤维混凝土；混杂效应；力学性能；应力−应变曲线；纤维掺量

混凝土自问世以来经过近200年的发展，已成为当代最主要的建筑材料之一，但其最大缺点为荷载作用下的脆性破坏以及耐久性问题[1]。掺入纤维是改善混凝土基体的抗拉和抗弯等力学性能的有效途径[2]。由于纤维混凝土的力学性能很大程度上决定于纤维性能，而每种纤维的性能都有一定的局限性，因此单独掺入某一种纤维对混凝土基体的增强作用有限，若将不同性质的纤维混杂，纤维之间可以通过性能优势互补使得基体在不同层次和受载阶段有着更优异的性能[3−5]。杨成蛟等[6]将钢纤维(steel fiber，SF)和聚丙烯纤维(polypropylenefiber，PF)进行混杂，进行了混凝土的抗折等力学试验，结果表明2种纤维具有良好的混杂效应，混凝土抗压和抗折等力学性能优于素混凝土和单掺纤维混凝土，并且当钢纤维和聚丙烯纤维的体积掺量分别为0.7%和0.3%时混凝土的抗折强度提高幅度最大。潘惠敏[7]研究了玄武岩纤维(basalt fiber，BF)对基体的力学性能的影响，结果显示掺入玄武岩纤维可有效提高混凝土的抗压和抗折强度，最大提高幅度分别达20%和22%。贺晶晶等[8]研究了玄武岩−聚丙烯混杂纤维混凝土的力学性能，结果显示混杂纤维混凝土的劈拉和抗折强度明显高于素混凝土和单掺纤维混凝土。已有研究[6−10]中，纤维混杂方式大多选用钢纤维、聚丙烯纤维或玄武岩纤维进行混杂，而对于玄武岩纤维和聚丙烯腈纤维混杂的研究鲜有报道。研究表明，纤维的掺入还可以提高混凝土的早龄期强度[11−12]。本研究将玄武岩纤维(B纤维)和聚丙烯腈纤维(P纤维)混杂制作纤维混凝土，开展混杂纤维混凝土抗压、抗拉、抗压弹性模量和弯曲韧性试验，与素混凝土和单一纤维试验结果进行比较。在弯曲韧性试验中将得到试块底部跨中受拉区应力−应变曲线并通过拟合得出每个试块弯曲应力和应变间的函数关系式，经函数积分获得各试块的韧度比。随后综合各力学性能试验结果得出2种纤维增强混凝土基体的最佳掺量组合。本文还将研究最佳纤维混杂掺配量下的混凝土和素混凝土早龄期(3 d和7 d)的立方体抗压、劈裂抗拉和抗弯承载力等力学性能，以期验证该混杂纤维混凝土的早龄期力学性能。

1 试验方案

1.1 纤维特性与纤维体积掺量

选用武汉中鼎经济发展有限公司生产的玄武岩纤维(B纤维)和聚丙烯腈纤维(P纤维)。纤维具体的材料特性如表1所示，其中，ρ为纤维密度；σb为抗拉强度；E为弹性模量；l为纤维长度；d为纤维直径；δ为纤维断裂伸长率。纤维体积掺量如表2所示。

1.2 混凝土配合比及试件尺寸

采用石门海螺水泥有限公司生产的P.0 52.5普通硅酸盐水泥；粗骨料为连续级配碎石(粒径5~31.5 mm)；细骨料为含泥量低且级配良好的黄砂；衡阳邦奥伟业环保建材科技有限公司生产的高效减水剂，减水率为31.2%；自来水。除纤维以体积分数计量外，其余材料用量均按质量计，称量的精确度满足规范要求混凝土强度等级为C55。具体配比如表3所示。

表1 纤维材料特性

Table 1 Material properties of fibers

纤维特性BFPF ρ/(kg·m−3)2 6501 180 σb/MPa4 550979 E/GPa9917.6 l/mm1212 d/μm1513 δ/%3.121

表2 纤维体积掺量

Table 2 Volume rate of fibers %

混凝土种类编号BFPF 素混凝土A-1—— 单一纤维混凝土A-20.1— A-30.15— A-40.2— P-1—0.07 P-2—0.09 P-3—0.11 B-P混杂纤维混凝土H-10.10.07 H-20.10.09 H-30.10.11 H-40.150.07 H-50.150.09 H-60.150.11 H-70.20.07 H-80.20.09 H-90.20.11

表3 混凝土配合比

Table 3 Mix design of concrete kg/m3

水泥砂碎石水减水剂 4946491 2041539.39

试验试块分别按照《水工混凝土试验规程》SL 352—2006和《纤维混凝土试验方法标准》CECS：2009规定制作。立方体抗压和劈裂抗拉试验试块尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，轴心抗压和抗压弹性模量试块尺寸为150 mm×150 mm× 300 mm，抗弯韧性试验试块尺寸为150 mm×150 mm×550 mm，每组浇筑3个。

然而，我们不仅需要在先人的智慧中探寻保护自然之道，更需站在新的时代角度，担起环保重任。谱就源自山野翠竹，清流激瀑中的自然华章。

（3）加强政府监管。由建委招标办负责加强严格执行招标投标法的执法监督检查，对违反招标投标法的行为进行处罚。对正在进行的招标投标中的违法行为应责令改正，对违法招标的，应坚决废标，重新依法招标。对多次违法招标投标的，应取消其招标投标资格。

1.3 拌和工艺与试验方法

试验方法参考《水工混凝土试验规程》SL 352—2006和《纤维混凝土试验方法标准》CECS：2009中立方体抗压、抗拉、抗压弹性模量和抗弯韧性试验方法进行。立方体抗压、抗压弹性模量、劈裂抗拉和轴心抗压试验选用2 000 kN YES-2000B型伺服试验机，加载速率控制在6~7 kN/s。

弯曲韧性试验采用三分点加载，同时在试块底面跨中横向依次黏贴3个长度为50 mm的电阻应变片，如图1所示。每隔60 s读取一次应变值，取算数平均值作为试块跨中的受拉应变值，并记录所对应的弯曲荷载，试验加载采用恒速率控制，加载速率为0.2 mm/min，直至试块破坏时终止试验。

单位：mm

(a) 侧面示意图；(b) 试件底部

图1 弯曲韧性试验装置简图

Fig. 1 Flexural toughness test setup

2 试验结果与分析

2.1 纤维对混凝土抗压性能的影响

素混凝土(plain concrete, PC)和纤维混凝土试块的立方体抗压和轴心抗压试验结果对比如图2和图3所示。对于立方体抗压强度：1) 总体趋势上，单掺或者混掺纤维使基体的立方体抗压强度有所下降，下降幅度为0.6%~17%。仅当BF体积掺量在0.15%及其附近(±0.05%)、PF体积掺量在0.09%及其附近(±0.02%)时抗压强度较素混凝土(PC)略有提升(1.5%~1.6%)。分析原因为在混凝土搅拌及硬化过程中，纤维因自身重力作用下沉，出现基体内纤维分布不均匀，同时产生纤维沉底和结团现象，从而导致基体内出现空洞，产生了薄弱截面，同时在一定程度上影响基体的密实性，进而导致混凝土基体的抗压性能下降。2) 对于玄武岩纤维混凝土(BFRC)的抗压性能，随着纤维体积掺量的增加呈现先减后增的趋势；对于聚丙烯腈纤维混凝土(PFRC)和混杂纤维混凝土(HFRC)的抗压性能，随着纤维体积掺量的增加呈先减后增再减的趋势；分析原因为：在纤维掺量较小时，基体内的纤维形成有效“承载网络”的数量也较少，这些网络之间由于数量不足不能相互搭接反而影响了混凝土基体的密实性导致抗压强度下降；当纤维体积掺量逐渐增多到一定数量时，随着“承载网络”的增多并相互之间搭接形成“传力桥”，可以在基体内部裂缝产生和发展过程中起到抑制作用，也可当裂缝已出现时纤维可以对裂缝周围的基体产生拉拽作用，从而提升抗压强度；但当纤维体积掺量过大时，基体内的纤维数量过多，纤维之间形成互相干扰，影响基体内部的密实性和黏结性，导致混凝土抗压强度下降。3) 当PF体积掺量在0.07%～0.09%区间时，SF体积掺量在0.1%～0.2%区间时，PFRC试块的抗压强度都要优于BFRC。4)混杂纤维对基体抗压强度产生的“负作用”要低于单掺纤维，原因是BF和PF 2种纤维拥有各自的优势性能，当混杂时2种纤维能在基体内做到“扬长避短”，起到了很好的协同作用。综上所述，抗压性能相对较优的有H-5，H-6和H-8试块；5) 由图2可看出各纤维混凝土的轴心抗压强度的变化趋势与立方体抗压结果变化趋势类似；6) 综合立方体和轴心抗压试验结果，本试验中纤维最优掺配量为VB=0.15%，Vp=0.09%(H-5试块)。

图2 纤维掺量对立方体抗压强度的影响

Fig. 2 Cubic compressive strength effect of concrete with different fiber volume rate

2.2 试块破坏形态

PC，BFRC和PFRC试块在立方体抗压试验中，当荷载达到最大值时立即减小，PC试块表面脱落破损严重，最终呈现“工”字形或锥形，见图4(a)。BFRC试块表面脱落现象要明显好于PC，见图4(b)；HFRC试块在抗压试验中，当荷载达到最大值后不会立即减小而是会出现一定的滞后，且大部分试块在破坏时表面不会自行脱落，总体上还能保持原形状，见图4(c)。由破坏形态上可以验证上文中提到的纤维可对裂缝周围的基体有拉拽的作用，也可对裂缝的发展产生一定的抑制作用。对于混凝土试块的轴心抗压试验中的破坏形态则与立方体抗压试验基本相同。

Based on the aforementioned results, we confirm the proposed photocatalytic mechanism for the degradation of MB dye using Zn2TiO4 nanoparticles as the photocatalyst in our experiment as follows (Eq. (1) to Eq. (6))[9].

图3 纤维掺量对轴心抗压强度的影响

Fig. 3 Axial compressive strength effect of concrete with different fiber volume rate

(a) PC；(b) BFRC；(c) HFRC

图4 立方体抗压试块破坏形态

Fig. 4 Block destroyed mode of cubic compression

2.3 纤维对混凝土抗拉性能的影响

PC试块和纤维混凝土试块的劈裂抗拉试验结果对比如图5所示。结果表明：1) 纤维的掺入可显著提升混凝土基体的抗拉性能，在纤维混杂情况下，除了H-1和H-4试块较PC略有下降外其余试块都有较大提升，最大增幅可达18.6%；2) 对于单掺纤维混凝土，除了BF体积掺量为0.1%的BFRC试块较PC下降5.5外，其余所有单掺纤维试块的抗拉性能都好于PC，增幅范围为1.5%～17.5%。同时对于BFRC试块和PFRC试块，抗拉强度随着纤维体积掺量的增加而增大；3) 当BF体积掺量在0%～15%区间时，PF体积掺量为0.09%和0.11%的抗拉强度要明显优于掺量为0%和0.07%系列，这是因为在总纤维掺量不大时细小而低弹性模量的PF在拌和过程中较均匀分散到基体内，改善了基体内部的纤维分布情况，使出现较大纤维间距和基体内部早期裂缝的概率大大降低。但是，当BF体积掺量达到0.2%时，PF掺量0.11%系列抗拉强度急剧下降，说明纤维总量过大时就会使上文所述的“负作用”效应凸显出来；4) PF体积掺量为0%和0.07%的试块抗拉强度随着BF掺量的增加而呈先减后增的趋势，而PF体积掺量为0.09%和0.11%的试块则是先增后减。这是因为多种纤维在试块受载的不同阶段和不同结构层次上所发挥的协同作用会随着纤维体积掺量的变化而变化，同时纤维过多时会使基体性能出现下降；5) 劈裂抗拉试验结果显示，BF掺量为0.15%、PF掺量为0.11%时(H-6)试块的抗拉强度最高，较PC提高了18.6%。

图5 纤维掺量对劈裂抗拉强度的影响

Fig. 5 Splitting tensile strength effect of concrete with different fiber volume rate

2.4 纤维对混凝土抗压弹性模量的影响

各纤维混凝土试块的抗压弹性模量试验结果与PC对比如图6所示。可以看出各纤维混凝土试块的抗压弹性模量相较PC变化范围很小，上下波动的幅度最高仅为4.1%，因其试验值很大程度上取决于轴心抗压强度值，故其总体变化趋势也相似于轴心抗压强度。根据材料力学中的叠加原理，复合体的弹性模量可以认为是基体和纤维各自弹性模量与体积率的乘机之和式(1)。所以，在纤维掺量绝对值较低的情况下，又考虑到纤维混凝土出现的“负作用”，其弹性模量的变化是很有限的。

(1)

式中：E为纤维混凝土弹性模量；Eft，EB和EP分别为素混凝土、BF和PF的弹性模量a；VB和VP分别为BF和PF的体积掺量。

图6 纤维掺量对抗压弹性模量的影响

Fig. 6 Compression modulus effect of concrete with different fiber volume rate

2.5 抗弯韧度比的计算

弯曲应力可按式(2)计算。纤维对混凝土起到的增韧作用或者纤维混凝土的变形能力通常用韧度R来表述。本文每个试块的韧度通过受弯荷载应力−应变曲线计算求得。各混凝土试块的应力−应变曲线如图6所示。

(2)

式中：P为弯曲荷载，N；l为跨度，l=3h，mm；b和h分别为试块截面宽度和高度，mm。

试验中发现，随着荷载的增加，小梁底面的裂缝不断增大，当裂缝发展到一定宽度时，跨中拉应变发生明显突变，甚至变为负值，此时电阻应变片已经被拉断。再者，PC达到弯曲承载峰值后很快断裂进而失去继续承载能力。因此，本文只绘出试验小梁达到弯曲荷载峰值前的应力−应变曲线。

计算面积时将每个试块的应力−应变曲线进行多项式函数拟合，然后通过求解积分算出每个试块应力−应变曲线所包围的面积，该面积即为试块对应的弯曲韧度。本文中以PC试块曲线所包围的面积作为单位面积，各纤维混凝土试块的韧度与PC之比为韧度比Rx。表4给出了每种混凝土试块的抗弯峰值应力σf (精确至0.01 MPa)、抗弯弹性模量Ef (精确至1 MPa)、跨中最大裂缝宽度D和韧度比Rx(精确至0.01)。

(a) PC和BFRC；(b) PC和PFRC；(c) PC和H-1～H-4；(d) PC和H-5～H-9

图7 不同纤维掺量时应力−应变曲线比较(峰值前)

Fig. 7 Comparison of stress-strain curves of concrete with different volume rate of fibers (before the peak value of flexural capacity)

由图7和表4可以看出：1) PC试块在达到弯曲应力峰值后很快破坏而失去变形能力，呈现出明显的脆性破坏；而纤维混凝土试块在峰值后还保持有一定的变形能力，显示出较明显的塑性破坏。 2) 图7(a)显示不同纤维体积掺量下BFRC试块的应力−应变曲线在与PC相交之前斜率较大，说明在变形的前半阶段随着荷载的增加，BF起到了延缓变形的作用，一定程度上增加了基体的韧性；3) 当PF体积掺量在0.07%～0.09%之间时，PFRC试块的应变率或斜率小于PC，此时PF同样起到了延缓变形的作用。当PF体积掺量增加到0.11%时出现上文所提到的“负作用”，PFRC试块的应变率较大； 4) 抗弯峰值的计算结果显示：当BFRC试块中纤维体积掺量在0～0.2%范围时其抗弯峰值随着纤维的增多而增大；当PFRC试块中纤维体积掺量在0～0.115%范围时其抗弯峰值呈先增再减的趋势；对于HFRC试块，当BF体积掺量保持不变时，其抗弯峰值随着PF体积掺量的增加而基本呈现递增的趋势，当PF体积掺量保持不变时，其抗弯峰值随着BF的增加大致呈先增后减；5) 韧度比的计算结果显示：对于单掺纤维混凝土试块，在本文纤维体积掺量范围内，其韧度比随着纤维体积掺量的增加基本呈现递增的趋势。而对于HFRC试块，当BF掺量保持不变时，其韧度比随着PF的增加而基本呈递增的趋势；当PF掺量保持不变时，其韧度比随着BF的增加而呈递减趋势。说明在本研究指定的纤维掺量范围内，PF对于基体的增韧效果要优于BF。6) 当纤维掺量多大时，对HFRC试块的韧度比也会产生“负作用”，例如H-7和H-9试块，两者相较具有最优韧度比的H-6试块下降了34%后18%，但HFRC试块的韧度比全部优于单掺纤维 试块。

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表4 韧度比计算结果

Table 4 Calculation results of the ratio of toughness

试块编号σf /MPaD/mmRx A-15.085.31 A-25.178.91.8 A-35.739.52.5 A-46.019.22.4 P-16.1610.52.0 P-26.613.62.7 P-36.5511.92.7 H-15.8212.23.5 H-26.714.83.7 H-15.8212.23.5 H-26.714.83.7 H-36.5813.13.5 H-45.959.93.1 H-56.2310.83.6 H-66.8515.34.4 H-75.7312.92.9 H-85.8310.93.2 H-95.988.33.6

2.6 纤维对早龄期混凝土力学性能的影响

通过试验结果及计算可得到本试验中混杂纤维掺配量的相对最佳组合为VB=0.15%，VP=0.11% (H-6试块)。其与PC试块早龄期(3 d和7 d)的立方体抗压强度fcc，劈裂抗拉强度fts和抗弯承载力σf试验结果如表5所示。

雾，有辐射雾、锋面雾、平流雾，秋冬好发辐射雾、锋面雾，春季好发平流雾，特别是每年二、三、四月份，平流雾是空气中水汽达到过饱和状态而形成的，浓、厚、持续时间长，不易消散，是平流雾特点。浓雾会导致能见度不良，甚至恶劣，对船舶航行安全够成不同程度的威胁。

结果表明：纤维亦可显著增强早龄期混凝土力学性能。其中，H-6试块3 d龄期的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯承载力分别达到自身28 d强度的88.1%，82.0%和77.5%，相较3 d龄期的PC提高了7.3%，20.6%和18.8%；H-6试块7 d龄期3项强度值分别达到自身28 d强度的91.7%，90.5%和87.2%，相较7 d龄期的PC提高了3.3%，18.8%和22.1%。

表5 H-6试块和素混凝土试块的早龄期力学性能试验结果

Table 5 Mechanical properties of H-6 specimen and unreinforced concrete at early age

试块编号fcc/MPafts/MPaσf/MPa 3 d7 d28 d3 d7 d28 d3 d7 d28 d A-156.3960.9669.113.944.414.884.474.895.08 H-660.5263.0068.704.755.245.795.315.976.85

3 纤维混杂效应系数计算

通过纤维混杂效应系数的理论角度评价玄武岩纤维和聚丙烯腈纤维间的混杂效应。纤维混杂效应系数的计算同时考虑各单掺纤维的作用，基于文献[10−11]，本文采用式(3)计算纤维混杂效应系数：

(3)

式中：α为纤维混杂效应系数；S为HFRC试块的力学性能试验结果；Si为单掺i纤维试块的力学性能结果；φi为单掺i纤维体积分数。

如图所示，在传统的搜索树技术中，当搜索深度参数为d且搜索深度达到d时，评估值通过评估函数获得，并且搜索算法基于所有评估值找到具有最大值的分支。在搜索深度相同的情况下获得评估值的模式中，设置搜索深度[1]度数为d，分支系数为b，搜索树中叶子节点的数量为 N，关系式由式（1）表示。

式(3)为针对单掺纤维而计算的纤维混杂系数，因此此处忽略了PC试块的试验结果，当α＞0.5时相对单掺纤维混凝土而产生正效应，α＜0.5时产生负效应。同时，结合上文试验数据分析，本节针对性计算HFRC试块立方体抗压、劈裂抗拉和抗弯承载力的纤维混杂系数，其结果如表6所示，fcc为HFRC试块的强度，fct为对应相同体积掺量的单纤维混凝土试块的强度。可看出：纤维混杂效应系数结果与上文中各试验结果对比基本吻合。当α＜0.5时，HFRC试块的力学性能略弱于等体积率的单一纤维混凝土，说明在此时2种纤维的掺量组合下纤维混杂效应呈现负值，当α＞0.5时，HFRC试块的性能优于单一纤维混凝土，此时掺量组合下的纤维混杂效应为正。

目前，导游韩语教材中出现的情景案例普遍呈现出过于理想化的特点，这与来华旅游的韩国旅游者的真实旅游状态不一致。例如，在购物相关的案例设置中，现有教材通常以“服务员报价—游客购买”的方式来展现，缺乏讨价还价、货比三家等韩国游客在实际的旅游购物中经常出现的行为。结合自己多年的韩语导游经历来看，上述情景多为理想化的购物状态，缺乏实际指导意义。

表6 纤维混杂效应系数计算结果

Table 6 Calculation results of fiber mixed effect coefficient

试块编号立方体抗压劈裂抗拉抗弯承载力 fcc/MPafct/MPaαfcc/MPafct/MPaαfcc/MPafct/MPaα H-161.0157.390.374.64.420.295.626.060.35 62.364.735.37 H-265.2957.390.485.144.420.496.76.060.55 63.404.935.73 H-364.9657.390.455.64.420.586.586.060.52 65.225.516.01 H-466.1160.210.524.64.70.285.956.60.38 62.364.735.37 H-570.2460.210.575.034.70.516.236.60.44 63.44.935.73 H-668.760.210.545.794.70.636.856.60.58 65.225.516.01 H-760.9758.540.364.75.150.325.736.550.33 62.364.735.37 H-870.1358.540.575.015.150.485.836.550.35 63.44.935.73 H-964.9758.540.454.375.150.235.986.550.38 65.225.516.01

4 结论

1) 纤维的掺入可较显著提升混凝土基体的劈裂抗拉和弯曲韧性等力学性能，但同时也使混凝土基体的抗压强度有一定程度的下降。单掺玄武岩纤维、单掺聚丙烯腈纤维和纤维混杂时，混凝土劈裂抗拉性能较PC分别最大提高5.5%，12.9%和18.6%；抗弯峰值较PC分别最大提高18.3%，29.9%和34.8%；韧度比最大分别为2.5，2.7和4.4；立方体抗压强度较PC分别最大提高−12.9%，−5.6%和1.6%；轴心抗压强度相较PC最大提高−3.9%，2.8%和1.3%。

2) 纤维的掺入对于混凝土基体的抗压弹性模量影响很小，单掺和混掺纤维情况下纤维对混凝土基体的抗压弹性模量的影响幅度在−4.1%～1.3%之间。同时纤维亦可增强早龄期混凝土的抗压、抗拉和抗弯等力学性能。

3) 通过试验数据分析结果以及纤维混杂效应系数的计算结果，在本文中所指定的纤维体积掺量范围内，显示出了玄武岩纤维和聚丙烯腈纤维间良好的混杂效应。综合所有试验数据以及计算结果，本文得出的玄武岩和聚丙烯腈纤维的混杂最佳掺配量为VB=0.15%，VP=0.11%。

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Study on mechanical properties and optimum fiber content for basalt/polyacrylonitrile hybrid fiber reinforced concrete

ZENG Zhenhai, LI Chuanxi, KE Lu, NIE Jie

(School of Civil Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China)

Abstract: In order to obtain the design method of hybrid fiber reinforced concrete with improved mechanical properties, the hybrid effects of fiber addition and optimal fiber content were studied. In this paper, basalt fiber (B fiber) and polyacrylonitrile fiber (P fiber) were adopted. The mechanical properties such as compressive strength, splitting tensile strength and bending toughness of concrete specimens with different fiber contents by volume were tested. The compressive strength, compressive modulus of elasticity, tensile strength, flexural capacity and bending stress-strain curves of concrete with different fiber contents by volume were obtained, and the coefficient of hybrid effect and the ratio of toughness were calculated accordingly. The results show that the addition of fiber has little effect on the compressive modulus of elasticity of concrete, and the tensile strength, flexural strength and toughness ratio significantly increase; however, the compressive strength slightly decreases. The mechanical properties of hybrid fiber reinforced concrete, such as compressive strength, tensile strength, flexural strength and toughness ratio, are better than those of single fiber reinforced concrete. The analysis of the coefficient of fiber hybrid effect shows that there is a good hybrid effect between the two types of fibers. When the contents by volume of B fiber and P fiber are 0.15% and 0.11%, respectively, the overall mechanical performance of fiber reinforced concrete is the best; meanwhile, the mechanical properties of the early age concrete (3 d and 7 d) with this admixture are better than those of the plain concrete.

Key words: hybrid fiber reinforced concrete; mixed effect; mechanical properties; stress-strain curve; fiber volume fraction

中图分类号：TB3333

文献标志码：A

文章编号：1672 − 7029(2020)10 − 2549 − 09

DOI: 10.19713/j.cnki.43−1423/u.T20200451

收稿日期：2020−05−27

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51778069，51708047，51978081)

通信作者：柯璐(1991−)，男，湖北黄梅人，博士，从事高性能复合材料与工程应用研究；E−mail：[e-mail]

(编辑 蒋学东)