- 1 -
中国科技论文在线
聚丙烯纤维高强混凝土高温后抗拉强度的
研究
郝晓玉，杜红秀，王慧芳**
作者简介：郝晓玉，（1986-），女，无，材料的组成、结构与性能及受灾建筑物的损伤评估。
通信联系人：杜红秀，（1962-），女，教授，材料的组成、结构与性能及受灾建筑物的损伤评估
（太原理工大学建筑与土木工程学院，太原 030024） 5
摘要：本文对添加不同掺量和不同直径的聚丙烯纤维的高强混凝土进行了 20℃到 900℃范围
内的温度作用，并对温度作用后的试件进行了劈裂抗拉试验,探讨了高温对聚丙烯纤维高强
混凝土的劈拉强度的影响以及不同的纤维掺量和长度对劈拉强度的影响。结果表明，适宜掺
量和长度下，聚丙烯纤维可明显提高高强能混凝土的抗拉性能，最优掺量为 kg/m³，最
佳长度为 8mm，并且建立了温度与劈拉强度的数学关系式。 10
关键词：聚丙烯纤维；高强混凝土；高温；劈拉强度
中图分类号：TU502+.6
THE TENSILE SPLITTING STRENGTH
RESEARCH OF THE MECHANICAL PROPERTIES 15
OF POLYPROPYLENE FIBER REINFORCED
HIGH-STRENGTH CONCRETE EXPOSED TO HIGH
TEMPERATURE
HAO Xiaoyu, DU Hongxiu, WANG Huifang
(Department of Civil Engineering, Taiyuan University of Technology, TaiYuan 030024) 20
Abstract: In order to investigate the effect of high temperature (from 20℃ to 1000℃) casued by
fire on the tensile splitting strength of high strength concrete,the concrete specimens mixing
different dosage and length of polypropylene fiber have been performed under different
results show that the tensile properties of high strength concrete mixing
polypropylene fiber of different dosage and length obviously increase,the best dosage is 25
kg/m³,the best length is 8mm,the relevent formula of the high temperature and the tensile splitting
strength is proposed in this paper.
Keywords: polypropylene fiber; high strength concrete; high temperature; tensile strength
0 引言 30
高强混凝土具有强度高、耐久性好等优点，备受工程技术人员青睐。但是其延性相对较
差的缺陷也严重制约了高强混凝土的推广和应用。纤维增强混凝土是混凝土改性的一个重要
手段，它可以使混凝土的抗拉强度、抗弯强度、变形能力和抗冲击能力大大提高[1]。本文研
究了常温和高温下聚丙烯纤维混凝土的劈拉强度，并与未掺纤维的高强混凝土做了对比。
1 试验方案 35
原材料及配合比
水泥是太原狮头水泥厂生产的“狮头”牌普通硅酸盐水泥，其型号为 。细集料采
用优质豆罗河砂，其细度模数为 ，属于中砂，粗集料为石灰石碎石，粒径 5-40mm，连
续级配。减水剂选用采用太原市建材科学研究院萘系高效减水剂（HS-AF），减水率为 15%～
- 2 -
中国科技论文在线
20%。试验用水来自太原自来水。聚丙烯纤维采用北京罗建科技有限公司生产的聚丙烯束状40
纤维，长度有 8mm、19mm 两种，试验掺量分别取 0、1 kg/m³、 kg/m³、 kg/m³、 kg/m³
五种。
混凝土配合比
基准混凝土强度按 C60 设计，表 2-10 为本试验采用的配合比：
45
表 1 高强混凝土配合比(kg/m³)
Tab. 1 High-strength plain concrete mix(Kg/m³)
水泥 矿渣 硅粉 砂子 石子 水 减水剂 砂率 水胶比
385 75 40 670 1100 180 3
纤维采用外掺法，纤维直径为 48um，长度为 8、19 两种，纤维掺量为 0、1 kg/m³、
kg/m³、 kg/m³、 kg/m³。 50
试件制作与养护
采用试验室搅拌机。搅拌流程：先投入碎石和砂子搅拌 30 秒，加入纤维搅拌 30 秒，投
入水泥掺合料搅拌 30 秒，然后加入拌合水和外加剂搅拌 2 分钟，卸料。振动成型；标准养
护 28d。
试件设计 55
本试验基准混凝土强度等级为 C60，采用 150mm×150mm×150mm 标准试件进行高温
前后混凝土立方体劈裂抗拉强度试验。标准试件分为 M、P8A-P8D、P19A-P19D 共 9 组，
M 为基准混凝土，即未掺任何纤维；P 表示高强混凝土中掺入聚丙烯纤维；8、19 分别表示
聚丙烯纤维长度；A-D 分别代表纤维掺量为 0、1 kg/m³、 kg/m³、 kg/m³、 kg/m³。
2 试验结果及分析 60
高温作用后聚丙烯纤维高强混凝土劈拉强度
2
3
4
5
0 1 2
纤维掺量(kg/m3)
劈
拉
强
度
(M
Pa
)
P8 P19
图 1 劈拉强度随纤维掺量的变化
- 3 -
中国科技论文在线
0
20
40
60
80
100
120
P8 P19
相
对
劈
拉
强
度
（
%）
65
图 2 相对劈拉强度的变化
图 1、2 给出了常温下高强混凝土劈裂抗拉强度随纤维掺量的变化以及相对劈拉强度的
变化。由图可以看出，纤维掺量在 1 kg/m³ kg/m³范围内，随着纤维掺量的增加，掺 8mm
和 19mm 聚丙烯纤维的高强混凝土劈拉强度表现并不一致。 kg/m³之间，P8 系列高强70
混凝土劈拉强度都高于 M,并且逐步提高，到 kg/m³时，劈拉强度略有降低，但仍高于基
准混凝土。P19 系列，除 kg/m³时的劈拉强度有所增加外，其余全部低于基准混凝土，并
随纤维掺量的增加逐渐降低。
由本试验劈拉强度结果及分析，可以看出掺 19mm 聚丙烯纤维高强混凝土明显劣于掺
8mm，而在 P8 系列中，掺量为 kg/m³和 kg/m³时，劈拉强度最优。8mm 聚丙烯纤维75
的掺入提高了高强混凝土劈拉强度，这是由于混凝土中乱向分布的纤维在试件劈裂受拉时发
挥了抗拉效果，承担了部分荷载，降低了混凝土的脆性，提高了混凝土材料的连续性和完整
性，使得抗拉性能得到一定的提高[2、3]。但是，并非每种长度的纤维掺入都可以提高高强混
凝土劈裂抗拉性能。而且必须掌握好纤维掺量，纤维掺量适当时才能起到一定的增韧效果，
这是因为过多的掺入聚丙烯纤维使得混凝土难于拌合均匀，纤维不均匀的分散增加了纤维与80
混凝土的界面缺陷，混凝土劈裂抗拉强度就会有所降低。
高温作用后聚丙烯纤维高强混凝土劈拉强度
加温制度
试件在常温情况下放进马弗炉炉膛，然后关闭炉门，设定目标温度，然后以全功率输出
开始加温。升温至预定温度后，利用马弗炉自动控制系统的自动调节，保持炉膛温度，使试85
件内外温度趋于均匀，恒温 2h 后关闭电源，加温完成。目标温度分别为：300℃、500℃、
700℃、900℃，试件加热至预定温度并恒温 2h 后，关闭电源打开炉门，试件在炉内自然降
温，3h 后取出试件并静置于干燥通风的环境，24h 后进行加载试验。
高温后聚丙烯纤维高强混凝土残余劈拉强度
图 3、4 分别为高强混凝土自然冷却后的残余劈拉强度和相对残余劈拉强度的变化。从90
图 3 中可以看出，常温下，九组高强混凝土劈拉强度平均值为 ；300℃时，残余劈
拉强度为 ，平均 ，比常温下的平均值降低了 %，下降幅度不大；
- 4 -
中国科技论文在线
500℃时，劈拉强度为 ，平均 ，降低了 %；700℃时，劈拉强度
为 ，平均 ，降低了 %；900℃时，劈拉强度为 ，平
均 ，降低了 %。温度由 20℃—300℃—500℃—700℃—900℃，下降幅度由 095
—%—%—%—%，温度升高，下降幅度分别增加了 %、%、
%、%。以上分析表明：高强混凝土劈拉强度随着所受温度的升高而降低[4、5]，因
为温度越高，集料与水泥浆体界面间粘结力越弱，高强混凝土的劈拉性能就越低，而且下降
的速率变化为：缓—急—缓。
M P8A P8B P8C P8D P19A P19B P19C P19D
残
余
劈
拉
强
度
（
MP
a） 20℃
300℃
500℃
700℃
900℃
100
图 3 不同高温后的残余劈拉强度
M P8A P8B P8C P8D P19A P19B P19C P19D
相
对
残
余
劈
拉
强
度
（
%）
300℃
500℃
700℃
900℃
图 4 高温后的相对残余劈拉强度
从图 4 可以看出，300℃后，M、P8A-P8D 的相对残余劈拉强度分别为 %、%、105
%、%、%，P19A-P19D 的相对残余劈拉强度分别为 %、%、%、%，
聚丙烯纤维高强混凝土相对残余劈拉强度高于素高强混凝土。掺入聚丙烯纤维明显提高了高
强混凝土的劈裂抗拉性能[6]，8mm 纤维的提高影响与 19mm 无显著区别，而且随着纤维掺
量的增加，都呈现出先减小后增加的趋势。500℃后，P8 系列的相对残余劈拉强度同样高于
M 系列，表现出先减小再增加的趋势；而 P19 系列相对残余劈拉强度小于 P8，而且掺量小110
- 5 -
中国科技论文在线
时还要低于 M，表现出随掺量的增加而增加。700℃后，P8 系列的相对残余劈拉强度明显高
于 M，也表现出先减小再增加的趋势；P19 系列的相对残余劈拉强度也高于 M 但仍低于 P8，
随掺量的增加而增加。900℃后，P8 系列掺量不小于 时相对残余劈拉强度小于 M
系列，随掺量增加先增加后减小再增加；P19 系列相对残余劈拉强度低于 M，也低于 P8，
先先增加后减小再增加。由以上分析可知：高温后，同系列高强混凝土相对残余劈拉强度随115
着纤维掺量的增加基本上表现出先减小后增加的趋势，但是变化幅度不显著；聚丙烯纤维对
高强混凝土高温后相对残余劈拉强度有显著的提高，特别是 500℃和 700℃高温后，而且 P8
系列明显优于 P19。
在立方体标准试件进行劈裂抗拉强度试验的基础上，利用 Excel 添加趋势线功能，分析
上述试验结果，建立了高温后高强混凝土相对残余劈拉强度与温度的关系，拟合曲线如图 5。 120
ft,T /f t = +
R2 =
0 200 400 600 800 1000
温度(℃)
相
对
残
余
劈
拉
强
度
(%
)
图 5 相对残余劈拉强度—温度曲线
图 8 给出了相对残余劈拉强度与温度的关系式：
+−= Tff tTt R
2 = (1) 125
其中： Ttf , —混凝土高温冷却后的劈拉强度(MPa)
tf —混凝土常温下的劈拉强度(MPa)
T —高温温度(℃)
3 结论
1、高强混凝土中掺加 8mm 聚丙烯纤维提高了其劈裂抗拉强度。一定范围内，纤维掺量130
增加高强混凝土抗拉性能随之提高，掺量增加到 kg/m³时，抗拉强度开始下降。19mm 聚
丙烯纤维的掺入不利于高强混凝土抗拉性能的提高。
2、高强混凝土劈裂抗拉强度随着所受高温温度的升高而降低。掺入聚丙烯纤维显著提
高了高强混凝土高温后相对残余劈拉强度，特别是 500℃和 700℃高温后，而且 8mm 明显优
于 19mm。同系列高强混凝土相对残余劈拉强度随着纤维掺量的增加基本上表现出先减小后135
增加的趋势，但是变化幅度不显著。
3、建立了相对残余劈拉强度—温度关系式 +−= Tff tTt 。
- 6 -
中国科技论文在线
[参考文献] (References)
[1] 曹诚，刘兰强.关于聚丙烯纤维对混凝土性能影响的几点认识[J].混凝土，2000(9)： 49-51. 140
[2] 姚武，李杰，周钟鸣.聚丙烯纤维对混凝土抗拉强度的影响[J].混凝土，2001(10)：40-43.
[3] 朱江，苏健波，李士恩.聚丙烯纤维混凝土的力学性能研究[J] .广西工学院学报，2000，2(11)：60-64.
[4] 徐或，徐志胜，朱玛．高温作用后混凝土强度与变形试验研究[J]．长沙铁道学院学报，2000，18(2)：
13-17．
[5] 胡海涛，董毓利．高温时高强混凝士强度和变形的试验研究[J]．土木工程学报，2002，35(6)：44-47． 145
[6] 陈容辉，宋敦清.低掺量聚丙烯纤维在混凝土(砂浆)中的阻裂作用[J]. 建筑产品与应用，2000(5).
