钢-聚丙烯混杂纤维对混凝土中变形钢筋粘结滑移行为的协同增强机理研究

本文系统阐述了刚性（钢纤维）与柔性（聚丙烯纤维）混杂纤维通过多尺度裂缝桥接作用（crack-bridging）协同提升纤维增强混凝土（FRC）力学性能及钢筋-混凝土粘结性能的机理。研究发现混杂纤维可优化孔结构、抑制裂缝发展、改变破坏模式（由劈裂转为拔出），显著提高粘结强度与拔出能（pull-out energy），但过量纤维会劣化界面质量。研究为高性能混杂FRC在钢筋混凝土结构中的精准设计提供了理论依据。

　　

Highlight

钢纤维和聚丙烯（PP）纤维分别在宏观和微观尺度上优化孔结构，通过不同尺度的裂缝桥接效应有效抑制裂缝发展，并将破坏模式从混凝土劈裂转变为钢筋拔出，显著提高了钢筋的粘结强度和拔出能。拔出能随混杂纤维体积分数的变化呈抛物线趋势，即先增加后减少。当混杂纤维含量超过一定阈值时，会导致钢-混凝土界面质量劣化和拔出能降低。

Conclusions

本研究深入探讨了钢-PP混杂纤维的多尺度协同抑裂机理及其对混凝土与钢筋粘结行为的影响。主要结论如下：

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  (1) 钢纤维和PP纤维分别在宏观和微观尺度上促进孔结构细化。它们的协同相互作用形成了致密的纤维-混凝土界面，使抗压强度最高提升10%，并显著增强了劈裂拉伸性能。
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  (2) 混杂纤维通过在不同尺度和加载阶段桥接裂缝，有效限制了裂缝的引发和扩展，从而提高了混凝土的韧性。
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  (3) 混杂纤维的加入将钢筋的失效模式从脆性劈裂破坏转变为延性拔出破坏。粘结强度和拔出能均得到显著提升。
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  (4) 粘结强度和拔出能随纤维总量的变化均呈现先增后减的趋势。在本研究条件下，最优的纤维总体积分数为1.5%，钢纤维与PP纤维的最佳体积比为2:1。超过此含量会导致界面区纤维分布不均和薄弱点增加，从而劣化粘结性能。