《Journal of Engineered Fibers and Fabrics》：Experimental and predictive analysis of thermal and mechanical performance of polypropylene fiber-reinforced concrete under extreme temperatures
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该研究建立了聚丙烯（polypropylene fiber, PPF）增强混凝土在最高700°C极端温度下的关键性能阈值。研究人员制备了PPF体积分数分别为0%、0.15%、0.25%、0.35%和0.50%的五组混凝土，系统测试高温暴露后的残余导热系数（th
该研究建立了聚丙烯（polypropylene fiber, PPF）增强混凝土在最高700°C极端温度下的关键性能阈值。研究人员制备了PPF体积分数分别为0%、0.15%、0.25%、0.35%和0.50%的五组混凝土，系统测试高温暴露后的残余导热系数（thermal conductivity）、抗压/抗折强度、动弹性模量（dynamic modulus of elasticity）和超声波脉冲速度（ultrasonic pulse velocity），并辅以微观结构分析。结果表明500°C为关键劣化温度，超过该温度后所有配合比均发生严重性能损失；但PPF的掺入可明显改善抗火性能。0.25%为最优掺量，使常温抗压强度提高19%，并在高温后最有效抑制强度损失。所有PPF组均降低导热系数，0.50%时最大降幅12%。微观证据表明熔融PPF形成通道以释放内部蒸汽压，延缓损伤。预测建模中，独立测试集上XGBoost的R2为0.9442–0.9815，高斯过程回归（Gaussian Process Regression, GPR）的R2为0.9549–0.9824；对抗压和抗折强度，GPR的RMSE更低（2.7944 MPa对2.9923 MPa，0.2377 MPa对0.4191 MPa），并可给出不确定性估计。研究为PPF混凝土抗火优化提供了剂量依赖型设计依据。
论文解读：聚丙烯纤维增强混凝土极端温度下的热-力学行为与预测
研究背景方面，普通混凝土在塑性收缩、干燥收缩及荷载作用下易产生微裂缝，导致氯离子、硫酸盐侵蚀和碳化，缩短服役寿命。低模量纤维如聚丙烯（PP）纤维主要用于改善抗裂性、延性与韧性，但其高温下对水泥基材料的影响存在争议：部分研究称其提升残余强度并抑制爆裂，部分研究则指出高掺量或300°C左右会出现负面效应。现有文献对PPF熔融后孔网演化、蒸汽压释放与力学性能退化的权衡机制，以及同时优化力学与抗火性能的最佳掺量尚未形成共识，因此有必要在统一试验框架下建立临界性能阈值与预测模型。
研究人员以普通波特兰水泥（Ordinary Portland Cement, CEM I 42.5）为胶凝材料，水胶比0.35，设置0%、0.15%、0.25%、0.35%、0.50%五组PPF体积分数，纤维为SikaFiber? PPM-12单丝聚丙烯纤维（长12 mm、直径32 μm、熔点约160°C）。试样经23、100、200、300、400、500、600、700°C加热（10–20°C/min，保温2 h）后空气冷却，测试残余抗压强度、抗折强度、动弹性模量、超声波脉冲速度（UPV）与导热系数，并用场发射扫描电镜（Field Emission Scanning Electron Microscope, FESEM）观察断口。预测方面采用XGBoost与高斯过程回归（GPR）对五类性能建模。
主要关键技术方法包括：五组PPF体积分数混凝土的高温炉暴露与空气冷却制度；按ASTM标准进行抗压、抗折、UPV与动弹性模量测试；瞬态热线法测导热系数；FESEM观察熔融通道与裂纹形貌；以PPF含量与暴露温度为输入，分别用XGBoost做可解释确定性预测、GPR做概率预测与不确定性量化，数据集按随机分层划分训练与独立测试集。
研究结果如下。干表观密度（dry unit weight）：随温度升高因自由水蒸发及Ca(OH)2、C–S–H分解而下降；0.25%组在600–700°C质量保留最好，0.50%组因初始密实度较高表现较优。导热系数（thermal conductivity）：随温度上升而降低，PPF引入离散气孔与熔融通道使0.50%组常温较对照组低约12%，500°C后降幅加速。抗压强度（compressive strength）：0.25%组常温77.43 MPa，较对照组高19%；500°C为临界阈值，700°C时各组成都低于初值20%。抗折强度（flexural strength）：0.25%组常温6.02 MPa，较对照组高约53%；400°C保留65%，700°C残余0.89 MPa，优于对照组0.42 MPa。超声波脉冲速度：高温下因微裂散射而降低，PPF组各温度区间均高于对照组，600°C时0.35%组约高10%。动弹性模量（dynamic elasticity modulus）：低温小幅提升后，400–500°C后急剧下降，700°C时所有组收敛于7.6–10.8 GPa。微观结构：23°C纤维完好、基体致密；100°C出现孤立微裂；500°C纤维熔融形成管状孔道；700°C出现贯通宏裂、C–S–H近全分解及针状似钙矾石相（ettringite-like）。
讨论与结论部分：研究人员指出PPF在约160–170°C熔融形成互联微通道，是降低蒸汽压、抑制爆裂和提升了高温残余性能的核心机制；但孔隙化会削弱密实性与力学完整性，因此存在抗火性与承载力权衡。0.25% PPF为兼顾常温强度与高温韧性的最优体积分数，500°C为关键劣化温度。XGBoost与GPR均能以较高精度预测五类性能，其中GPR对抗压、抗折强度误差更低并提供置信区间，适合基于可靠度的防火工程设计。该研究发表于《Journal of Engineered Fibers and Fabrics》，其意义在于把纤维熔融-孔网演化-蒸汽压释放-残余性能纳入同一证据链，给出了剂量依赖型配合比与温度阈值，并为纤维增强水泥基材料的高温热力耦合预测提供了可解释与概率化双模型框架。
