混雜纖維再生混凝土基本力學性能試驗研究

姚 琳 裴長春*(延邊大學工學院，吉林延吉 133002)

混雜纖維再生混凝土基本力學性能試驗研究

姚 琳 裴長春*
(延邊大學工學院，吉林延吉 133002)

通過試驗，從抗壓強度、劈裂抗拉強度、靜力受壓彈性模量等方面，研究了玻璃纖維和聚丙烯纖維單摻及混摻對再生混凝土基本力學性能的影響，結果表明:纖維的摻入，對于再生混凝土的抗壓強度影響并不大，但能顯著提高再生混凝土的劈裂抗拉強度和彈性模量，能改善基體混凝土的整體性能。

再生混凝土，混雜纖維，玻璃纖維，聚丙烯纖維，力學性能

隨著社會日新月異的進步，由于大量建筑物被拆除后重建，所產生的垃圾日益增多。而這些建筑垃圾的堆放所產生的環境問題也越來越加重，即占據大量土地資源、產生嚴重的環境污染，同時使資源不能得到充分的利用［1］。一般在建筑垃圾中廢棄混凝土占49%左右，因此能否將廢棄混凝土合理地進行回收再利用是節約資源、保護環境的有效途徑［2］。據大量的研究資料表明:由于用這些廢棄混凝土破碎加工而成的再生骨料本身存在孔隙率大、密實度低、吸水率大等缺點，而使再生骨料混凝土廣泛推廣應用受到一定限制［3，4］。有研究表明，玻璃纖維彈性模量高，會在一定程度上限制混凝土早期開裂，提高基體混凝土韌度［5，6］;聚丙烯纖維彈性模量低，可以有效阻止裂縫在外力作用下的擴展［7，8］。因此，本文通過試驗研究單摻及混摻玻璃纖維和聚丙烯纖維再生混凝土的力學性能，為今后再生混凝土的工程實際應用提供技術參考。

1 試驗方案設計及方法

1.2 試驗原材料

本試驗采用的水泥為延邊朝鮮族自治州某廠家P.O42.5型號普通硅酸鹽水泥，其物理化學性能指標如表2所示。粉煤灰使用吉林省延吉市某發電廠生產，密度為2 180 kg/m3。本試驗選用的細骨料產地為延吉市地產天然黃砂，品級為中砂，級配良好，物理性質如表3所示。再生粗骨料為廢棄混凝土試塊用顎式破碎機破碎而成，廢棄混凝土強度為40 MPa～50 MPa，破碎的再生骨料粒徑為5 mm～20 mm;天然骨料采用延吉地區產碎石，粒徑為5 mm～25 mm，其物理性能指標如表4所示。本試驗使用的玻璃纖維長度分別為6 mm，12 mm，18 mm，聚丙烯纖維長度為30 mm。具體纖維形狀圖見圖1，其物理性能如表5所示。本試驗采用的減水劑為延吉市某公司生產的淡黃色液體聚羧酸高效減水劑，固含量為40%。

表1 混凝土配合比 kg

表2 水泥物理化學性質

表3 細骨料的物理性能

表4 天然骨料和再生骨料基本物理性能指標

圖1 纖維形狀圖

表5 玻璃纖維和聚丙烯纖維基本物理性能指標

1.3 試驗方法

為了保證纖維在攪拌過程中具有良好的分散性，在本試驗中混凝土攪拌過程采用以下攪拌流程:即，首先將稱量好的粗細骨料和纖維放入攪拌機中干拌60 s，然后加入水泥及粉煤灰進行第二次攪拌60 s，最后將事先稱量好的含有減水劑的水倒入攪拌機中，再攪拌180 s。抗壓強度和劈裂抗拉強度試驗試塊采用邊長為150 mm的標準立方體試塊，靜力受壓彈性模量和軸心抗壓強度試

1.1 試驗方案設計

本試驗采用的水膠比為0.4，再生粗骨料的摻入率為30%(總粗骨料中所占的質量百分比)，單位用水量為168 kg/m3，砂率為0.52，粉煤灰摻入率為15%(總膠凝體中所占質量百分比)，減水劑摻入率為0.7%(相對膠凝體的質量百分比);玻璃纖維及聚丙烯纖維的摻入方式采用單摻及混摻方式，共計劃8組試驗。并在規定齡期計劃測試抗壓強度、軸心抗壓強度、劈裂抗拉強度以及靜力受壓彈性模量，試驗混凝土的配合比如表1所示。驗試塊采用邊長為150 mm、高為300 mm的棱柱體，具體試驗方法參考GB/T 50081—2002普通混凝土力學性能試驗方法標準。

2 試驗結果與分析

2.1 抗壓強度

圖2為不同組合纖維再生混凝土的28 d抗壓強度值。首先，在基準混凝土中單摻入玻璃纖維時，抗壓強度隨著玻璃纖維的增長而提高。這時因為玻璃纖維在混凝土基體中的三維分布阻止了微裂縫的擴展，減少了微裂縫的數量，從而提高了基體混凝土整體的強度。但其中摻入6 mm玻璃纖維的G6P0組再生混凝土的抗壓強度相比未摻入纖維的G0P0組再生混凝土抗壓強度反而降低了9.4%。這是由于6 mm玻璃纖維長度過短，纖維的橋接作用發揮不明顯，并且纖維的摻入，使混凝土中含氣量增多，混凝土的強度下降。通過試驗發現，玻璃纖維隨著長度的增加可以提高再生混凝土的抗壓強度，而混雜摻入玻璃纖維和聚丙烯纖維后，混凝土的抗壓強度反而有所降低，說明聚丙烯纖維對于提高混凝土的抗壓強度效果沒有玻璃纖維明顯。

2.2 軸心抗壓強度

圖3為不同組合纖維再生混凝土的28 d軸心抗壓強度值。從圖3中可以看出纖維的摻入，對于再生混凝土軸心抗壓強度的影響不大。首先將單摻玻璃纖維的G6P0，G12P0，G18P0與G0P30進行比較，可知當摻入18 mm玻璃纖維時混凝土的軸心抗壓強度達到最大值，為41.17 MPa，比G0P0組的軸心抗壓強度高出18.2%，其次為G12P0組再生混凝土，為39.86 MPa，G0P30組抗壓強度為36.16 MPa。可以看出，在相同體積比下玻璃纖維對于提高混凝土的強度效果比聚丙烯纖維良好。而不同長度玻璃纖維與30 mm聚丙烯纖維混摻后，G12P30，G18P30組再生混凝土的強度略有降低，說明單摻玻璃纖維時比混摻纖維時提高強度幅度更大。

圖2 不同組合有機纖維再生混凝土的抗壓強度

圖3 不同組合纖維再生混凝土的軸心抗壓強度

2.3 劈裂抗拉強度

圖4為不同組合纖維再生混凝土的28 d劈裂抗拉強度值。首先由圖4看出，無論玻璃纖維和聚丙烯纖維是單摻還是混合摻入，再生混凝土的劈裂抗拉強度都有所提高。在劈裂抗拉試驗中，不含纖維的G0P0組試塊開裂面呈現較為平整，而摻入纖維的混凝土試塊在主裂縫旁往往會出現幾條小的裂縫。并且纖維在混凝土基體中橫跨裂縫吸收了部分能量，從而使試塊繼續承載，最后纖維從基體中被拔出，試塊破壞。隨著玻璃纖維長度的增加，抗拉強度也提高。這是因為玻璃纖維彈性模量高、韌性大，摻入到混凝土中不僅提高了混凝土的強度，同時也提高了其抗裂性能，起到防裂的作用。還有，對于再生混凝土劈裂抗拉強度的提高效果而言，混摻纖維試驗組都要比單摻玻璃纖維或單摻聚丙烯纖維試驗組明顯些。試驗表明，當18 mm玻璃纖維與30 mm聚丙烯纖維混合時劈拉抗拉強度達到最大值3.61 MPa，比G0P0組混凝土強度提高了50%，這是由于高彈性模量玻璃纖維和低彈性模量聚丙烯纖維相互取長補短，共同改善了基體混凝土的力學性能結果。

2.4 抗裂性能分析

圖5為不同組合纖維再生混凝土的拉壓比。本文通過比較拉壓比來分析再生混凝土的抗裂性能。拉壓比為混凝土的劈裂抗拉強度與抗壓強度值之比，拉壓比越大，說明混凝土的抗裂性能越好。由圖看出:摻入纖維可不同程度的提高混凝土的抗裂性能，且聚丙烯纖維的抗裂性能較玻璃纖維要良好一些。在本試驗中，混摻18 mm玻璃纖維和30 mm聚丙烯纖維的試驗組，拉壓比達到最大值，表現出良好的抗裂性。其次在G12P30，G0P30等試驗組呈現出比較良好的抗裂性。

圖4 不同組合纖維再生混凝土的劈裂抗拉強度

圖5不同組合纖維再生混凝土的拉壓比

2.5 靜力受壓彈性模量

圖6為不同組合纖維再生混凝土彈性模量。由圖6看出，摻入6 mm玻璃纖維的G6P0組混凝土彈性模量較未摻入纖維的G0P0組混凝土明顯降低，這是由于纖維長度過短，沒有起到限制裂縫擴展的作用，使其抵抗能力降低，變形增大，彈性模量隨之降低。而隨著纖維長度的增加，基體混凝土受玻璃纖維影響，剛度增大，彈性模量也隨之上升。從圖6還可以看出，混摻纖維的彈性模量較單摻的低，因為聚丙烯纖維的彈性模量較低，韌性大，摻入混凝土中后，基體的變形能力增大。

圖6 不同組合纖維再生混凝土的彈性模量

3 結語

本文通過對再生混凝土中單摻及混摻不同長度的玻璃纖維及聚丙烯纖維來分析再生混凝土的力學性能，得到以下結論: 1)無論單摻還是混摻纖維，都可以提高再生混凝土的抗壓強度，且玻璃纖維較聚丙烯纖維提高效果明顯。2)經試驗表明，對于再生混凝土的軸心抗壓強度，單摻玻璃纖維時要比混摻纖維時提高效果更明顯。3)聚丙烯纖維和玻璃纖維都對于提高混凝土的劈裂抗拉強度有明顯的增強作用，其中混摻18 mm玻璃纖維和30 mm聚丙烯纖維組合呈現良好的效果，達到3.61 MPa。4)玻璃纖維的長度過短時，由于不能起到限制裂縫擴展的作用、降低混凝土的彈性模量，而隨著玻璃纖維長度的增加，彈性模量值也隨之增加。并且通過試驗研究發現，聚丙烯纖維加入到玻璃纖維再生混凝土中后，其變形能力增大，彈性模量降低。

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Experimental study on basic mechanical properties of hybrid fiber recycled concrete

Yao Lin Pei Changchun*
(College of Engineering Yanbian University，Yanji 133002，China)

Experiment studies on the effects of glass fiber and polypropylene fiber single doped and mixing of recycled concrete basic mechanical properties such as compressive strength，axial compressive strength，splitting tensile strength and static compressive elastic modulus.Experiment results show that the incorporation of fibers has little effect on the compressive strength of recycled concrete，but it can significantly improve the splitting tensile strength and elastic modulus，it can improve the overall performance of concrete.

recycled concrete，hybrid fiber，glass fiber，polypropylene fiber，mechanical properties

TU528

A

1009-6825(2016)35-0117-03

2016-09-30

姚 琳(1991-)，女，在讀碩士

裴長春(1976-)，男，博士，講師