不同有機(jī)纖維組合再生砂漿力學(xué)性能試驗(yàn)研究

趙越超 鄭澤宇 劉 瀚 李珍淑 裴長春

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

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不同有機(jī)纖維組合再生砂漿力學(xué)性能試驗(yàn)研究

趙越超 鄭澤宇 劉 瀚 李珍淑*裴長春

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

為有效利用工業(yè)廢棄物及建筑垃圾，以粉煤灰代替部分水泥，以再生細(xì)骨料代替部分天然砂拌制了基準(zhǔn)再生砂漿，通過改變基準(zhǔn)再生砂漿中聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇纖維、仿鋼纖維3種纖維組合，分析了其稠度及各項(xiàng)力學(xué)性能，得出了一些有意義的結(jié)論。

再生砂漿，有機(jī)纖維，抗壓強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度，抗沖擊性

0 引言

我國城市化建設(shè)飛速發(fā)展，建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，同時(shí)產(chǎn)生大量的建筑垃圾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近幾年我國每年建筑垃圾的排放總量約為35.5億t，占城市垃圾的比例約為40%，而我國建筑廢棄物資源化再生利用步伐緩慢，綜合高效利用率尚不足5%[1]。這些廢棄物除一小部分用于道路和建筑物的新拌混凝土中外，大部分未經(jīng)處理直接運(yùn)往郊外堆放或填埋，占用大量的土地。還有，熱電廠、集中供熱站等地由于以煤為燃料，因此發(fā)生大量的粉煤灰、煤渣，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。本文以降低環(huán)境污染、有效利用這些廢棄物為目的，以同時(shí)大摻粉煤灰和再生細(xì)骨料的再生砂漿作為基準(zhǔn)砂漿(以下簡稱Plain)，并對(duì)Plain砂漿改變有機(jī)纖維的不同種類組合，分析再生砂漿塑性性能及硬化后的各項(xiàng)力學(xué)技術(shù)指標(biāo)，為建筑垃圾及工業(yè)廢棄物的擴(kuò)大再利用提供參考。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及方法

1.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用水膠比為0.35，膠砂比為1∶3，膠凝材料中摻入20%(膠凝材料中的質(zhì)量百分比)粉煤灰代替部分水泥，在細(xì)骨料中摻入50%(總細(xì)骨料中的質(zhì)量百分比)再生砂代替部分天然砂，配制出一組基準(zhǔn)再生砂漿(簡稱Plain)。對(duì)Plain組砂漿，有機(jī)纖維總摻入率定為0.1%(體積比)，分別改變聚丙烯腈纖維(簡稱A纖維)、聚乙烯醇纖維(簡稱B纖維)、仿鋼纖維(簡稱C纖維)等3種有機(jī)纖維在總纖維摻入量中的所占比例，配制不同有機(jī)纖維組合再生砂漿。本試驗(yàn)共計(jì)劃了16組試驗(yàn)，具體試驗(yàn)配合比如表1所示。

表1 不同組合有機(jī)纖維再生砂漿配合比

1.2 試驗(yàn)原材料

本試驗(yàn)采用的水泥為吉林省鼎鹿牌P.O42.5型號(hào)普通硅酸鹽水泥，密度為3 150 kg/m3；粉煤灰為吉林省延吉市發(fā)電廠生產(chǎn)，密度為2 200 kg/m3。試驗(yàn)用的減水劑為吉林省延吉市方勝建材有限公司的棕黃色液體聚羧酸高效減水劑，固含量為20%，減水率25%。試驗(yàn)用天然砂為吉林省延吉地區(qū)天然河砂，密度為2 650 kg/m3；試驗(yàn)用再生細(xì)骨料為廢棄試塊用顎式破碎機(jī)破碎而成，廢棄混凝土的強(qiáng)度為20 MPa～40 MPa，密度為2 280 kg/m3。

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)先將膠凝材料、細(xì)骨料及混雜有機(jī)纖維機(jī)械干攪拌60 s，然后把水和減水劑倒入攪拌桶中，繼續(xù)攪拌180 s。稠度試驗(yàn)按照J(rèn)GJ/T 70—2009建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，砂漿抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度按照GB/T 17671—1999水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法測(cè)定。砂漿抗沖擊試驗(yàn)按ACI 544委員會(huì)推薦的方法[2]進(jìn)行抗沖擊性能試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 稠度

圖1是不同有機(jī)纖維組合再生砂漿的稠度。首先摻入粉煤灰及再生骨料的Plain組砂漿稠度值為87.8 mm，得到比較良好的流動(dòng)性。這是因Plain組砂漿中的粉煤灰起滾珠效應(yīng)，提高了水泥顆粒間相對(duì)滑移的能力。同時(shí)，細(xì)度小的粉煤灰顆粒填充在細(xì)度較大的水泥顆粒之間，改善了膠凝材料顆粒的級(jí)配，從而提高了砂漿的流動(dòng)性。隨著不同有機(jī)纖維組合變化，砂漿的稠度略有起伏，但相差不大，而且絕大多數(shù)都小于Plain。這是由于有機(jī)纖維比表面積大，導(dǎo)致更多的膠凝材料附著在其表面。因此在加入有機(jī)纖維后，砂漿的流動(dòng)性普遍降低[2]。其中僅有A25B50C25和A50B0C50砂漿稠度值極為接近Plain的稠度值。

2.2 抗壓強(qiáng)度

圖2和圖3分別是不同有機(jī)纖維組合再生砂漿7 d，28 d的抗壓強(qiáng)度。首先，Plain組砂漿7 d，28 d的抗壓強(qiáng)度分別為24.8 MPa，41.1 MPa，得到比較低的強(qiáng)度。但隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，后期抗壓強(qiáng)度得到明顯地提高。這是因?yàn)镻lain砂漿中粉煤灰的早期水化緩慢、機(jī)械破碎得到的再生細(xì)骨料自身外形不規(guī)則及自帶許多裂紋，導(dǎo)致了砂漿的強(qiáng)度降低。隨著不同有機(jī)纖維組合變化，A25B0C75和A0B0C100組砂漿抗壓強(qiáng)度提高幅度較為明顯。即當(dāng)齡期7 d時(shí)，砂漿抗壓強(qiáng)度分別得到31.9 MPa，34.2 MPa，相對(duì)Plain分別提高28.8%，37.9%。在齡期28 d，上述兩組砂漿抗壓強(qiáng)度分別為45.7 MPa，46.4 MPa，比Plain分別提高11.3%，13.1%。由此可見，加入上述有機(jī)纖維對(duì)砂漿的早期抗壓強(qiáng)度的提高比較明顯，對(duì)后期抗壓強(qiáng)度也有提高作用。原因是根據(jù)復(fù)合材料理論，有機(jī)纖維的彈性模量與砂漿試塊中膠凝材料的彈性模量比值愈大，有機(jī)纖維在砂漿中愈能有效發(fā)揮抗拉作用。即聚丙烯腈纖維有效地提高砂漿的抗拉強(qiáng)度來抵御試塊的橫向變形，繼而提高了砂漿的抗壓強(qiáng)度[3]；仿鋼纖維密度小、質(zhì)地較硬、有棱角波紋，與砂漿形成良好的握裹力，且自身能夠在承擔(dān)縱向壓應(yīng)力的同時(shí)也能對(duì)試塊橫向產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，阻礙其橫向變形。

2.3 抗折強(qiáng)度

圖4和圖5分別是不同有機(jī)纖維組合再生砂漿7 d，28 d的抗折強(qiáng)度。首先，Plain組砂漿7 d，28 d的抗折強(qiáng)度分別為5.8 MPa，7.2 MPa。隨著不同有機(jī)纖維組合變化，在A25B0C75和A25B25C50組砂漿得到相對(duì)較高的抗折強(qiáng)度。即在齡期7 d，A25B0C75和A25B25C50組砂漿抗折強(qiáng)度分別為6.5 MPa，6.6 MPa，相對(duì)Plain均提高12.1%；而在齡期28 d，分別得到7.3 MPa，7.2 MPa。與Plain抗折強(qiáng)度相差不大。由此可見，加入上述有機(jī)纖維對(duì)再生砂漿的早期抗折強(qiáng)度提高幅度比較明顯，而對(duì)后期抗折強(qiáng)度并不明顯。這是因?yàn)檫@兩種纖維組合可以有效的在砂漿中形成三維亂向支撐體系，自動(dòng)填補(bǔ)砂漿中因水分蒸發(fā)而形成的裂縫，有效的抑制了裂縫的形成和擴(kuò)展，進(jìn)而減緩了砂漿內(nèi)部的應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而提高了砂漿的抗折強(qiáng)度[4]。

2.4 抗沖擊性

圖6是不同有機(jī)纖維組合再生砂漿28 d抗沖擊次數(shù)比。隨著不同有機(jī)纖維組合變化，再生砂漿的抗沖擊次數(shù)比有較大的起伏，其中A25B0C75，A50B50C0和A0B25C75三組砂漿的抗沖擊性能得到明顯的提高，其抗沖擊次數(shù)比分別是Plain組的2.2倍，2.0倍和1.6倍。這是由于通過纖維對(duì)裂縫的橋接作用，有效抑制了砂漿裂縫的開展。當(dāng)沖擊荷載在試塊中傳遞時(shí)，其部分能量被有機(jī)纖維吸收消耗；當(dāng)沖擊荷載傳遞結(jié)束后，纖維回彈，使裂縫收縮。所以以上三種不同有機(jī)纖維組合都可以有效地提高砂漿的抗沖擊性能，降低砂漿的脆性，延緩沖擊裂縫的形成和開展[5]。

3 結(jié)語

本文為了提高建筑垃圾和工業(yè)廢棄物的擴(kuò)大再利用、降低環(huán)境污染，在再生砂漿中改變不同有機(jī)纖維組合，分析其稠度各項(xiàng)力學(xué)性能，其結(jié)果如下：1)不同組合有機(jī)纖維的再生砂漿稠度普遍發(fā)生降低現(xiàn)象，但降幅不大。其中，在A25B50C25和A50B0C50組砂漿得到比較良好的稠度值。2)Plain組砂漿的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度較低，隨著不同有機(jī)纖維組合變化，在A25B0C75組再生砂漿得到較高的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度。3)隨著不同有機(jī)纖維組合變化，再生砂漿的抗沖擊次數(shù)比有較大的起伏，其中在A25B0C75，A50B50C0和A0B25C75等3組砂漿得到比較大的抗沖擊次數(shù)比。

總結(jié)以上不同有機(jī)纖維組合再生砂漿的各項(xiàng)性能分析，可得出在本試驗(yàn)范圍內(nèi)A25B0C75組砂漿的稠度及強(qiáng)度、抗沖擊性能提高幅度較為明顯。

[1] 楊醫(yī)博，黃玉清.全再生細(xì)骨料對(duì)砂漿性能影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].混凝土與水泥制品，2015(12):94-98.

[2] 劉運(yùn)學(xué)，王 旭.有機(jī)纖維對(duì)“客運(yùn)專線”用C40高性能混凝土性能的影響[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2014,30(3):483-490.

[3] 龍孌珍，方坤河.聚丙烯腈纖維砂漿性能研究[J].振動(dòng)與沖擊，2006(2):33-36.

[4] 李國忠，田 穎，趙 帥.芳綸纖維砂漿的抗折強(qiáng)度與抗塑性收縮開裂[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2009，12(1):93-96.

[5] 王 璞，黃 真.碳纖維混雜纖維混凝土抗沖擊性能研究[J].振動(dòng)與沖擊，2012,31(12):14-18.

Research on the effect of recycled aggregate mortar of mechanical property with mixed organic fiber combination

Zhao Yuechao Zheng Zeyu Liu Han Li Zhenshu* Pei Changchun

(CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

In this paper, in order to effectively utilize industrial and construction waste, pulverized fuel ash taking the place of the part cement and reclaimed sand taking the place of the part natural sand make fiducial recycled mortar. Afterwards, fiducial recycled mortar is changed the kinds of organic fiber including PAN, PVA and MPP. Then, analyzes recycled mortar’s consistence and various mechanical property, draws some significant results.

recycled mortar， organic fiber， compression strength， rupture strength， impact resistance

1009-6825(2016)24-0119-03

2016-06-17

趙越超(1992- )，男，在讀本科生

李珍淑(1965- )，女，副教授

TU578.1

A