仿鋼及玄武巖纖維不同組合對再生混凝土基本力學(xué)性能影響

陳明月 裴長春*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

0 引言

隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展大量的資源被消耗，部分天然資源逐步面臨枯竭，如砂、石子等。為了解決資源枯竭問題及降低環(huán)境污染，人們把廢棄混凝土加工成再生骨料，配制再生骨料混凝土，但配制出的再生骨料混凝土由于抗裂性能、抗彎性能、抗沖擊韌性等較差，阻礙了其推廣應(yīng)用[1,2]。有資料表明：纖維具有抗拉強度高、抗剪性能高、延伸率大、耐疲勞和高韌性等優(yōu)點。因此，國內(nèi)外學(xué)者們將纖維摻入到再生混凝土中，做了大量纖維再生混凝土的研究，發(fā)現(xiàn)纖維不僅能夠彌補再生骨料帶來的早期過快產(chǎn)生裂縫的缺點，還能夠提高混凝土的劈裂抗拉強度和抗裂性能[3]。通過國內(nèi)外研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，諸多纖維中摻入鋼纖維、碳纖維等纖維時對再生混凝土力學(xué)性能的提高效果較為顯著[4]。但鋼纖維混凝土由于耐酸性和耐腐蝕性較差、自重較大、澆筑比較困難等原因而不宜用于腐蝕性環(huán)境下的構(gòu)筑物當(dāng)中[5]；碳纖維價格昂貴，不宜大范圍使用。

為了使再生混凝土不受使用環(huán)境及價格約束、擴大其應(yīng)用范圍，本文改變仿鋼纖維和耐腐蝕性優(yōu)秀的玄武巖纖維的不同摻入方式，研究混雜纖維再生混凝土的基本力學(xué)性能，為混雜再生纖維混凝土研究提供技術(shù)參考。

1 試驗方案設(shè)計及方法

1.1 試驗方案設(shè)計

本試驗采用水膠比0.27，再生粗骨料取代率為30%(相對粗骨料總量中的質(zhì)量百分比)，粉煤灰摻量為20%(相對膠凝體總量中的質(zhì)量百分比)，硅灰摻量為10%(相對膠凝體總量中的質(zhì)量百分比)，砂率采用54%，單位用水量為166 kg/m3，減水劑摻量為0.5%。仿鋼纖維及玄武巖纖維摻入方法為單摻或混摻，共設(shè)計8組不同配合比試驗組。并在規(guī)定齡期測試立方體抗壓強度、劈裂抗拉強度、軸心抗壓強度、彈性模量等，本試驗的混凝土配合比如表1所示。

1.2 試驗原材料

表1 混凝土配合比

本文試驗所用水泥為吉林省延吉市某廠家P.O42.5型號普通硅酸鹽水泥，其物理化學(xué)性能指標(biāo)如表2所示。粉煤灰采用吉林省延吉市某發(fā)電廠生產(chǎn)，密度為2 080 kg/m3，硅灰采用山東某廠家生產(chǎn)，密度為2.33 g/m3。細骨料產(chǎn)地為延邊朝鮮族自治州地產(chǎn)天然中砂，級配良好，其各項物理性能如表3所示。天然粗骨料為延吉地產(chǎn)碎石，粒徑為5 mm～20 mm；再生粗骨料采用延吉檢測站建筑廢物，用顎式破碎機破碎成5 mm～20 mm粒徑的骨料，其物理性能如表4所示。本文試驗所用仿鋼纖維長度分別為35 mm和50 mm，玄武巖纖維長度為12 mm，纖維具體形狀見圖1，物理性能見表5。本文試驗所用減水劑為聚羧酸高效減水劑，減水率為40%。

表2 水泥物理化學(xué)性質(zhì)

表3 細骨料的物理性能

表4 粗骨料的物理性能

表5 纖維的物理性能

1.3 試驗方法

本試驗過程中，首先將骨料放入攪拌機中干拌60 s，再分別加入所需要的纖維進行第二次攪拌60 s，然后加入膠凝材料攪拌60 s，最后將減水劑和水倒入攪拌機中，攪拌180 s后進行試塊的澆筑。將試塊放到振動臺上振動60 s，24 h后拆模養(yǎng)護28 d。使用2 000 kN混凝土試塊壓力檢測儀進行立方體抗壓強度、軸心抗壓強度試驗及劈裂抗拉強度試驗，使用TM-Ⅱ彈性模量測量儀測量混凝土試塊彈性模量。具體試驗方法參考GB/T 50081—2002 普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 抗壓強度

圖2為不同纖維高強再生混凝土的立方體抗壓強度。如圖2所示，用再生骨料代替部分天然骨料后，試塊的立方體抗壓強度有所下降，這是因為再生骨料本身自帶裂縫缺陷，且表面與新混凝土的粘結(jié)性較差而引起的。當(dāng)在再生混凝土中單摻仿鋼纖維時試塊的抗壓強度相對普通再生混凝土RC組降低了5.5%，當(dāng)單摻玄武巖纖維時提高了5.12%。當(dāng)混摻仿鋼纖維和玄武巖纖維時F4,2B1組和F2,4B1組相對RC組分別降低了2.48%和3.93%，F(xiàn)3,3B1提高了7.47%。由此可看出，仿鋼纖維的摻入降低了再生混凝土的立方體抗壓強度，而玄武巖纖維因其直徑極小，能夠更好的與再生混凝土基體混合在一起，整體性更好，摻入后提高了再生混凝土的立方體抗壓強度。當(dāng)混合摻入時，不改變玄武巖纖維摻量的情況下，兩種仿鋼纖維以1∶1的比例摻入基體中，提高的效果最為明顯。

2.2 軸心抗壓強度

圖3為不同纖維高強再生混凝土的軸心抗壓強度。由圖3可看出，摻入再生骨料后，混凝土軸心抗壓強度下降5.38%。纖維的摻入對混凝土的軸心抗壓強度影響不同。即，當(dāng)單摻玄武巖纖維時再生混凝土的軸心抗壓強度下降6.61%，當(dāng)單摻仿鋼纖維時，軸心抗壓強度提高7.71%。混摻后，F(xiàn)4,2B1,F2,4B1的試塊軸心抗壓強度分別降低了10.28%,8.26%，而F3,3B1的試塊軸心抗壓強度比RC提高了13.21%。由此得出：仿鋼纖維的摻入能夠有效提高再生混凝土的軸心抗壓強度，混摻后只有F3,3B1組的混合效應(yīng)最為顯著。

2.3 劈裂抗拉強度

圖4為不同纖維高強再生混凝土的劈裂抗拉強度。由圖4可看出，再生混凝土的劈裂抗拉強度較普通混凝土下降幅度不大。從圖4中可知，摻入纖維時再生混凝土的劈裂抗拉強度均有不同程度的提高，提高幅度最大的為F0,1B0。主要是因為F0,1B0中所摻入的仿鋼纖維長細比比較大，纖維與混凝土的粘結(jié)程度比較良好，在后期能夠承受較大劈裂荷載。而同樣單摻仿鋼纖維的F1,0B0相較于RC組提高了19.6%，略低于F0,1B0。當(dāng)單摻玄武巖纖維時，提高程度不高，僅提高了5.88%，因為玄武巖的自身直徑極小，且纖維長度也較小，只能在初始開裂階段承受荷載，當(dāng)荷載增大后，玄武巖纖維對混凝土的抗拉強度無明顯效果。當(dāng)混摻纖維時，只用兩種仿鋼纖維1∶1摻入時，混凝土的劈裂抗拉強度提高最明顯。

2.4 拉壓比

圖5為不同纖維高強再生混凝土的拉壓比。由圖5可看出，再生粗骨料的摻入會降低拉壓比，普通混凝土的拉壓比為0.081，再生混凝土的拉壓比為0.080，表明其脆性相對普通混凝土脆性較大。在再生混凝土中摻入纖維時，拉壓比均有不同程度的增大，其中增長最明顯的為單摻仿鋼纖維的F1,0B0和F0,1B0，分別為0.10和0.11。混摻纖維的F4,2B1,F3,3B1,F2,4B1拉壓比為0.9，說明仿鋼纖維的摻入對再生混凝土的抗裂性能起主要影響作用，使混凝土脆性變小，韌性變大。

2.5 靜力受壓彈性模量

圖6為不同纖維高強再生混凝土的靜壓彈性模量。由圖6可看出，摻入再生骨料后，混凝土的彈性模量變化幅度較小。纖維摻入后，除F3,3B1之外的纖維再生混凝土組的彈性模量相對RC組彈性模量均有不同程度的降低。即，相對于RC組混凝土F0,0B1,F1,0B0,F0,1B0,F4,2B1,F2,4B1組分別降低了1.14%,2.48%,8.10%,7.55%,6.10%,5.82%。而在F3,3B1組的彈性模量比RC組提高了14%。

3 結(jié)語

本文通過在再生高強混凝土中摻入不同摻入方式混雜纖維，分析再生混凝土的基本力學(xué)性能，得到以下結(jié)論：

1)摻入再生粗骨料后，混凝土的抗壓強度、劈裂抗拉強度、彈性模量和拉壓比均有所降低。

2)F3,3B1組中纖維摻入再生混凝土中，對再生混凝土的抗壓強度提高幅度最大，其他纖維再生混凝土的抗壓強度均有不同程度的降低，但降低幅度都較小。

3)摻入纖維后明顯提高了再生混凝土的劈裂抗拉強度和拉壓比，提高最為明顯的組為F0,1B0。

參考文獻：

[1] 陳宗平,薛建陽,余興國,等.再生混凝土軸心抗壓強度試驗研究[J].混凝土,2011(9):4-7，11.

[2] 陳宗平,徐金俊,鄭華海,等.再生混凝土基本力學(xué)性能試驗及應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系[J].建筑材料學(xué)報,2013,16(1):24-32.

[3] 侯 敏,董江峰,袁書成,等.玄武巖纖維再生混凝土及其軸壓短柱力學(xué)性能分析[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報,2013,34(1):41-45.

[4] 楊 勇,任青文.鋼纖維混凝土力學(xué)性能試驗研究[J].河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2006(1):92-94.

[5] 強 躍,李 莉,何澤平.鋼纖維混凝土抗酸性腐蝕環(huán)境的試驗研究[J].混凝土,2011(6):41-42，45.