混雜纖維摻率對無熟料再生砂漿力學性能的影響

董家豪 鄭世鵬 夏松林 李珍淑*

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

0 引言

隨著建筑業的飛速發展，我國的水泥用量大大增加，2016年全國水泥產量24億t，僅生產水泥產生的CO2就超過10億t，對環境產生極大破壞，并加劇了溫室效應現象。還有燃煤電廠所產生的粉煤灰長期堆存不僅占用大量土地資源，其中的有害物質會滲透到粉煤灰堆場附近的土壤，污染堆場附近水體。除此之外，高爐煉鐵過程中產生的礦渣等廢棄物，露天堆放也會污染空氣毒害土壤。以礦渣、粉煤灰等固體工業廢棄物取代水泥，同時用部分再生砂替代天然砂生產的砂漿，雖然可以減少水泥消耗，節約天然骨料資源，有利于節能減排和可持續發展的原則。但是該無熟料砂漿力學性能較差，因此本文通過研究聚丙烯纖維和聚丙烯腈纖維不同摻量對無熟料砂漿抗壓和抗折強度的影響，探究出最佳的混雜纖維摻量，為無熟料水泥再生骨料砂漿抗壓強度和抗折強度的提高提供參考。

1 試驗方案設計及方法

1.1 試驗方案設計

砂漿配合比見表1。

表1 砂漿配合比 kg/m3

試驗1組為對照組，2組～5組為聚丙烯低摻量組，用AL表示，6組～9組為聚丙烯高摻量組，用AH表示。

1.2 試驗材料

試驗采用的吉林省延吉市生產的Ⅰ粉煤灰;礦渣為河北靈壽縣潤發礦生產的S95級粒化高爐礦渣微粉，生石灰為汪清縣大興溝鎮廟嶺白灰廠生產，執行標準為Q/WSB.01—1996;激發劑NaOH和KOH試劑的質量分數為96%，86%，天然砂為延吉本地產天然河沙，堆積密度為1 550 kg/m3;試驗用再生細骨料堆積密度為1 460 kg/m3，減水劑為延吉方正建筑有限公司的聚羧酸減水劑，聚丙烯和聚丙烯腈纖維性能如表2所示。

表2 纖維性能

1.3 試驗方法

本試驗先將粉煤灰、礦渣、細骨料及混雜纖維機械干拌60 s，然后將加入激發劑的水和減水劑倒入攪拌鍋中，繼續攪拌180 s，并將攪拌好的砂漿裝模后插搗抹平，最后用水泥膠砂振動臺振實。砂漿抗壓及抗折強度按照GB/T 17671—1999水泥膠砂強度檢測方法測定。

2 試驗結果與分析

2.1 抗壓強度

圖1和圖2分別為7 d和28 d再生砂漿抗壓強度。由圖1，圖2可見，7 d和28 d對照組的強度分別為21.82 MPa，34.18 MPa。在AH組隨聚丙烯腈纖維摻量的增加，7 d和28 d齡期強度先增加后下降再上升，具有波動性；在聚丙烯腈纖維摻量為0.9 kg/m3時達到最高強度分別為33.77 MPa,42.22 MPa，與對照組相比提升了54.8%,23.5%；AL組中，在聚丙烯腈纖維摻量0.9 kg/m3時達到最高強度，分別為38.82 MPa,43.22 MPa，與對照組相比提升了77.9%，26.44%。聚丙烯腈纖維摻量為0.9 kg/m3時，不同摻量的聚丙烯組強度都達到最高值， AL組比AH組在各齡期強度分別提高15%,1.8%。分析原因，混雜纖維的加入使再生砂漿內部結構產生改變，原有的再生砂漿界面會出現新的變化，當混雜纖維處于較低摻率時，纖維的分散性較好，使骨料和膠凝材料能夠較好的連接，有效發揮纖維的增強作用；當混雜纖維處于較高摻率時，纖維在砂漿基體中分布不均勻，導致砂漿內部薄弱處增加，使抗壓強度相對低摻率混雜纖維組下降[2]。

2.2 抗折強度

圖3和圖4分別表示7 d和28 d再生砂漿抗折強度。由圖3，圖4可見，對照組7 d和28 d抗折強度分別為3.19 MPa和4.95 MPa，與對照組相比，混雜纖維的加入可以顯著提高再生砂漿抗折強度。在7 d齡期時，AL組和AH組隨聚丙烯腈纖維摻量的增加，抗折強度表現為先增加后下降再上升，最大抗折強度為AL中聚丙烯腈摻量0.9 kg/m3的組，最大值為5.77 MPa，相比對照組提高81%；28 d齡期時，AH組抗折強度整體比AL組低，AL組強度隨聚丙烯腈摻量增加先上升后下降，最高抗折強度為聚丙烯腈摻量0.9 kg/m3的組，最大值為7.34 MPa。分析原因可知，當混雜纖維處于較低摻率時，纖維分散性較好，砂漿與混雜纖維能形成良好的界面條件。在試件承受荷載后，界面會將荷載傳遞給纖維，減少再生砂漿承受的荷載，有效地增加抗折強度;而當纖維摻量過高時，會出現纖維結團現象，纖維分散性較差，造成應力集中，從而導致纖維砂漿抗折強度降低[3]。

2.3 壓折比

壓折比能夠反映砂漿的柔韌性，是抗壓與抗折強度的比值，砂漿的壓折比越小，柔韌性越好，往往越不容易產生裂縫。從圖5和圖6中可見，在7 d齡期時，高摻率聚丙烯AH組的壓折比變化不大，低摻率聚丙烯AL組隨聚丙烯腈摻量增加整體下降；28 d時聚丙烯腈摻量為0.9 kg/m3的聚丙烯低摻率組的壓折比達到試驗最低數值5.86，相比對照組下降15.2%[4]。

3 結語

1)混雜纖維的摻入能有效提高再生砂漿的抗壓和抗折性能。

2)混雜纖維的摻量存在最佳值，超過該值混雜纖維對再生砂漿抗壓和抗折性能的增強效果會下降，本組試驗的最佳摻量為聚丙烯腈0.9 kg/m3，聚丙烯0.75 kg/m3。

3)混雜纖維處于最佳摻量時，能有效降低壓折比，提高再生砂漿柔韌性。

參考文獻:

[1] 李 斌,蔡漢超,纏宏宇.聚丙烯腈纖維對混凝土強度及耐磨性的影響[J].混凝土與水泥制品,2015(4):49-53.

[2] 張麗哲.聚丙烯腈纖維混凝土的抗壓與抗折性能試驗研究[J].南通大學學報,2012,11(3):40-42.

[3] 房志恒,李星磊.混雜纖維混合物砂漿力學性能分析[J].山西建筑,2017,43(14):98-100.

[4] 李燕飛,楊健輝,丁 鵬,等.混雜纖維混凝土力學性能研究[J].玻璃鋼/復合材料，2013(2):60-64.