混雜纖維長度對無熟料再生砂漿強度影響的試驗研究

2018-07-11 11:51:16董家豪鄭世鵬夏松林李珍淑

山西建筑 2018年16期

董家豪　鄭世鵬　夏松林　李珍淑*

(延邊大學工學院，吉林延吉　133002)

普通硅酸鹽水泥生產過程耗能大，對環境污染嚴重，隨著國家環保政策日益嚴格。近年來，針對礦渣、粉煤灰和建筑垃圾在砂漿中應用研究日益增多，在堿性激發劑作用下利用礦渣、粉煤灰完全取代水泥并用再生砂取代部分天然砂制成的無熟料水泥砂漿可以更充分的利用工業廢料和建筑垃圾，但此類砂漿抗壓、抗折和抗沖擊強度較差。目前，混雜纖維對普通砂漿強度影響的研究較多，但是混雜纖維對無熟料再生砂漿強度影響的研究較少。聚丙烯腈纖維具有抗拉強度高,彈性高、拉伸強等特點，聚丙烯纖維具有強度高、韌性好、易分散等特點，兩種纖維混和摻入可以有效改善無熟料再生砂漿的力學性能。本試驗主要研究混雜纖維摻率不變，不同長度對無熟料砂漿強度的影響，探究最佳長度組合，為改善無熟料水泥再生骨料砂漿強度提供參考。

1　原材料及試驗方法

1.1　試驗方案設計

試驗水膠比為0.4，以47.5%的粉煤灰、47.5%的礦渣和5%生石灰等質量取代全部水泥，以25%再生砂等質量取代天然砂，并按重量比例為2∶1加入0.35%的NaOH和KOH，PP代表聚丙烯纖維，PAN代表聚丙烯腈纖維(見表1，表2)。

表1　砂漿配合比　kg/m3

表2　各組纖維長度　mm

1.2　原材料

1)再生細骨料：堆積密度為1 460 kg/m3；

2)天然砂：延吉市的天然河沙，堆積密度為1 550 kg/m3；

3)礦渣：河北靈壽潤發礦銷售的S95級粒化高爐礦渣微粉；

4)粉煤灰：延吉市生產的Ⅰ粉煤灰；

5)激發劑：NaOH和KOH試劑的質量分數為96%，86%；

6)水:延吉市本地自來水；

7)生石灰：汪清縣大興溝鎮廟嶺白灰廠生產。執行標準為Q/WSB.01—1996；

8)纖維：PP和PAN纖維，性能如表3，表4所示；

9)減水劑：延吉方正建筑有限公司的聚羧酸減水劑。

表3　PP纖維主要技術參數

表4　PAN纖維主要技術參數

1.3　試驗方法

先把膠凝材料和細骨料及混雜纖維機械干拌60 s，后加入激發劑的水與減水劑倒入攪拌鍋中，繼續攪拌180 s，抗壓和抗折強度按照GB/T 17671—1999水泥膠砂強度檢測方法測定，抗沖擊采用ZGW-0309落錘沖擊試驗機進行測定。

2　試驗結果與分析

2.1　抗折強度

圖1，圖2表示7 d和28 d無熟料再生砂漿抗折強度。從7 d和28 d齡期可以看出，不同長度的PP和PAN纖維對抗折強度有一定影響。7 d時，隨聚丙烯腈纖維長度的增加AL和AH組抗折強度先下降后上升；28 d時，隨PAN纖維長度的增加AL組抗壓強度逐漸下降，AH組先下降后上升。AZ組在7 d和28 d時對抗折強度提升明顯。綜合各齡期強度時，PP纖維摻率為1 kg/m3,PAN纖維摻率為0.9 kg/m3時，混雜纖維的最優長度為AL組中長度為6 mm的PAN纖維和混雜長度AZ組，分析原因為：PP纖維和PAN纖維分散性較好，能夠很好的分散在再生砂漿基體中，根據纖維間隔理論,纖維在基體中起到阻止微裂縫的作用，而纖維對基體的阻裂作用一部分取決于纖維的平均間距S，并要求S>0，當纖維分散性良好時，平均間距S和阻裂性能成反比。在相同摻率時，平均間距與纖維的長度成正比，纖維長度較長時，阻裂能力會下降，進而影響再生砂漿的抗折強度。根據復合材料觀點，本試驗中的礦渣和粉煤灰為基相，再生砂和天然砂為分散相，常基相和分散相結合處會產生結合縫,不同長度的混雜纖維能夠很好的阻止不同裂縫的發展,從而更好的提升砂漿的強度[1]。

2.2　抗壓強度

圖3，圖4表示7 d和28 d無熟料再生砂漿抗壓強度。從各組強度可以看出7 d和28 d混雜纖維長度的改變對抗壓強度有一定的波動性。7 d時，隨PAN纖維長度的增加AL和AH組抗壓強度逐漸下降；28 d時，隨PAN纖維長度的增加AL組抗壓強度逐漸下降，AH組先下降后上升，混摻長度的纖維AZ組各齡期抗壓強度都有明顯上升。PP摻率為1 kg/m3,PAN纖維摻率為0.9 kg/m3時，AL組中長度為6 mm的PAN纖維對無熟料再生砂漿抗壓強度的提升作用要大于其他各組長度的纖維，這表明無熟料再生砂漿摻入的纖維長度存在最優值，分析原因為：在一定摻率時，PP和PAN纖維能夠很好的分散在再生砂漿中起到微配筋作用，增強了再生砂漿的抗壓性能；處于最優值的纖維長度與再生砂漿界面有很好的粘結性能，當纖維長度超過臨界點時，纖維與再生砂漿界面的粘結力和機械咬合力相對下降，從而影響了再生砂漿的抗壓強度[2]。