纖維摻量對再生混凝土力學(xué)性能的影響

韓慧優(yōu)，遲翠萍，裴長春*

1.延邊大學(xué)工學(xué)院 土木工程專業(yè)，吉林 延吉 133002；2.日照市規(guī)劃設(shè)計院研究院集團有限公司，山東 日照 262300

0 引言

建筑垃圾資源化已成為國內(nèi)研究的熱點，以建筑垃圾為原材料制成的再生混凝土存在早期強度低、易開裂、抗沖擊性能差等缺點，限制了其廣泛應(yīng)用。已有研究表明，在再生混凝土中加入鋼纖維可以提高其力學(xué)性能［1-2］，但其在施工工藝上存在和易性較差，粘結(jié)性較差等缺點，鋼纖維的替代產(chǎn)品——聚丙烯仿鋼纖維也存在著直徑粗、不易攪拌等缺點，因此大多數(shù)混凝土是采用混合纖維。

本研究中為了降低環(huán)境污染，有效的利用工業(yè)廢料和建筑垃圾，將聚丙烯腈纖維和聚丙烯仿鋼纖維混合后摻入再生混凝土中以提高其力學(xué)性能。

1 料及實驗方法

1.1 試驗方案設(shè)計

本試驗水膠比采用0.35，以20%的粉煤灰代替部分水泥，用30%再生細(xì)骨料代替天然砂，纖維摻量控制為0.3%，減水劑的摻率為膠凝體總質(zhì)量的1%，為了改善再生混凝土的各項性能，本實驗設(shè)定聚丙烯腈纖維和聚丙烯仿鋼纖維的摻入比例為1：1，通過改變纖維摻量，共設(shè)計了5 組不同配合比的實驗組。混凝土攪拌后先測試坍落度，然后進行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護，并在規(guī)定的齡期測試再生混凝土抗壓強度、劈裂抗拉強度以及彈性模量等。

1.2 原材料

水泥：吉林省生產(chǎn)的強度等級為42.5 的普通硅酸鹽水泥，其密度為3150kg/m3

粉煤灰：吉林省延吉市某發(fā)電廠生產(chǎn)的粉煤灰

細(xì)集料：延邊朝鮮族自治州地產(chǎn)的天然中砂，級配良好，細(xì)度模數(shù)為2.9，含水率為2.2%，密度為2600kg/m3

粗集料：天然粗骨料為粒徑5～25mm 的具有連續(xù)級配的石子，其密度為2700kg/m3，含水率為2.2%，再生粗骨料是將混凝土經(jīng)實驗室破碎機破碎后用水清洗晾干后使用，其粒徑為5-25mm，吸水率為5%

外加劑：聚羧酸高效減水劑，減水率為20%

聚丙烯腈纖維：纖維從廢棄腈綸中提取，長度為19mm，其密度為1.18 g/m3

聚丙烯仿鋼纖維：長度為19mm，其密度為0.91 g/m3

1.3 試驗方法

本試驗根據(jù)GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》與CECS 13：2009《纖維混凝土試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范規(guī)程的要求對混凝土的各項基本力學(xué)性能進行試驗操作。

圖1 不同摻量混雜纖維再生混凝土的抗壓強度

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 抗壓強度試驗結(jié)果分析

不同摻量混雜纖維再生混凝土抗壓試驗結(jié)果如圖1 所示。隨著纖維摻量的增加，混凝土的28d 的抗壓強度呈先減后增的趨勢，并在纖維摻入量0.1%時達(dá)到最大值，為65.6MPa，其次為0.2%，0.3%，0.4%，0.0%。隨著纖維總摻量的增加，混凝土的標(biāo)準(zhǔn)強度有所降低，這是因為當(dāng)水泥基材料硬化后，纖維的加筋增強作用會快速減弱，當(dāng)纖維模量低于基體模量時，纖維無法阻止基體受力后微裂紋的出現(xiàn)［3］。綜合考慮，0.1%是再生混凝土對于抗壓強度提高的最優(yōu)摻量。

2.2 劈裂抗拉性能試驗結(jié)果分析

不同摻量混雜纖維再生混凝土的劈裂抗拉強度試驗結(jié)果如圖2 所示。隨著纖維摻量的增加，再生混凝土的劈裂抗拉強度呈先增后減的趨勢。其中在纖維摻入量0.1%時強度達(dá)到最大值，為2.56MPa，其次為0.2%，0.3%，0.0%，0.4%順序。混凝土開始受力時，主要是混凝土在承受荷載，當(dāng)荷載變大時，引起混凝土較大變形時，纖維開始發(fā)揮作用，由于聚丙烯腈纖維和聚丙烯仿鋼纖維的抗拉強度及彈性模量遠(yuǎn)大于混凝土，纖維開始承受混凝土中的拉應(yīng)力，阻止混凝土的進一步變形［4］，總的來看，摻入纖維會提高混凝土的劈裂抗拉能力，0.1%是提高再生混凝土劈裂抗拉的最優(yōu)摻量。

圖2 不同摻量混雜纖維再生混凝土的劈裂抗拉強度

2.3 彈性模量性能試驗結(jié)果分析

不同摻量混雜纖維再生混凝土的彈性模量試驗結(jié)果如圖3所示。隨著纖維摻量的增加，再生混凝土的彈性模量呈有起伏，但幅度不大的趨勢。其中在纖維摻入量0.0%時強度達(dá)到最大值，為32.85MPa，其次為0.4%，0.2%，0.1% 0.3%順序。在混凝土中加入聚丙烯腈纖維和聚丙烯仿鋼纖維對并沒有提高混凝土的彈性模量，這是因為，高強混凝土的靜壓彈性模量基本不受纖維類型的影響［5］。

圖3 不同摻量混雜纖維再生混凝土的彈性模量

3 結(jié)語

本研究對不同摻量混雜纖維再生混凝土進行了相關(guān)力學(xué)性能試驗，分析了不同摻量混雜纖維對再生混凝土的力學(xué)性能的影響，并得出以下結(jié)論：

（1）混凝土的抗壓強度隨著纖維總摻量的增加而增強。

（2）摻入纖維會提高混凝土的劈裂抗拉能力，且摻入總量為0.1%時對再生混凝土劈裂抗拉提高幅度最為顯著。