不同纖維對再生混凝土力學性能的影響

秦澤軒

摘 要：設計一組素再生混凝土和三組添加不同纖維的再生混凝土試件，通過對試樣進行單軸抗壓、劈裂抗拉試驗分析不同纖維對再生混凝土力學性能的影響以及影響機制。研究結果表明：隨著養護齡期的增加，植物纖維對再生混凝土的增強效果逐漸減弱，直聚丙烯纖維會增加再生混凝土的力學性能，曲聚丙烯纖維會減弱再生混凝土的力學性能;且隨齡期增加，再生混凝土中植物纖維的結構由緊密板狀變為松散絮狀，原因是植物纖維受到堿腐蝕，結構發生破壞;曲聚丙烯纖維通過影響纖維周圍的裂隙發育情況來影響再生混凝土的力學性能。

關鍵詞：再生混凝土;不同纖維;單軸抗壓;劈裂抗拉

中圖分類號：TU528 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）4-0070-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.04.015

Effect of Different Fibers on Mechanical Properties of Recycled

Concrete

QIN Zexuan

（Henan Angang Zezhong Metallurgical Design Co.， Ltd.， Zhengzhou 450003， China）

Abstract： A group of plain recycled concrete and three groups of recycled concrete specimens with different fibers were designed， and the effects of different fibers on the mechanical properties of recycled concrete were analyzed through uniaxial compression and splitting tensile tests. The results show that with the increase of curing age， the enhancement effect of plant fiber on recycled concrete gradually weakens. Straight polypropylene fiber will increase the mechanical properties of recycled concrete， while curved polypropylene fiber will weaken the mechanical properties of recycled concrete. And with the increase of age， the structure of plant fiber in recycled concrete changes from compact plate to loose flocculent， because the plant fiber is corroded by alkali and the structure is damaged. Curved polypropylene fibers affect the mechanical properties of recycled concrete by affecting the development of cracks around the fibers.

Keywords： recycled concrete; different fibers; uniaxial compressive strength; tensile splitting

0 引言

再生混凝土的應用較好地解決了建筑垃圾處理問題及天然砂石資源短缺問題[1-5]，然而，由于再生骨料強度低，易破碎，耐久性差等問題限制了其在建筑行業的推廣[6]。而纖維可以均勻分布于混凝土內部形成三維網狀結構，改善了再生混凝土的力學性能。因此，研究纖維再生混凝土的力學性能具有重要的理論和工程實踐意義。

現階段，學者們在再生混凝土、纖維混凝土的試驗和理論研究方面積累大量的經驗。針對再生混凝土，郭遠新等[7]研究了再生混凝土配合比設計問題，分析了用水量、水膠比及再生骨料品質對配合比設計的影響。周靜海等[8]通過有限元軟件研究了再生骨料分布對再生混凝土抗拉性能的影響，研究發現再生骨料分布均勻性對抗拉強度影響明顯。針對纖維混凝土，Banthia等[9]將不同纖維混合加入普通強度混凝土中，研究了聚丙烯纖維在提高混凝土韌性方面的作用。佟鈺等[10]研究了聚丙烯纖維對水泥土的增強增韌作用，研究發現聚丙烯纖維可以提高水泥基材料的力學性能。

值得注意的是，目前針對再生混凝土及纖維混凝土方面的研究較多，但在纖維再生混凝土方面還缺乏系統的研究。因此，筆者將不同纖維加入再生混凝土中，研究不同纖維對再生混凝土力學性能的影響。

1 試驗概述

1.1 試驗材料

該再生混凝土試驗主要原料為廢磚塊、廢混凝土、水泥和不同纖維。廢磚塊和廢混凝土為拆除建筑物產生的建筑垃圾;水泥密度為3.10 g/cm3，初凝時間130 min，終凝時間310 min，28 d抗折、抗壓強度分別為8.8 MPa、52.2 MPa。水泥成分如表1所示，植物纖維和聚丙烯纖維在網上購置，纖維基本性能參數如表2所示。試驗中，將廢磚塊中粒徑在5～15 mm的材料作為粗骨料，將粒徑在5 mm以下的材料作為細骨料。

1.2 試樣制備

根據《再生混凝土結構技術標準》（JGJ/T 443—2018）[11]，經計算得再生混凝土材料配合比為水∶水泥∶粗骨料∶細骨料∶聚丙烯纖維=0.95∶1∶3.59∶2.20∶0.003，將再生混凝土加工成100 mm×100 mm ×100 mm的非標準立方體試件，24 h后試塊脫模，在濕度為95%的條件下養護28 d。

1.3 試驗方案

該試驗分為四組試樣，分別為K1、K2、K3和K4，具體的材料組成如表3所示。

試樣根據軸向抗壓試驗和劈裂抗拉試驗分為兩批，第一批是再生混凝土養護7 d時進行試驗，第二批是再生混凝土養護28 d時進行試驗。

2 試驗結果與分析

2.1 試塊破壞形態分析

圖1為再生混凝土試樣破壞形態。由圖1可知，K1和K4再生混凝土試樣破壞程度非常嚴重，主要出現的是脆性破壞。其中，K1試樣的邊緣破壞較為嚴重，而K4試樣的中心以及下部破壞較為嚴重;相對而言，K2和K3再生混凝土試樣出現延性破壞，試樣表面出現一些未貫通的裂隙，但整體性較好，破壞不太嚴重，基本上未發生脫落和破碎現象。由此可知，植物纖維和直聚丙烯纖維都可以抑制再生混凝土的破壞，而曲聚丙烯纖維不能抑制再生混凝土的破壞，反而會影響再生混凝土的內部結構。

2.2 試塊應力應變曲線分析

圖2為不同養護時間下再生混凝土試塊應力應變曲線，由圖2可知：養護7 d時，K2再生混凝土試樣的抗壓強度和劈裂抗拉強度比K1大，其中抗壓強度增大幅度分別為8.9%和22.8%，抗拉強度增大幅度分別為17.7%和21.0%;養護28 d時，兩者強度非常接近，說明養護時間增加，植物纖維的作用越來越小;同時K3試樣的抗壓強度和劈裂抗拉強度大于K1試樣，增大幅度接近30%，而K4試樣的抗壓強度和劈裂抗拉強度小于K1試樣，抗壓和抗拉強度的增大幅度均為負值。

通過上述分析發現：直聚丙烯纖維可以有效增強再生混凝土的力學性能，而曲聚丙烯纖維能削弱再生混凝土的力學性能，原因是曲聚丙烯纖維因為波動而不能較好地和水泥漿體進行膠結，未膠結的曲聚丙烯纖維會成為再生混凝土結構的薄弱點，在外力作用下容易發生破壞;植物纖維養護初期可以增強再生混凝土的力學性能，但是養護后期增強作用基本上消失，原因是再生混凝土內部呈堿性環境，而植物纖維處于堿性環境中，隨著養護時間的增加會不斷地受到腐蝕，導致強度和結構受到破壞，進而不能增強再生混凝土的力學性能。

3 結論

①植物纖維和直聚丙烯纖維都可以抑制再生混凝土的破壞，曲聚丙烯纖維不能抑制再生混凝土的破壞，反而會破壞再生混凝土的內部結構。

②養護初期，植物纖維可以增強再生混凝土的峰值強度和變形模量，養護28 d時，植物纖維的增強效果減弱。通過掃描電鏡可以看出，在混凝土的養護過程中，再生混凝土中植物纖維的結構由緊密變為松散，這種變化與植物纖維處于再生混凝土的堿性環境中有關。故混凝土中的植物纖維需要特別注意堿腐蝕。

③直聚丙烯纖維可以增強再生混凝土的峰值強度和變形模量，單軸抗壓強度和劈裂抗拉強度的增大幅度接近。

④曲聚丙烯纖維會削弱再生混凝土的峰值強度和變形模量，單軸抗壓強度和劈裂抗拉強度的削弱幅度差異較大。結合掃描電鏡可以看出，曲聚丙烯纖維通過影響纖維周圍的裂隙發育情況來影響再生混凝土的力學性能。

參考文獻：

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