玻璃纖維配比優化的再生混凝土改性試驗及性能測試

摘 要：針對再生混凝土強度和耐久性不足的問題，提出通過玻璃纖維對再生混凝土進行改性。試驗對玻璃纖維長度和摻量進行優化，并對優化后再生混凝土的性能進行研究。試驗結果表明，玻璃纖維長度為8 mm，摻量為0.4%時，再生混凝土的強度和耐久性最佳。此時，再生混凝土28 d抗壓強度和劈裂抗拉強度分別為41.6、3.6 MPa，經過150次氯鹽-干濕循環后，抗壓強度和劈裂抗拉強度分別為40.5、3.1 MPa，抗氯離子滲透電通量降低至3 600 C·m 2 /s左右，滿足JTG 3420—2020規程要求。以上試驗證明了玻璃纖維對改善再生混凝土的強度和耐久性均產生積極的影響，可為再生混凝土的后續應用提供參考。

關鍵詞：再生混凝土；配比優化；抗壓強度；耐久性能

中圖分類號：TQ178；TU528 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）11-0091-04

Modified study and performance test of recycled concretewith optimized glass fiber ratio

ZONG Peng，WANG Yichuan，HE Haohuan

（Shaanxi Construction Ninth Construction Group Co.，Ltd.，Yulin 719000，Shaanxi China）

Abstract：To address the issue of insufficient strength and durability of recycled concrete，it was proposed to modi?fy recycled concrete through glass fiber. The length and content of glass fiber were optimized，and the properties ofthe optimized recycled concrete were studied. The experimental results showed that when the length of glass fiber was8mm and the dosage was 0.4%，the strength and durability of recycled concrete were the best. At this point，the com?pressive strength and splitting tensile strength of recycled concrete at 28 days were 41.6 MPa and 3.6 MPa，respec?tively. After 150 chloride salt dry wet cycles，the compressive strength and splitting tensile strength were 40.5 MPaand 3.1 MPa，respectively. The resistance to chloride ion penetration electrical flux reduced to around 3 600 C·m 2 /s，meeting the requirements of JTG 3420—2020 regulations. The above experiments have proven that glass fiber has apositive impact on improving the strength and durability of recycled concrete，and can provide reference for the sub?sequent application of recycled concrete.

Key words：recycled concrete；ratio optimization；compressive strength；durability performance

將建筑垃圾制備成再生骨料，實行建筑垃圾的回收再利用，實現資源的綠色健康處置對建筑垃圾的處理有重要意義。但再生骨料受其材料特性的影響，用做混凝土材料時，存在力學性能差的問題，無法達到當代建筑物強度要求。因此需要進一步對再生粗骨科進行改性，進一步提升再生混凝土的性能。

對此，部分學者也進行了很多研究，如通過聚丙烯纖維對再生混凝土劈裂抗拉強度進行增強 [1] 。通過對再生混凝土養護條件的優化增加其強度 [2] 。研究了鐵尾礦粉和磷渣粉對再生混凝土耐久性增強效果 [3] 。通過再生混凝土配合比的優化提升其性能 [4] 。為了進一步提升再生混凝土性能，本試驗以文獻 [5] 論文中的方法為參考，通過玻璃纖維對再生混凝土進行改性，為再生混凝土的后續應用提供參考。

1 試驗部分

1. 1 材料與設備

主要材料：聚乙烯醇（PVA）（AR，天峰化工科技）；玻璃纖維（I級，浩達新材料）；砂（II級，怡然礦產品）；碎石（I級，邦慕礦產品）；水泥（P·O42.5，新躍新材料）；減水劑（AR，天峰化工科技）；氫氧化鈣（AR，萬象宏潤生物）。

主要設備：JS100型混凝土攪拌機（華科機械）；ZDT-1型振動臺（華偉試驗儀器）；CTS-E型萬能試驗機（惠仕達儀器）；HLS-58B型干濕循環機（天宇試驗儀器）；DTL-6型氯離子電通量測定儀（澤睿試驗儀器）。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 再生骨料的改性

通過化學強化法 [6] 對再生粗骨料進行改性。

（1）提前配制質量分數為10%的PVA溶液完全浸泡再生骨料，浸泡時間為1 d。期間每隔4 h攪拌一次避免再生骨料粘接；

（2）將浸泡后骨料攤開，在室溫條件下自然風干，并通過人工將粘連在一起的再生粗骨料分散開來，得到改性后再生粗骨料。

1. 2. 2 混凝土試件的制作

纖 維 再 生 混 凝 土 試 件 的 制 作 主 要 參 照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行 [7-8] 。

（1）按照JGJ55—2011 《建筑施工安全檢查標準》[9-10]對C40混凝土配比進行設計，根據表1基礎混凝土配比準備相應材料。提前對攪拌機進行清洗和掛漿處理。

（2）依次將水泥、砂、天然粗骨料和再生粗骨料放入攪拌機內進行干拌，干拌時間為180 s。

（3）設置玻璃纖維投加量為0%、0.2%、0.4%和0.3%。將玻璃纖維放入攪拌機內繼續干拌，干拌時間為180 s，使玻璃纖維與混凝土干料混合均勻。

（4）將減水劑與水混合，然后分兩次倒入攪拌機內，繼續攪拌180 s，得到纖維混凝土拌合物。

（5）倒入模具中并振搗出漿抹平，表面覆蓋保鮮膜后靜置養護1 d后脫模，然后在25 ℃的氫氧化鈣的溶液中養護至指定齡期。

1. 3 性能測試

1. 3. 1 抗壓強度和劈裂抗拉強度

參照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》中的方法對混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度進行測試 [11-12] 。

1. 3. 2 氯鹽-干濕循環試驗

參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中的方法進行氯鹽-干濕循環試驗 [13-14] 。

1. 3. 3 抗氯離子滲透試驗

參照JTG 3420—2020《公路工程水泥及混凝土試驗規程》中的電通量法進行抗氯離子滲透試驗 [15-16] 。

2 結果與討論

2. 1 纖維對再生混凝土的影響

2. 1. 1 纖維摻量的影響

圖1為纖維摻量的影響。

由圖1可知，摻入纖維后，再生混凝土的抗壓強度均得到明顯提升。同時，玻璃纖維具備較好的拉伸性能，對碎石顆粒有牽拉作用，彌補了混凝土脆性缺點，使得混凝土的強度有一定增加 [17-18] 。

當玻璃纖維摻量為0.4%時，對再生混凝土的抗壓強度增強效果最好。這是因為，過量的纖維會在混凝土內部團聚，形成薄弱部分，使得混凝土強度有一定下降 [19] 。因此，后續試驗中，選擇纖維摻量為0.4%。

2. 1. 2 纖維長度優化

本試驗分別選擇長度為4、8、12 mm的纖維進行試驗，結果見圖2。

由圖2可知，纖維長度為8 mm時，再生混凝土抗壓強度的最高。這是因為纖維長度過短，無法發揮其自身優異的延展性能，僅能起到一定的填充作用，因此對抗壓強度的增強效果較差。而過長的玻璃纖維質地綿軟，易在混凝土內部纏繞成結，混凝土內部形成薄弱部分，在受外力作用時，易從薄弱部分發生破壞，因此無法充分發揮增強效果 [20] 。當纖維長度為8 mm時，可充分發揮自身優異的延展性能，又不易在混凝土內纏繞成結，發揮出較好的抗壓增強作用。

2. 2 劈裂抗拉強度測試結果

圖3為最佳條件下再生混凝土的劈裂抗拉測試結果。

由圖3可知，纖維再生混凝土在早期劈裂抗拉強度較基準混凝土有所提升，但提升的趨勢較小。而在養護后期，劈裂抗拉強度反而較基準混凝土有所下降。表明玻璃纖維可提升再生混凝土的早期韌性，對后期劈裂抗拉強度影響不大。

進一步對劈裂抗拉試件破壞形態進行分析，結果見圖4。

由圖4可觀察到，基準混凝土的破壞形態為一條裂縫貫穿試件，瞬時劈裂成為兩半，破壞方式為脆性破壞。而纖維再生混凝土的破壞形態為表面分布著微小裂縫，慢慢貫穿整個試件，破壞方式為韌性破壞。證明玻璃纖維可以有效提升混凝土試件的韌性，改變試件的破壞形式。

2. 3 耐久性研究

2. 3. 1 氯鹽-干濕循環試驗結果

通過28 d混凝土抗壓強度損失和劈裂抗拉強度損失對混凝土的耐氯鹽-干濕循環性能進行表征，結果見圖5。

由圖5可知，經過循環后，纖維再生混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度始終高于設計值，表現出良好的耐久性。出現這個變化的主要原因在于，在干濕循環前期，混凝土內部水化熱反應還在持續進行中，因此混凝土強度和韌性持續增加。隨循環的進行，混凝土水化熱反應完成，混凝土強度不再發生變化。再加上循環過程中，混凝土試件不斷受氯鹽浸入侵蝕，混凝土內部密實度受到影響，使得混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度有所下降。

2. 3. 2 抗氯離子滲透試驗結果

抗氯離子滲透測試結果見表2。

由表2可觀察到，基準混凝土的電通量明顯超過JTG 3420—2020規程規定的4 000 C·m 2 /s，氯離子滲透性較高，耐久性較差。而經過玻璃纖維改性后，混凝土電通量降低至3 600 C·m 2 /s左右，滿足JTG 3420—2020規程要求。這就說明經過玻璃纖維改性后，混凝土的氯離子滲透性明顯降低，耐久性得到明顯提升。

3 結語

（1）玻璃纖維具備較好的拉伸性能，對碎石顆粒有牽拉作用，對外部載荷有分散作用，彌補了混凝土脆性缺點；

（2）適宜的纖維長度可充分發揮自身優異的延展性能，又能避免在混凝土內部纏繞成結，發揮出較好的抗壓增強作用；

（3）玻璃纖維主要對混凝土破壞形式產生影響，摻入纖維后，混凝土從脆性破壞變為韌性破壞，混凝土韌性得到有效提升；

（4）纖維改性后的再生混凝土，經過150次氯鹽-干濕循環后，抗壓強度和劈裂抗拉強度滿足初始設計值，表現出良好的耐久性；

（5）經過玻璃纖維改性后，混凝土電通量降低至 3 600 ℃左右，混凝土的氯離子滲透性明顯降低，耐久性得到明顯提升，滿足JTG 3420—2020規程要求。

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