钢纤维再生混凝土配合比正交试验研究

张丽娟，高丹盈，闫兆强，卢静云

（郑州大学 新型建材与结构研究中心，河南 郑州 450002）

据不完全统计[1]，仅2007年我国建筑物拆除和施工过程中产生的废弃混凝土总量为4 500～5 000万t，并逐渐增长.目前，我国对废弃混凝土还是简单的遗弃和填埋，需占用大量空地且污染环境.再生混凝土是指使用经过破碎加工的废弃混凝土为骨料而配制的混凝土.该处理技术可以从根本上解决废弃混凝土的处理问题，还可节约天然骨料资源，具有显著的社会、经济和环境效益[2].

相对于天然骨料，再生骨料表面往往包裹着一层水泥砂浆，棱角过多，针状物所占材料面积过大，破碎过程中还会产生大量的内部横向裂纹，吸水率增大、孔隙增多，导致再生混凝土的强度明显降低[3-6].向再生混凝土中添加钢纤维，钢纤维的桥接作用减轻了其内部微缺陷的引发和扩展，可提高混凝土性能[7-9].本文针对再生骨料的特点，通过配合比正交试验，研究再生骨料取代率、钢纤维体积率、水胶比对钢纤维再生混凝土塌落度、抗压强度、劈拉强度的影响.为钢纤维再生混凝土的配合比设计提供参考.

1 试验概况

1.1 试验材料

郑州荥阳的天瑞P.O42.5普通硅酸盐水泥.粗骨料分为天然粗骨料和再生粗骨料，天然骨料为石灰石碎石，粒径为5～20mm，连续级配；再生粗骨料由郑州某检测站废弃的商品混凝土试块破碎筛分而成，粒径5～20 mm，连续级配，材料性能如表1.细骨料为细度模数2.67天然河砂.切断弓形钢纤维，平均长度，等效直径 =0.599mm，长径比.聚羧酸盐高效减水剂，减水率为20%.生活饮用水.

表1 骨料的物理性能Tab.1 Propertiesof coarse aggregate

1.2 配合比正交试验设计

本试验主要分析水胶比、再生骨料取代率、钢纤维体积率对钢纤维再生混凝土工作性能、抗压强度、劈拉强度的影响.根据正交试验方法，设计了L9（33）3因素3水平正交表如表2所示.单方用水量取180 kg，砂率取38%，制作边长150mm的立方体试块，测定其拌合物塌落度，标准养护28 d后，测定其立方体抗压强度与劈拉强度.配合比设计及试验结果见表3.

表2 钢纤维再生混凝土正交试验因素与水平表Tab.2 The orthogonalexperiment factorsand horizontal table of steel fiber recycled concrete

表3 钢纤再生混凝土正交试验配合比/（kg/m3）及试验结果Tab.3 Orthogonalproportion and test resultson steel fiber recycled concrete

2 试验结果分析

2.1 塌落度分析

表4 塌落度极差和方差分析Tab.4 Rangeand variance analysisof slump

2.2 抗压强度分析

由表5可知，水胶比 比值大于F0.1的临界值，对抗压强度的影响最为显著.其次是再生骨料取代率，极差为4.25，F比值为1.14，影响较小.钢纤维体积率对抗压强度影响最小.A、B、C 3种因素对抗压强度影响的显著性是Agt;Bgt;C.水胶比是抗压强度的主要影响因素.为了抗压强度达到最优，应选取的组合为A1B2C2.根据表4种得方差分析，再生骨料取代率对抗压强度的影响并不显著，从经济性和环保角度考虑，B3也可作为下一步试验的因素水平考虑，也即全部粗骨料都使用再生骨料，故A1B3C2组合可在下一步配合比试验中重点考虑.

2.3 劈拉强度分析

图3为各因素在不同水平时，劈拉强度 值，由图3和表6：随着钢纤维体积率的增加，劈拉强度值在不断增加，增加趋势最为明显，极差达到2.49；随着水胶比的不断减小劈拉强度在不断增加，极差为1.19；随再生骨料取代率的增加，劈拉强度先增加后减小，极差仅为0.54.

表5 抗压强度极差和方差分析Tab.5 Range and variance analysison compressive strength

由表6中的方差分析结果，3因素中，钢纤维体积率对劈拉强度的影响最为显著，水胶比的影响次之，再生骨料的取代率的影响最小.这与钢纤维的阻裂、增韧效果是一致的，可以通过增加钢纤维的体积率来增大混凝土材料的劈拉强度.但是钢纤维体积率也不宜过大，钢纤维体率过大会增加成本，且易在搅拌过程中结团，降低混凝土拌合物的工作性能.随着水灰比的减小，劈拉强度的 值也是在不断增加，但是增长趋势没有钢纤维体积率增加趋势显著.再生骨料取代率是对纤维再生混凝土劈拉强度影响最小的因素，随着其取代率的增加，其劈拉强度 值现增加后减小.综合考虑以上因素，对于其劈拉强度，最佳组合为A1B2C3，为考虑其经济性，也可考虑A1B3C3.

3 结论

1）再生骨料取代率对塌落度的影响最为显著，再生骨料混凝土的配合比设计中，单方用水量要高于普通混凝土，建议在单方用水量计算中引入再生骨料取代率与再生骨料吸水率两个变量.

2）水胶比对抗压强度的影响最为显著.其次是再生骨料取代率，钢纤维体积率对其影响最小.为了抗压强度达到最优，应选取的组合为 A1B2C2.由于再生骨料对其影响并不显著，从经济和环保角度考虑，A1B3C2也可作为进一步试验的因素水平考虑.

3）钢纤维体积率对于劈拉强度影响最为显著，水胶比的影响次之，影响最小的是再生骨料的取代率.对于其劈拉强度，最佳组合为A1B2C3，为考虑其环保性，也可考虑A1B3C3.

表6 劈拉强度极差和方差分析Tab.6 Range and variance analysison splitting tensile strength

[1]邓寿昌，王正平，张学兵，等.建筑固体废弃物的循环利用与再生资源的可持续发展 [C]∥首届全国再生混凝土研究和应用学术交流会论文集，2008.

[2]周宏敏，柴俊.再生混凝土技术及其研究现状 [J].混凝土，2008，230（12）：75-77.

[3]Khaldoun Rahal.Mechanicalpropertiesof concretew ith recycled coarseaggregate[J]. Building and Environment，2007，42：407-415.

[4]Meyer C.Thegreening of the concrete industry[J].Cement＆Concrete Composites， 2009，31：601-605.

[5]CasuccioM，TorrijosMC，Giaccio G，etal.Failuremechanism of recycled aggregateconcrete[J].ConstrBuildMater2008，22（7）：1500-1506.

[6]Evangerlista L，De Brito J.Mechanical behaviour of concretemadew ith fine recycled concrete aggregates[J].Cement＆Concrete Composites，2007（29）：397-401.

[7]王军龙，肖建庄.钢纤维再生混凝土抗折强度试验研究 [J].工业建筑，2007，37（1）：82-86.

[8]朱海堂，王宝庭，楼志辉，等.钢纤维再生混凝土断裂韧度试验研究 [J].新型建筑材料，2008，13：64-68.

[9]高丹盈，楼志辉.钢纤维再生混凝土抗压强度试验研究 [J].郑州大学学报：工学版，2007，28（2）：5-10.