再生混凝土中掺入短切纤维的力学试验研究

张英琪

摘 要：采用唐山城区的废弃混凝土制作出再生粗骨料，按再生混凝土设计方法计算和制作纤维再生混凝土试块，应用物理学中的压强原理和混凝土试块试验方法测得相同掺量的两种短切纤维（BF和CF）的再生纤维混凝土试件、普通纤维混凝土、再生混凝土和普通混凝土的抗压强度，并进行对比分析，为再生混凝土能顺利替代普通混凝土提供试验和理论依据，同时为城市中的混凝土废弃物找到在工程中更好利用价值。

关键词：短切纤维；抗压强度；试验方法

近年来碳纤维和玄武岩两种纤维被广泛地应用于混凝土结构中。目前玄武岩纤维（Basalt Fibre缩写为BF）和碳纤维（Carbon Fibre 缩写为CF）的供应产品常见的纤维布、纤维筋和短切纤维等几种形式，其中短切纤维可以和混凝土拌合物一起搅拌以提高混凝土的抗拉强度和抗冲击性能及降低混凝土干缩性能。

再生混凝土一般是指混凝土中的粗集料由旧建筑物或旧结构物的混凝土解体产物来代替部分制得的混凝土。再生混凝土强度经过试验验证一般会比普通混凝土强度有所降低，纤维混凝土能增强混凝土各项指标，尤其是抗拉强度的提高延迟了混凝土中微细裂纹的发展，对混凝土抗压强度也应有所提高。本实验通过研究短切纤维再生混凝土在不同的纤维掺加量及再生骨料的掺加量的情况下进行的对比研究，为再生混凝土的工程应用提供数据支持。

1 试验原材料

本次试验采用了工程中最常应用的C20、C25、C30三个强度等级，混凝土配合比由华北理工大学建筑工程学院建材试验室（该实验室是唐山市最早的一家建筑工程质量检测实验室）提供。

2 试件制作

试件的制作是依据普通混凝土力学性能试验方法（GB50081-2002）的要求进行制作和养护的，采用立方体标准试模（150mm×150mm×150mm）制作试件，在实验室用搅拌机进行搅拌，振捣台振捣，上表面手工抹平，严格试验以保证混凝土的强度符合设计要求。在标准室进行标准养护，养护条件为标准养护室的室温（20±2）°C；相对湿度95%以上。标准养护28天后进行抗压试验。图1为标准养护完成准备做试验时的试块。

3 试验现象

3.1普通再生混凝土试件

普通再生混凝土在试验机上试压的破坏现象与普通混凝土试块基本一致。首先是随着压力机荷载的加大，试块表面最早出现维小的裂纹，随着持续加载，裂纹沿斜向产生向上或向下的延展裂纹，同时裂纹宽度不断增加。并且由试块表面逐渐发展到内部，之后试件表层混凝土向外鼓出并局部剥落，试块被压碎。此时的压力机上的数值即为所加荷载，除以试件与加压板之间的接触面积即为混凝土试件的抗压强度即为物理学中的压强计算方法。从破坏现象来看，再生混凝土试块的破坏现象为粗骨料与水泥凝胶体之间的粘结破坏，与普通混凝土破坏现象一致。

3.2 纤维再生混凝土试件

相比普通再生混凝土试块，掺有纤维的再生混凝土试块，由于掺入纤维以后纤维本身具有一定的长度。并且在混凝土中处于杂乱分布，小团的短切纤维有一定的拉结力，整个加载过程，混凝土的裂纹的发展受到限制，一直到试块破坏，混凝土剥落时还能看到表面的混凝土还存在于表面，在表面只是见到了大量的裂缝，并不能很明确的看到或者经过手工处理得到普通混凝土试验时的倒锥体。破坏现象明显轻于普通混凝土。图2是纤维再生混凝土破坏形态图。

4 试验结果分析

全部混凝土立方体试件抗压加载结果见表1，表中所列数值是以C20为例，并未全部列出。

从上表可以得出，经过标准养护后的试验结果，在再生集料30%取代率的前提下，普通再生混凝土的强度可与普通混凝土强度代换，纤维再生混凝土的强度与普通混凝土相比而言，略有提高。

5 展望

本试验仅开展了标准养护的混凝土试件的研究工作，要想应用到工程实际中，混凝土构件是要长期承载的，并且现场构件与实验构件也有所区别，同时现场不具备标准养护的条件，因此本工程的试验结果若想应用到工程实践，还需要试验研究的进一步开展。

6 收获与体会

通过这次关于制作纤维再生混凝土，并对其相关性能的研究，我学习到了关于再生混凝土的配合比计算方法，及其制作完试件的力学性能测试整个过程，这是本人作为高中生的一次成功探索。我从中认识到当作建筑垃圾处理的废弃混凝土，经过一系列处理，能够再利用于工程实际，这样既节省了堆放垃圾的场地，有效避免建筑垃圾对环境的污染，又节约了混凝土原材料中粗骨料石子的用量，石子来源于岩石，这样减少了对大自然的危害。

这次试验主要应用的原理是高中物理中的压强计算原理。物理学中的力学知识可以应用到房屋建筑，而房屋建筑又是解决人们衣食住行中的“住”的关键所在。通过这次实验的参与，我不仅认识到努力学习物理知识的必要性，更认识到需要有敢于尝试、敢于创新的勇气，只有把所学知识与实践结合很好的结合在一起，才能让知识更好地服务于社会，创造出更大的价值。同时，在本次研究中我也看到，我的动手能力不足，理论计算和逻辑分析能力也急待提高。

参考文献：

[1]秦荷成.聚丙烯纤维再生混凝土研究现状和意义[J].南宁职业技术学院学报，2013，18（3）.

[2]丛晓红.碳纤维与玄武岩纤维对水泥基材料性能影响的对比实验研究[J].河北建筑工程学院学报，2009，27（2）：40-42.

[3]朱平华，王欣，周军，何霞.再生骨料混凝土研究主要进展与发展趋势[J].混凝土，2009（05）.