纤维再生混凝土研究现状

【摘要】废弃混凝土经碾压破碎后再按照一定配比，能够生产加工出再生混凝土。再生混凝土不仅能够减少垃圾填埋场的使用面积，而且可以减少自然资源的使用。然而，再生骨料较天然骨料有较多的内部缺陷，其强度与耐久性均弱于对应的普通混凝土。本文对纤维再生混凝土研究现状进行了归纳，列举了现有研究成果，提出了部分建议，以期为纤维材料与再生混凝土的工程应用与推广提供新思路。

【关键词】钢纤维 聚丙烯纤维 再生骨料 研究进展

1、引言

随着我国建筑业的蓬勃发展，混凝土的需求量不断增加，而在生产制备混凝土的过程中需要大量的开采砂石骨料，因此，天然砂石骨料资源的消耗量不断增加。新建工程及拆除废旧建筑物工程每年产生大量建筑垃圾，其中近40%为废旧混凝土。传统的垃圾填埋方法不仅占用城市建设用地，而且会造成环境污染。基于这种现状，人们发现可以将回收废旧混凝土收集，经过破碎再加工后可以制备出再生混凝土，不仅实现废旧混凝土的循环再利用，而且减少了建筑工程对天然骨料的大量开采，对城市的可持续发展和环境保护都有着十分重要的意义。

然而，再生骨料对比于天然骨料，其性能有着一定的缺陷特点。研究发现，这可能是因为再生混凝土内新砂浆与旧骨料以及旧砂浆与旧骨料之间存在着薄弱的界面过渡区[1]，同时，在破碎原混凝土的过程中，混凝土的内部在机械外力的冲击、研磨过程中生成许多微观裂纹，从而使得骨料的吸水率增大，表观密度降低、压碎指标明显增大，造成其干缩性比天然骨料混凝多大得多，对其物理性质和力学性能也产生较大的影响。

2、国内外研究现状

早在第二次世界大战后，前苏联、日本、德国等发达国家，在重建家园时就关注了废弃混凝土的回收问题，并开始了再生混凝土的研究开发与利用。时至今日，国际材料与结构研究联合实验联合会（RILEM）己经召开了5次有关废弃混凝土再利用的专题国际会议，再生混凝土技术己成为许多国家共同研究的课题，也是国内外工程界和学术界关注的热点和前沿问题之一。

纤维混凝土是由纤维和水泥基料（水泥石、砂浆或混凝土）组成的一种复合材料，是近年来提出的一种新型混凝土。目前纤维混凝土主要有两类：一类是高弹模量纤维增强混凝土，其典型代表为钢纤维；另一类是低弹模量纤维增强混凝土，其典型代表为聚丙烯纤维。

2.1 钢纤维再生混凝土

钢纤维是由钢质材料加工而成的短纤维，主要有切断型、剪切型、铣削型和熔融抽丝型。钢纤维混凝土是一种纤维增强混凝土，与普通混凝土相比其力学性能有所改善和提升，特别是在混凝土的裂缝发展方面，钢纤维的掺入可以有效的阻止混凝土裂缝的发展即有效的提高了抗裂性能，此外，钢纤维混凝土还具有较好的的抗拉性能、抗弯性能、抗冲击性能、抗疲劳性能以及较好的延性[2]，能够改善混凝土的强度、变形性能、抗疲劳和抗裂性能和耐久性能等，已在隧道、公路、机场等领域有广泛应用。

早在1907年，前苏联混凝土专家B. II.HekpocaB就开始研究用金属纤维来改善混凝土的性能。随着对钢纤维混凝土研究的不断深入，国外发达国家主要针对钢纤维种类、掺量及施工工艺等方面做了大量的研究，并形成了较为系统的理论体系，为今后对钢纤维混凝土的进一步研究提供了可靠的依据。Goran H. Mahmud在2013年研究发现，当掺入2%的钢纤维，梁的范围为30mm-300mm时，改变梁尺寸对梁的承载力几乎没有影响。Carneiro等在2014年研究发现，掺入端钩形钢纤维可以增强再生混凝土的强度、韧性，并且有效建立了钢纤维再生混凝土的抗压应力-应变关系，延缓了其破坏。我国是从1970年前后开始对钢纤维混凝土展开研究的[3]，近年来，国内对钢纤维混凝土构件进行了大量研究，并取得了质的发展。张海龙[4]研究发现钢纤维端部构造的差异性对高强再生混凝土的抗压强度及梁的抗弯承载力有不同程度的改善。汪振双等[5]研究发现，钢纤维的掺入对再生混凝土抗压强度的提高不明显，对再生混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度提高比较显著。钢纤维的掺入改善了混凝土的抗冻性能，降低了再生混凝土的孔隙率。刘杰[6]研究发现，再生混凝土抗压强度随着再生骨料取代率的增加而下降，再生骨料取代率一定时，钢纤维再生混凝土抗压强度随着钢纤维体积率的增加有所提高。

2.2 聚丙烯纤维再生混凝土

聚丙烯纤维是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烃类纤维，不吸水，不与酸碱起作用。聚丙烯纤维混凝土是把一定量的聚丙烯纤维加入到普通混凝土的原材料中，在搅拌机的搅拌下，纤维受到水泥、砂石的冲击混和，均匀分布在混凝土中。聚丙烯纤维的加入可有效的控制混凝土固塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂缝，防止及抑止裂缝的形成及发展，大大改善混凝土的阻裂抗渗性能，抗冲击及抗震能力，从而防止混凝土中钢筋的锈蚀，延长混凝土的使用寿命。

Meshah等[7]较早开始进行了聚丙烯纤维和铸铁纤维再生砂浆的抗干缩和抗裂性能试验，得出铸铁纤维减少干縮的效果可达到15%，但聚丙烯纤维的效果不明显。Ak?a K R等[8]研究发现聚丙烯纤维对再生混凝土的抗压强度影响小，对抗拉和抗弯强度提高作用明显，骨料类型是影响抗压强度的主要因素。

我國关于合成纤维混凝土的研究和应用始于20世纪80年代末，其应用领域己经遍布土木、建筑、交通、水利、隧道等各个方面，其中又以房屋外墙、地下室、屋顶、路面和防渗结构中应用得最多[9]。同时，由于聚丙烯纤维应用于混凝土中，能够均匀分地散在混凝土中，化学性质稳定，施工简单，具有掺加工艺简单、质优价廉、性能优异等特点，近年来在国内外工程领域得到了广泛的推广和应用。另一方面，随着再生混凝土的研究及应用的不断增加，再生混凝土中存在的问题也不断暴露出来，国内外学者都在积极地采取各种措施改善其性能，因聚丙烯纤维作为一种新型复合建筑材料在普通混凝土中得了较好的应用效果，近年来对于聚丙烯纤维再生混凝土的研究也逐渐得到关注，口前对于相应的聚丙烯纤维再生混凝土的力学性能研究仍在不断完善中。研究发现[10]，在再生混凝土中掺入聚丙烯纤维，可以达到对再生混凝土强化与改性作用，使再生混凝土满足在结构使用中的耐久性和强度的要求。

张荣[11]选擇聚丙烯纤维增强再生混凝土再生粗骨料取代率为100%为研究对象，分别研究了其高温后轴压力学性能及断裂性能。结果表明：高温作用后试件表面呈现出明显变化，随着温度的升高试件表面产生的最大裂缝宽度增大，同时质量损失也不断增加。吴建华等[12]对聚丙稀纤维再生混凝上力学性能影响因素进行了试验研究，研究发现聚丙烯纤维对再生混凝土性能有明显的强化效果，如果配合硅粉的（下转146页）（上接144页）掺入，聚丙烯纤维再生混凝土的抗压性能够得到更大提高。元成方等研究表明：经历高温后，聚丙烯纤维混凝土的动弹性模量高于素混凝土，质量 损失率也更小。聚丙烯纤维混凝土的孔径分布规律、孔隙结构与素混凝土相近。

3、建议

现有研究表明，纤维再生混凝土的研究，能够一定程度上满足普通混凝土的要求。但由于纤维混凝土结构计算的相关规范较少，对纤维再生混凝土的研究仍然存在不足。

（1）应在纤维再生混凝土微观受力等方面投入更多研究。现行纤维再生混凝土试验研究多数与普通混凝土试验方法相似，纤维再生混凝土有其自己特点，应建立有针对性的研究方法。

（2）注重纤维再生混凝土在实际工程中的应用，我们要注重纤维再生混凝土结构构件的性能的研究。

（3）目前再生混凝土市场鱼龙混杂，不同的厂家生产出的再生混凝土其原材料、配合比、施工工艺及骨料成分上存在着巨大的差异。然而，现行的有关标准规范在实质上只受用于普通混凝土，因此，我国应结合再生混凝土骨料的实际情况，制定适用于再生骨料混凝土规定标准。

参考文献：

[1]刘云明.不同应力水平下钢管再生混凝土长期静力性能研究[D].哈尔滨工业大学， 2015.

[2]赵国藩.钢纤维混凝土结构[M].中国建筑工业出版社， 1999.

[3]沈蒲生.我国钢纤维混凝土技术展望[J].公路工程， 1992（4）：53-55.

[4]张海龙.钢纤维高强再生混凝土梁抗弯性能试验研究[D].延边大学， 2016.

[5]汪振双， 谭晓倩.钢纤维再生粗集料混凝土的力学性能和抗冻性研究[J].硅酸盐通报， 2016，35（4）：1184-1187.

[6]刘杰.钢纤维再生混凝土拉压性能及其相互关系[D].郑州大学， 2016.

[7]MESBAH H A， BUYLE-BODIN F. Efficiency of polypropylene and metallic fibres on control of shrinkage and cracking of recycled aggregate mortars[J]. Construction & Building Materials， 1999，13（8）：439-447.

[8]AK?A K R， ?AK?R ?， ?PEK M. Properties of polypropylene fiber reinforced concrete using recycled aggregates[J]. Construction & Building Materials， 2015，98：620-630.

[9]孙霁.混杂聚丙烯纤维混凝土损伤力学性能研究[D]. 重庆大学， 2013.

[10]吴建華， 马石城， 唐昭青， 等.聚丙烯纤维再生混凝土力学性能影响因素的试验研究[J].公路工程， 2007，32（4）：110-112.

[11]张蓉.高温后聚丙烯纤维增强再生混凝土轴压和断裂性能试验研究[D].广东工业大学， 2016.

[12]吴建华， 马石城， 唐昭青， 等.聚丙烯纤维再生混凝土力学性能影响因素的试验研究[J].公路工程， 2007，32（4）：110-112.

作者简介：

陆明（1991.1.17—），性别：男，民族：汉，籍贯：甘肃兰州，职务：技术员，职称：助理工程师，学历：大学本科，单位：上海建工七建集团有限公司天津分公司，工作内容：主要从事建筑材料绿色施工的指导与调控，特别是绿色节能工地的管理。