仿钢及玄武岩纤维不同组合对再生混凝土基本力学性能影响

陈明月 裴长春*

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

0 引言

随着建筑业的迅速发展大量的资源被消耗，部分天然资源逐步面临枯竭，如砂、石子等。为了解决资源枯竭问题及降低环境污染，人们把废弃混凝土加工成再生骨料，配制再生骨料混凝土，但配制出的再生骨料混凝土由于抗裂性能、抗弯性能、抗冲击韧性等较差，阻碍了其推广应用[1,2]。有资料表明：纤维具有抗拉强度高、抗剪性能高、延伸率大、耐疲劳和高韧性等优点。因此，国内外学者们将纤维掺入到再生混凝土中，做了大量纤维再生混凝土的研究，发现纤维不仅能够弥补再生骨料带来的早期过快产生裂缝的缺点，还能够提高混凝土的劈裂抗拉强度和抗裂性能[3]。通过国内外研究调查发现，诸多纤维中掺入钢纤维、碳纤维等纤维时对再生混凝土力学性能的提高效果较为显著[4]。但钢纤维混凝土由于耐酸性和耐腐蚀性较差、自重较大、浇筑比较困难等原因而不宜用于腐蚀性环境下的构筑物当中[5]；碳纤维价格昂贵，不宜大范围使用。

为了使再生混凝土不受使用环境及价格约束、扩大其应用范围，本文改变仿钢纤维和耐腐蚀性优秀的玄武岩纤维的不同掺入方式，研究混杂纤维再生混凝土的基本力学性能，为混杂再生纤维混凝土研究提供技术参考。

1 试验方案设计及方法

1.1 试验方案设计

本试验采用水胶比0.27，再生粗骨料取代率为30%(相对粗骨料总量中的质量百分比)，粉煤灰掺量为20%(相对胶凝体总量中的质量百分比)，硅灰掺量为10%(相对胶凝体总量中的质量百分比)，砂率采用54%，单位用水量为166 kg/m3，减水剂掺量为0.5%。仿钢纤维及玄武岩纤维掺入方法为单掺或混掺，共设计8组不同配合比试验组。并在规定龄期测试立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度、弹性模量等，本试验的混凝土配合比如表1所示。

1.2 试验原材料

表1 混凝土配合比

本文试验所用水泥为吉林省延吉市某厂家P.O42.5型号普通硅酸盐水泥，其物理化学性能指标如表2所示。粉煤灰采用吉林省延吉市某发电厂生产，密度为2 080 kg/m3，硅灰采用山东某厂家生产，密度为2.33 g/m3。细骨料产地为延边朝鲜族自治州地产天然中砂，级配良好，其各项物理性能如表3所示。天然粗骨料为延吉地产碎石，粒径为5 mm～20 mm；再生粗骨料采用延吉检测站建筑废物，用颚式破碎机破碎成5 mm～20 mm粒径的骨料，其物理性能如表4所示。本文试验所用仿钢纤维长度分别为35 mm和50 mm，玄武岩纤维长度为12 mm，纤维具体形状见图1，物理性能见表5。本文试验所用减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为40%。

表2 水泥物理化学性质

表3 细骨料的物理性能

表4 粗骨料的物理性能

表5 纤维的物理性能

1.3 试验方法

本试验过程中，首先将骨料放入搅拌机中干拌60 s，再分别加入所需要的纤维进行第二次搅拌60 s，然后加入胶凝材料搅拌60 s，最后将减水剂和水倒入搅拌机中，搅拌180 s后进行试块的浇筑。将试块放到振动台上振动60 s，24 h后拆模养护28 d。使用2 000 kN混凝土试块压力检测仪进行立方体抗压强度、轴心抗压强度试验及劈裂抗拉强度试验，使用TM-Ⅱ弹性模量测量仪测量混凝土试块弹性模量。具体试验方法参考GB/T 50081—2002 普通混凝土力学性能试验方法标准。

2 试验结果与分析

2.1 抗压强度

图2为不同纤维高强再生混凝土的立方体抗压强度。如图2所示，用再生骨料代替部分天然骨料后，试块的立方体抗压强度有所下降，这是因为再生骨料本身自带裂缝缺陷，且表面与新混凝土的粘结性较差而引起的。当在再生混凝土中单掺仿钢纤维时试块的抗压强度相对普通再生混凝土RC组降低了5.5%，当单掺玄武岩纤维时提高了5.12%。当混掺仿钢纤维和玄武岩纤维时F4,2B1组和F2,4B1组相对RC组分别降低了2.48%和3.93%，F3,3B1提高了7.47%。由此可看出，仿钢纤维的掺入降低了再生混凝土的立方体抗压强度，而玄武岩纤维因其直径极小，能够更好的与再生混凝土基体混合在一起，整体性更好，掺入后提高了再生混凝土的立方体抗压强度。当混合掺入时，不改变玄武岩纤维掺量的情况下，两种仿钢纤维以1∶1的比例掺入基体中，提高的效果最为明显。

2.2 轴心抗压强度

图3为不同纤维高强再生混凝土的轴心抗压强度。由图3可看出，掺入再生骨料后，混凝土轴心抗压强度下降5.38%。纤维的掺入对混凝土的轴心抗压强度影响不同。即，当单掺玄武岩纤维时再生混凝土的轴心抗压强度下降6.61%，当单掺仿钢纤维时，轴心抗压强度提高7.71%。混掺后，F4,2B1,F2,4B1的试块轴心抗压强度分别降低了10.28%,8.26%，而F3,3B1的试块轴心抗压强度比RC提高了13.21%。由此得出：仿钢纤维的掺入能够有效提高再生混凝土的轴心抗压强度，混掺后只有F3,3B1组的混合效应最为显著。

2.3 劈裂抗拉强度

图4为不同纤维高强再生混凝土的劈裂抗拉强度。由图4可看出，再生混凝土的劈裂抗拉强度较普通混凝土下降幅度不大。从图4中可知，掺入纤维时再生混凝土的劈裂抗拉强度均有不同程度的提高，提高幅度最大的为F0,1B0。主要是因为F0,1B0中所掺入的仿钢纤维长细比比较大，纤维与混凝土的粘结程度比较良好，在后期能够承受较大劈裂荷载。而同样单掺仿钢纤维的F1,0B0相较于RC组提高了19.6%，略低于F0,1B0。当单掺玄武岩纤维时，提高程度不高，仅提高了5.88%，因为玄武岩的自身直径极小，且纤维长度也较小，只能在初始开裂阶段承受荷载，当荷载增大后，玄武岩纤维对混凝土的抗拉强度无明显效果。当混掺纤维时，只用两种仿钢纤维1∶1掺入时，混凝土的劈裂抗拉强度提高最明显。

2.4 拉压比

图5为不同纤维高强再生混凝土的拉压比。由图5可看出，再生粗骨料的掺入会降低拉压比，普通混凝土的拉压比为0.081，再生混凝土的拉压比为0.080，表明其脆性相对普通混凝土脆性较大。在再生混凝土中掺入纤维时，拉压比均有不同程度的增大，其中增长最明显的为单掺仿钢纤维的F1,0B0和F0,1B0，分别为0.10和0.11。混掺纤维的F4,2B1,F3,3B1,F2,4B1拉压比为0.9，说明仿钢纤维的掺入对再生混凝土的抗裂性能起主要影响作用，使混凝土脆性变小，韧性变大。

2.5 静力受压弹性模量

图6为不同纤维高强再生混凝土的静压弹性模量。由图6可看出，掺入再生骨料后，混凝土的弹性模量变化幅度较小。纤维掺入后，除F3,3B1之外的纤维再生混凝土组的弹性模量相对RC组弹性模量均有不同程度的降低。即，相对于RC组混凝土F0,0B1,F1,0B0,F0,1B0,F4,2B1,F2,4B1组分别降低了1.14%,2.48%,8.10%,7.55%,6.10%,5.82%。而在F3,3B1组的弹性模量比RC组提高了14%。

3 结语

本文通过在再生高强混凝土中掺入不同掺入方式混杂纤维，分析再生混凝土的基本力学性能，得到以下结论：

1)掺入再生粗骨料后，混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量和拉压比均有所降低。

2)F3,3B1组中纤维掺入再生混凝土中，对再生混凝土的抗压强度提高幅度最大，其他纤维再生混凝土的抗压强度均有不同程度的降低，但降低幅度都较小。

3)掺入纤维后明显提高了再生混凝土的劈裂抗拉强度和拉压比，提高最为明显的组为F0,1B0。

参考文献：

[1] 陈宗平,薛建阳,余兴国,等.再生混凝土轴心抗压强度试验研究[J].混凝土,2011(9):4-7，11.

[2] 陈宗平,徐金俊,郑华海,等.再生混凝土基本力学性能试验及应力应变本构关系[J].建筑材料学报,2013,16(1):24-32.

[3] 侯 敏,董江峰,袁书成,等.玄武岩纤维再生混凝土及其轴压短柱力学性能分析[J].华北水利水电学院学报,2013,34(1):41-45.

[4] 杨 勇,任青文.钢纤维混凝土力学性能试验研究[J].河海大学学报(自然科学版),2006(1):92-94.

[5] 强 跃,李 莉,何泽平.钢纤维混凝土抗酸性腐蚀环境的试验研究[J].混凝土,2011(6):41-42，45.