混杂纤维掺率对无熟料再生砂浆力学性能的影响

董家豪 郑世鹏 夏松林 李珍淑*

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

0 引言

随着建筑业的飞速发展，我国的水泥用量大大增加，2016年全国水泥产量24亿t，仅生产水泥产生的CO2就超过10亿t，对环境产生极大破坏，并加剧了温室效应现象。还有燃煤电厂所产生的粉煤灰长期堆存不仅占用大量土地资源，其中的有害物质会渗透到粉煤灰堆场附近的土壤，污染堆场附近水体。除此之外，高炉炼铁过程中产生的矿渣等废弃物，露天堆放也会污染空气毒害土壤。以矿渣、粉煤灰等固体工业废弃物取代水泥，同时用部分再生砂替代天然砂生产的砂浆，虽然可以减少水泥消耗，节约天然骨料资源，有利于节能减排和可持续发展的原则。但是该无熟料砂浆力学性能较差，因此本文通过研究聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维不同掺量对无熟料砂浆抗压和抗折强度的影响，探究出最佳的混杂纤维掺量，为无熟料水泥再生骨料砂浆抗压强度和抗折强度的提高提供参考。

1 试验方案设计及方法

1.1 试验方案设计

砂浆配合比见表1。

表1 砂浆配合比 kg/m3

试验1组为对照组，2组～5组为聚丙烯低掺量组，用AL表示，6组～9组为聚丙烯高掺量组，用AH表示。

1.2 试验材料

试验采用的吉林省延吉市生产的Ⅰ粉煤灰;矿渣为河北灵寿县润发矿生产的S95级粒化高炉矿渣微粉，生石灰为汪清县大兴沟镇庙岭白灰厂生产，执行标准为Q/WSB.01—1996;激发剂NaOH和KOH试剂的质量分数为96%，86%，天然砂为延吉本地产天然河沙，堆积密度为1 550 kg/m3;试验用再生细骨料堆积密度为1 460 kg/m3，减水剂为延吉方正建筑有限公司的聚羧酸减水剂，聚丙烯和聚丙烯腈纤维性能如表2所示。

表2 纤维性能

1.3 试验方法

本试验先将粉煤灰、矿渣、细骨料及混杂纤维机械干拌60 s，然后将加入激发剂的水和减水剂倒入搅拌锅中，继续搅拌180 s，并将搅拌好的砂浆装模后插捣抹平，最后用水泥胶砂振动台振实。砂浆抗压及抗折强度按照GB/T 17671—1999水泥胶砂强度检测方法测定。

2 试验结果与分析

2.1 抗压强度

图1和图2分别为7 d和28 d再生砂浆抗压强度。由图1，图2可见，7 d和28 d对照组的强度分别为21.82 MPa，34.18 MPa。在AH组随聚丙烯腈纤维掺量的增加，7 d和28 d龄期强度先增加后下降再上升，具有波动性；在聚丙烯腈纤维掺量为0.9 kg/m3时达到最高强度分别为33.77 MPa,42.22 MPa，与对照组相比提升了54.8%,23.5%；AL组中，在聚丙烯腈纤维掺量0.9 kg/m3时达到最高强度，分别为38.82 MPa,43.22 MPa，与对照组相比提升了77.9%，26.44%。聚丙烯腈纤维掺量为0.9 kg/m3时，不同掺量的聚丙烯组强度都达到最高值， AL组比AH组在各龄期强度分别提高15%,1.8%。分析原因，混杂纤维的加入使再生砂浆内部结构产生改变，原有的再生砂浆界面会出现新的变化，当混杂纤维处于较低掺率时，纤维的分散性较好，使骨料和胶凝材料能够较好的连接，有效发挥纤维的增强作用；当混杂纤维处于较高掺率时，纤维在砂浆基体中分布不均匀，导致砂浆内部薄弱处增加，使抗压强度相对低掺率混杂纤维组下降[2]。

2.2 抗折强度

图3和图4分别表示7 d和28 d再生砂浆抗折强度。由图3，图4可见，对照组7 d和28 d抗折强度分别为3.19 MPa和4.95 MPa，与对照组相比，混杂纤维的加入可以显著提高再生砂浆抗折强度。在7 d龄期时，AL组和AH组随聚丙烯腈纤维掺量的增加，抗折强度表现为先增加后下降再上升，最大抗折强度为AL中聚丙烯腈掺量0.9 kg/m3的组，最大值为5.77 MPa，相比对照组提高81%；28 d龄期时，AH组抗折强度整体比AL组低，AL组强度随聚丙烯腈掺量增加先上升后下降，最高抗折强度为聚丙烯腈掺量0.9 kg/m3的组，最大值为7.34 MPa。分析原因可知，当混杂纤维处于较低掺率时，纤维分散性较好，砂浆与混杂纤维能形成良好的界面条件。在试件承受荷载后，界面会将荷载传递给纤维，减少再生砂浆承受的荷载，有效地增加抗折强度;而当纤维掺量过高时，会出现纤维结团现象，纤维分散性较差，造成应力集中，从而导致纤维砂浆抗折强度降低[3]。

2.3 压折比

压折比能够反映砂浆的柔韧性，是抗压与抗折强度的比值，砂浆的压折比越小，柔韧性越好，往往越不容易产生裂缝。从图5和图6中可见，在7 d龄期时，高掺率聚丙烯AH组的压折比变化不大，低掺率聚丙烯AL组随聚丙烯腈掺量增加整体下降；28 d时聚丙烯腈掺量为0.9 kg/m3的聚丙烯低掺率组的压折比达到试验最低数值5.86，相比对照组下降15.2%[4]。

3 结语

1)混杂纤维的掺入能有效提高再生砂浆的抗压和抗折性能。

2)混杂纤维的掺量存在最佳值，超过该值混杂纤维对再生砂浆抗压和抗折性能的增强效果会下降，本组试验的最佳掺量为聚丙烯腈0.9 kg/m3，聚丙烯0.75 kg/m3。

3)混杂纤维处于最佳掺量时，能有效降低压折比，提高再生砂浆柔韧性。

参考文献:

[1] 李 斌,蔡汉超,缠宏宇.聚丙烯腈纤维对混凝土强度及耐磨性的影响[J].混凝土与水泥制品,2015(4):49-53.

[2] 张丽哲.聚丙烯腈纤维混凝土的抗压与抗折性能试验研究[J].南通大学学报,2012,11(3):40-42.

[3] 房志恒,李星磊.混杂纤维混合物砂浆力学性能分析[J].山西建筑,2017,43(14):98-100.

[4] 李燕飞,杨健辉,丁 鹏,等.混杂纤维混凝土力学性能研究[J].玻璃钢/复合材料，2013(2):60-64.