掺钢纤维的再生混凝土抗压强度的试验研究

林娇青

1 前言

随着建筑业的发展，许多旧建筑物的拆除和新建筑物将产生大量的建筑垃圾，其中一大部分是废弃混凝土，大量的废弃混凝土处理费用惊人，目前处置方式单一，主要仍为填埋与露天堆放，对环境和社会产生巨大的危害[1]。再生混凝土是指以经过破碎加工的废弃混凝土为骨料而配制的混凝土，是对废弃混凝土资源的回收利用，可节约天然骨料资源，具有环保节能的重大意义。与普通混凝土相比，再生骨料混凝土存在一些缺陷，其抗压强度和抗拉强度较低，限制了其应用范围。钢纤维具有高拉伸强度的优点，并且少量钢纤维被掺入到再生骨料混凝土中可以补偿再生骨料的一些缺陷，它具有增强增韧效果和改善其力学性能的作用，对再生骨料混凝土的应用具有积极意义。

2 试验概况

2.1 原材料

（1）水泥。江西赣江海螺水泥P.O42.5普通硅酸盐水泥。

（2）砂。天然河砂，细度模数为2.7，中砂。

（3）天然粗骨料。天然卵石，粒径为5～20mm，连续级配。

（4）再生粗骨料。再生粗骨料是我院国际工程学院建筑材料实验室教学废弃的混凝土试块，经人工破碎、清洗、筛分而成，粒径为5～20mm，连续级配。

（5）钢纤维。采用的是镀铜微丝钢纤维，由深圳一材网工程材料有限公司生产的，平均长度为13mm，等效直径为0.2mm，长径比为65，外形为平直形。

（6）外加剂：聚羧酸高效减水剂，减水率为20%。

（7）水：普通自来水。

2.2 试验方案

本试验采用正交试验法，设计了L9（33）三因素三水平正交表，得到9组不同的配合比设计，正交试验因素水平为水胶比（A）为0.4，0.45，0.5；再生骨料取代率（B）为0，40%，80%；钢纤维体积率（C）为0，1%，1.5%。试验中混凝土的配合比设计按照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）[2]，砂率为35%，再生粗骨料采用预吸水的方法，并根据吸水性试验计算额外的水消耗量。钢纤维再生混凝土的配合比设计及试验结果，见表1。

2.3 试验方法

混凝土试块的制作及养护按照《钢纤维混凝土试验方法标准》（GB/T50081-2002）[3]进行，所有试件采用标准尺寸 150mm×150mm×150mm 的立方体试块，每组三块，都是注模24h后脱模，在标准养护条件（温度（20±3）℃，相对湿度不小于90%）下养护28d，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）进行试验。

3 试验结果与分析

3.1 和易性分析

根据正交试验理论，计算了水胶比A、再生骨料取代率B和钢纤维体积率C对再生混凝土坍落度的极差值R，RA=13.3，RB=10，RC=5。为了更直观分析各种因素对混凝土坍落度的影响，绘制了再生混凝土坍落度的点图分析，如图1所示。根据点图分析，可以得到实验结论：随着水胶比的增大，混凝土坍落度先增加后减小；随着再生骨料取代率的增加，混凝土坍落度降低明显；随着钢纤维体积掺量的增加，混凝土坍落度也有所降低。主要原因在于，与天然骨料相比，再生粗骨料的孔隙多、吸水率大，从而提高了混凝土拌合物的保水性和粘聚性，减小了混凝土的坍落度；钢纤维在混凝土拌合物中杂乱分布，使拌合物内部摩擦阻力增大，因而阻止了拌合物的流动，和易性变差，当钢纤维掺量增多时，增大了拌合物的粗糙度，使其流动性变差。

表1 钢纤维再生混凝土配合比设计及试验结果

图1 坍落度正交分析图

图2 抗压强度正交分析图

3.2 抗压强度分析

根据正交试验理论，计算了水胶比A、再生骨料取代率B和钢纤维体积率C对抗压强度影响的极差值R，RA=6.57，RB=7.07，RC=6，并绘制抗压强度的点图分析，如图2所示，可知：随着水胶比的增大，钢纤维再生混凝土的抗压强度先增加后降低；随着再生骨料取代率的增加，抗压强度先增加后下降，可能是由于本试验的再生骨料颗粒较天然骨料细，当再生骨料取代率为40%，由再生骨料与天然骨料混合后的混凝土粗骨料的颗粒级配更好，使拌合物的密实性有所增加，从而强度得到提高；随钢纤维体积率的增加，抗压强度增加，钢纤维体积率在1.5%时达到最大。

试验结果表明，再生骨料取代率是抗压强度的主要影响因素，其次是水胶比。钢纤维再生混凝土抗压强度达到最优的组合为A2B2C3，即水胶比为0.45，再生骨料取代率为40%，钢纤维体积掺量为1.5%。

4 结论

通过对掺钢纤维的再生混凝土抗压强度试验的研究，得出以下结论：

（1）水胶比对坍落度的影响最为显著，再生骨料取代率对抗压强度的影响最为显著。钢纤维再生混凝土的抗压强度随着再生骨料取代率的增加，先增加后降低；钢纤维再生混凝土的抗压强度随着钢纤维体积掺量的增加而增加。

（2）C40再生混凝土的最佳正交组合为A2B2C3，即水胶比为0.45，再生骨料取代率为40%，钢纤维体积掺量为1.5%。