不同比例混杂纤维再生混凝土的力学性能试验研究

韩慧优，迟翠萍，裴长春*

1.延边大学工学院 土木工程专业，吉林 延吉 133002 2.日照市规划设计院研究院集团有限公司，山东 日照 262300

0 引言

我国目前处于城市建设高峰期，随着城市化进程的加快，据统计，我国建筑能耗比例达到35%左右，非常多的建筑物达到使用年限，需要拆除重建，建筑垃圾应运而生。建筑垃圾资源化处置已经成为近年来的研究热点，国内已经有很多将废弃混凝土破碎再利用的先例，但制成的再生混凝土有早期强度低、易开裂、抗冲击性能差等缺点。还有，随着我国经济的快速发展废弃毛线、废弃针织物（纯纺或与羊毛混纺）和废弃机织物等物品的量也增加，而这些物品中都以纤维制成。部分的纤维都具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度，卓越的抗冲击性能等物理力学性能［1-2］。

为了降低环境污染，有效再利用工业废料和建筑垃圾，本文通过改变废弃聚丙烯腈纤维（以下简称PAN）和聚丙烯仿钢纤维（以下简称PPTF）的掺入比例，分析再生混凝土的力学性能。

1 试验方案设计

1.1 试验方案设计及方法

本实验中的水胶比采用0.35，用30%破碎而成的再生粗骨料代替天然粗骨料，减水剂掺率为胶凝体总质量的1%，纤维总掺量控制为0.3%，为了改善再生混凝土的各项性能，本实验通过改变聚丙烯腈纤维和聚丙烯仿钢纤维的掺入比例，共设计5组不同配合比的实验组。混凝土搅拌后先测试坍落度，然后进行标准养护，并在规定的龄期参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）的试验方法测试再生混凝土的抗折强度、抗压强度、劈裂抗拉性能等。

1.2 试验原材料

（1）水泥：延吉市P.0 42.5 型号普通硅酸盐水泥，其密度为3150kg/m3；

（2）纤维：聚丙烯腈长度为19mm，其密度为1.18 g/m3，聚丙烯仿钢纤维长度为19mm，其密度为0.91 g/m3；

（3）天然粗骨料：碎石，粒径为5～25m，含水率为2.4%；

（4）再生粗骨料： 废弃混凝土先经过人工破碎成中等尺度的碎块，之后用颚式破碎机破碎，再生粗骨料的粒径为5～25mm，含水率为5%;

（5）砂： 延吉市本地天然黄砂，中砂，级配良好，细度模数为2.9，含水率为2.4%；

（6）减水剂：聚羧酸高效减水剂，减水率为20%。

2 试验结果与分析

2.1 抗压强度分析

如图1 所示，随着聚丙烯腈纤维（以下称为PVA 纤维）掺率的增加，混凝土的28d 抗压强度呈有起伏，但幅度不大的趋势。其中在P25F75时达到最大值，为77.40MPa，其次为P0F100，P100F0，P25F75，P75F25。综合来看，PAN 纤维掺入比例为50%，PPTF 纤维掺入比例为50%时，再生混凝土的抗压强度最高。

图1 不同掺率比组合混杂纤维再生混凝土28d 的抗压强度

2.2 抗折强度分析

图2 不同掺率比组合混杂纤维再生混凝土的抗折强度

由图2 中可知，随着PAN 纤维的掺率的增加，再生混凝土的抗折强度呈先增后减的趋势。其中在P25F75组强度达到最大值，为10.4MPa，其次为P50F50，P75F25，P100F0，P0F100顺序。可以看到，单掺PAN 纤维、PPTF 纤维对基体混凝土的增强效果有限，而PAN 纤维和PPTF 纤维混掺则能更好地取长补短，将两者的优势充分发挥出来，PAN 纤维掺量为25%，PPTF 纤维掺量为75%时，混杂纤维对混凝土抗折强度的增强效果最佳［3］。

2.3 劈裂抗拉强度分析

如图3 所示，随着PAN 纤维掺率的增加，再生混凝土的劈裂抗拉强度呈先减后增的趋势。其中在P100F0组强度达到最大值，为1.97MPa，其次为P75F25，P25F75，P50F50，P0F100顺序。这是因为PAN 纤维的抗拉强度较大。

图3 不同掺率比组合混杂纤维再生混凝土的劈裂抗拉强度

3 结论

（1）PAN 纤维与PPTF 纤维掺入比例为1：1 时，再生混凝土的抗压强度达到最大值。

（2）在素混凝土中单掺PAN 纤维或PPTF 纤维对其抗折强度的增强效果并不显著，相比而言，混杂纤维对混凝土抗折强度的增强效果更佳，本实验中，PAN 纤维掺量为25%，PPTF纤维掺量为75%时，增强效果达到最大化。

（3）掺入PAN 纤维可以作为提高混凝土劈裂抗拉强度的有效方法之一，这是因为其抗拉强度较大。