混雜纖維再生混凝土的力學(xué)及抗裂性能試驗研究

薛丹丹 裴長春

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

混雜纖維再生混凝土的力學(xué)及抗裂性能試驗研究

薛丹丹 裴長春*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

為了提高再生混凝土的力學(xué)及抗裂性能，在再生混凝土中摻入聚丙烯纖維及鋼纖維進(jìn)行試驗，對再生混凝土的強(qiáng)度及脆性、拉壓比和彈強(qiáng)比等作了研究，結(jié)果表明，摻入混雜纖維可提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度，降低再生混凝土的脆性，提高抗裂性能。

再生混凝土，混雜纖維，強(qiáng)度，彈性模量

隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的舊房屋拆除重建高層、超高層，隨之產(chǎn)生的建筑垃圾不斷增多，嚴(yán)重污染及破壞了環(huán)境[1]。其中作為建筑垃圾之一廢棄混凝土的處理成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在國內(nèi)把廢棄混凝土作為骨料推廣應(yīng)用還處于研究階段，大量研究資料表明[2,3]，由于再生骨料的諸多缺陷致使再生混凝土的力學(xué)性能及抗裂性能低于普通混凝土，導(dǎo)致這些再生骨料的推廣應(yīng)用受到限制。有研究表明纖維在混凝土中可改善混凝土強(qiáng)度及抗裂等性能，即聚丙烯纖維可消除或減少早期混凝土原生裂縫的發(fā)生和發(fā)展[4-6]，鋼纖維可阻止硬化混凝土破壞時的裂縫擴(kuò)展。本文通過在再生混凝土中單摻及混摻聚丙烯纖維和鋼纖維來探討再生混凝土的力學(xué)性能及抗裂性能，為再生混凝土的擴(kuò)大應(yīng)用提供參考。

1 試驗方案設(shè)計及方法

1.1 試驗方案設(shè)計

本試驗采用水膠比為0.4，再生粗骨料的取代率為30%，砂率采用0.4，單位用水量為185 kg/m3，聚丙烯纖維(簡稱PP纖維)及鋼纖維(簡稱SF纖維)摻合方法為單摻及混摻，共計劃8組試驗。本試驗的混凝土配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比 kg

1.2 試驗原材料

1)水泥。本試驗采用的水泥為延邊朝鮮族自治州廟嶺牌P.O42.5型號普通硅酸鹽水泥，其物理化學(xué)性能指標(biāo)如表2所示。2)粉煤灰。粉煤灰為吉林省延吉市發(fā)電廠生產(chǎn)，密度為2 200 kg/m3。3)纖維。本試驗使用遼寧省遼陽市巨欣化纖有限公司生產(chǎn)的單絲聚丙烯纖維，見圖1a)，長度16 mm、直徑20 μm，密度為1 360 kg/m3，斷裂強(qiáng)度不小于500 MPa；使用的鋼纖維為河北省唐山市玉田縣致泰鋼纖維制造有限公司生產(chǎn)的兩種端鉤剪切型鋼纖維：兩端兩次彎鉤(A)和兩端一次彎鉤(B)，長度為50 mm，長徑比為60，見圖1b)，圖1c)。4)骨料。試驗用細(xì)骨料為延吉市本地產(chǎn)天然黃砂，品級為中砂，級配良好，物理性能如表3所示。試驗用再生粗骨料為廢棄試塊用顎式破碎機(jī)破碎而成，廢棄混凝土的強(qiáng)度為20 MPa～40 MPa，破碎的再生骨料粒徑為5 mm～25 mm；天然粗骨料采用延邊誠信混凝土有限公司提供的碎石，粒徑為5 mm～25 mm，其物理性能指標(biāo)如表4所示。5)外加劑。本試驗采用棕黃色粉末狀聚羧酸非引氣型高效減水劑，減水率為10%，密度為550 kg/m3。

表2 水泥物理化學(xué)性能 %

表3 細(xì)骨料的物理性能

表4 天然粗骨料和再生粗骨料基本物理性能指標(biāo)

1.3 試驗方法

本試驗中混凝土的制備經(jīng)過三次攪拌：即，首先骨料與纖維進(jìn)行一次干攪拌，然后加入水泥、粉煤灰進(jìn)行第二次干攪拌，最后加入拌合水和減水劑進(jìn)行第三次攪拌。抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度試驗試塊均為邊長150 mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，彈性模量試驗試塊為邊長150 mm，高300 mm的棱柱體，具體試驗測試參考GB/T 50081-2002普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能分析

1)抗壓強(qiáng)度。圖2為纖維種類及摻合率變化下的抗壓強(qiáng)度。從圖中可知，纖維再生混凝土的抗壓強(qiáng)度均高于未摻入纖維的P0S0抗壓強(qiáng)度，即纖維的摻入可不同程度的提高再生混凝土的強(qiáng)度。一般再生混凝土基體內(nèi)部存在不同尺度的微裂紋，在結(jié)構(gòu)形成過程中，纖維阻止了這些微裂紋的引發(fā)，減少裂縫源的數(shù)量，縮小裂縫尺度，從而降低了裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，緩和了裂縫尖端應(yīng)力集中。并且在結(jié)構(gòu)受力過程中，纖維抑制了裂縫的引發(fā)和擴(kuò)展，致使混凝土強(qiáng)度得到提高[7]。圖3為纖維種類及摻合率變化下的相對抗壓強(qiáng)度百分比。從圖中可看出，聚丙烯纖維對再生混凝土的抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)效果并不明顯，而隨著鋼纖維摻量增加再生混凝土的強(qiáng)度有較為明顯的增大趨勢，單摻鋼纖維的增強(qiáng)效果均高于混摻纖維的增強(qiáng)效果。

2)劈拉強(qiáng)度。圖4及圖5分別為纖維種類及摻合率變化下的劈拉強(qiáng)度和相對劈拉強(qiáng)度百分比。從圖中可知，摻入纖維的再生混凝土劈拉強(qiáng)度均高于未摻入纖維的P0S0劈拉強(qiáng)度。當(dāng)單摻聚丙烯纖維時幾乎無增強(qiáng)效果，而單摻鋼纖維和混摻纖維的混凝土有不同程度的強(qiáng)度提高。即，單摻鋼纖維可大幅提高再生混凝土的劈拉強(qiáng)度，并隨著鋼纖維摻量的增加劈拉強(qiáng)度有逐漸增大趨勢，當(dāng)混摻聚丙烯—鋼混合纖維時混凝土的劈拉強(qiáng)度比相對應(yīng)的單摻鋼纖維混凝土發(fā)揮高一些。在本試驗范圍內(nèi)同時摻合聚丙烯纖維0.1%及鋼纖維0.75%時再生混凝土的劈拉強(qiáng)度達(dá)到最高值。試驗結(jié)果表明，聚丙烯纖維和鋼纖維取長補(bǔ)短，產(chǎn)生復(fù)合效應(yīng)，致使再生混凝土的性能得到改善。

3)應(yīng)力—應(yīng)變曲線及彈性模量。圖6為纖維種類及摻量變化下的應(yīng)力—應(yīng)變曲線。從圖中可知，不摻纖維的P0S0應(yīng)力—應(yīng)變曲線斜率最小，脆性較大。隨著纖維種類及摻合率的變化聚丙烯—鋼纖維混摻混凝土組的斜率均大于其他試驗組，其中P0.1S0.5和P0.1S0.75的斜率較大。試驗結(jié)果表明摻入纖維后混凝土的韌性增加，降低了再生混凝土的脆性。圖7為纖維種類及摻量變化下的彈性模量。彈性模量越大，表明混凝土的剛度越大，脆性也就越大。從圖中可知，摻入纖維的各試驗組彈性模量均不同程度的小于P0S0，并且混摻纖維的試驗組彈性模量也均小于相對應(yīng)的單摻纖維試驗組。

2.2 抗裂性能分析

本文利用拉壓比和彈強(qiáng)比[8]來分析纖維再生混凝土的抗裂性能。

圖8為纖維種類及摻量變化下的拉壓比。從圖中可知，除了P0.1S0外其他試驗組的拉壓比均高于未摻合纖維的P0S0。當(dāng)單摻鋼纖維時，拉壓比隨著纖維摻量的增加而增大。當(dāng)混摻纖維時P0.1S0.75的拉壓比達(dá)到最大值，且混摻纖維試驗組的拉壓比均大于相對應(yīng)的單摻鋼纖維的試驗組。試驗結(jié)果表明，摻入纖維可不同程度的提高再生混凝土抗裂性能，而且混摻聚丙烯纖維和鋼纖維時效果更好。圖9為纖維種類及摻量變化下的彈強(qiáng)比。從圖中可知，摻入纖維可降低再生混凝土的彈強(qiáng)比。在本試驗范圍內(nèi)混摻纖維的P0.1S1.0的彈強(qiáng)比達(dá)到最小值，抗裂性能達(dá)到比較良好的效果。

3 結(jié)語

本文通過在再生混凝土中摻入聚丙烯纖維和鋼纖維來分析再生混凝土的力學(xué)性能及抗裂性能，其結(jié)果如下：

1)在再生混凝土中單摻或混摻聚丙烯纖維和鋼纖維對抗壓強(qiáng)度有所提高，但效果不顯著。2)在再生混凝土中單摻或混摻聚丙烯纖維和鋼纖維時可不同程度的提高混凝土劈拉強(qiáng)度，其中混摻纖維P0.1S0.75的劈拉強(qiáng)度達(dá)到最大值。3)摻入纖維的各試驗組彈性模量均不同程度的小于P0S0，且混摻纖維的試驗組彈性模量也均小于相對應(yīng)的單摻纖維試驗組。4)通過分析各試驗組的拉壓比和彈強(qiáng)比，在P0.1S0.75試驗組得到比較良好的效果。

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Themechanicalpropertiesandcrackresistancetestresearchofhybridfiberrecycledconcrete

XUEDan-danPEIChang-chun*

(CollegeofEngineering，YanbianUniversity,Yanji133002,China)

To improve the mechanical properties and crack resistance of recycled concrete, this paper have a research on recycled concrete with polypropylene fiber and steel fibre and analyse the strength, brittleness, the proportion of tensile strength and compressive strength. Results show that adding hybrid fiber can improve compressive strength and splitting tensile strength and the anti-cracking performance of recycled concrete and can reduce the brittleness of recycled concrete.

recycled concrete, hybrid fiber, strengh, elasticity modulus

1009-6825(2014)33-0102-03

2014-09-14

薛丹丹(1988- )，女，在讀碩士

裴長春(1976- )，男，博士，講師

TU528

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