鋼纖維再生混凝土配合比正交試驗(yàn)研究

張麗娟，高丹盈，閆兆強(qiáng)，盧靜云

（鄭州大學(xué) 新型建材與結(jié)構(gòu)研究中心，河南 鄭州 450002）

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)[1]，僅2007年我國(guó)建筑物拆除和施工過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄混凝土總量為4 500～5 000萬(wàn)t，并逐漸增長(zhǎng).目前，我國(guó)對(duì)廢棄混凝土還是簡(jiǎn)單的遺棄和填埋，需占用大量空地且污染環(huán)境.再生混凝土是指使用經(jīng)過(guò)破碎加工的廢棄混凝土為骨料而配制的混凝土.該處理技術(shù)可以從根本上解決廢棄混凝土的處理問(wèn)題，還可節(jié)約天然骨料資源，具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益[2].

相對(duì)于天然骨料，再生骨料表面往往包裹著一層水泥砂漿，棱角過(guò)多，針狀物所占材料面積過(guò)大，破碎過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生大量的內(nèi)部橫向裂紋，吸水率增大、孔隙增多，導(dǎo)致再生混凝土的強(qiáng)度明顯降低[3-6].向再生混凝土中添加鋼纖維，鋼纖維的橋接作用減輕了其內(nèi)部微缺陷的引發(fā)和擴(kuò)展，可提高混凝土性能[7-9].本文針對(duì)再生骨料的特點(diǎn)，通過(guò)配合比正交試驗(yàn)，研究再生骨料取代率、鋼纖維體積率、水膠比對(duì)鋼纖維再生混凝土塌落度、抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度的影響.為鋼纖維再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)提供參考.

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

鄭州滎陽(yáng)的天瑞P.O42.5普通硅酸鹽水泥.粗骨料分為天然粗骨料和再生粗骨料，天然骨料為石灰石碎石，粒徑為5～20mm，連續(xù)級(jí)配；再生粗骨料由鄭州某檢測(cè)站廢棄的商品混凝土試塊破碎篩分而成，粒徑5～20 mm，連續(xù)級(jí)配，材料性能如表1.細(xì)骨料為細(xì)度模數(shù)2.67天然河砂.切斷弓形鋼纖維，平均長(zhǎng)度，等效直徑 =0.599mm，長(zhǎng)徑比.聚羧酸鹽高效減水劑，減水率為20%.生活飲用水.

表1 骨料的物理性能Tab.1 Propertiesof coarse aggregate

1.2 配合比正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)主要分析水膠比、再生骨料取代率、鋼纖維體積率對(duì)鋼纖維再生混凝土工作性能、抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度的影響.根據(jù)正交試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)了L9（33）3因素3水平正交表如表2所示.單方用水量取180 kg，砂率取38%，制作邊長(zhǎng)150mm的立方體試塊，測(cè)定其拌合物塌落度，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后，測(cè)定其立方體抗壓強(qiáng)度與劈拉強(qiáng)度.配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.

表2 鋼纖維再生混凝土正交試驗(yàn)因素與水平表Tab.2 The orthogonalexperiment factorsand horizontal table of steel fiber recycled concrete

表3 鋼纖再生混凝土正交試驗(yàn)配合比/（kg/m3）及試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Orthogonalproportion and test resultson steel fiber recycled concrete

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 塌落度分析

表4 塌落度極差和方差分析Tab.4 Rangeand variance analysisof slump

2.2 抗壓強(qiáng)度分析

由表5可知，水膠比 比值大于F0.1的臨界值，對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響最為顯著.其次是再生骨料取代率，極差為4.25，F(xiàn)比值為1.14，影響較小.鋼纖維體積率對(duì)抗壓強(qiáng)度影響最小.A、B、C 3種因素對(duì)抗壓強(qiáng)度影響的顯著性是Agt;Bgt;C.水膠比是抗壓強(qiáng)度的主要影響因素.為了抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)，應(yīng)選取的組合為A1B2C2.根據(jù)表4種得方差分析，再生骨料取代率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響并不顯著，從經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保角度考慮，B3也可作為下一步試驗(yàn)的因素水平考慮，也即全部粗骨料都使用再生骨料，故A1B3C2組合可在下一步配合比試驗(yàn)中重點(diǎn)考慮.

2.3 劈拉強(qiáng)度分析

圖3為各因素在不同水平時(shí)，劈拉強(qiáng)度 值，由圖3和表6：隨著鋼纖維體積率的增加，劈拉強(qiáng)度值在不斷增加，增加趨勢(shì)最為明顯，極差達(dá)到2.49；隨著水膠比的不斷減小劈拉強(qiáng)度在不斷增加，極差為1.19；隨再生骨料取代率的增加，劈拉強(qiáng)度先增加后減小，極差僅為0.54.

表5 抗壓強(qiáng)度極差和方差分析Tab.5 Range and variance analysison compressive strength

由表6中的方差分析結(jié)果，3因素中，鋼纖維體積率對(duì)劈拉強(qiáng)度的影響最為顯著，水膠比的影響次之，再生骨料的取代率的影響最小.這與鋼纖維的阻裂、增韌效果是一致的，可以通過(guò)增加鋼纖維的體積率來(lái)增大混凝土材料的劈拉強(qiáng)度.但是鋼纖維體積率也不宜過(guò)大，鋼纖維體率過(guò)大會(huì)增加成本，且易在攪拌過(guò)程中結(jié)團(tuán)，降低混凝土拌合物的工作性能.隨著水灰比的減小，劈拉強(qiáng)度的 值也是在不斷增加，但是增長(zhǎng)趨勢(shì)沒(méi)有鋼纖維體積率增加趨勢(shì)顯著.再生骨料取代率是對(duì)纖維再生混凝土劈拉強(qiáng)度影響最小的因素，隨著其取代率的增加，其劈拉強(qiáng)度 值現(xiàn)增加后減小.綜合考慮以上因素，對(duì)于其劈拉強(qiáng)度，最佳組合為A1B2C3，為考慮其經(jīng)濟(jì)性，也可考慮A1B3C3.

3 結(jié)論

1）再生骨料取代率對(duì)塌落度的影響最為顯著，再生骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)中，單方用水量要高于普通混凝土，建議在單方用水量計(jì)算中引入再生骨料取代率與再生骨料吸水率兩個(gè)變量.

2）水膠比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響最為顯著.其次是再生骨料取代率，鋼纖維體積率對(duì)其影響最小.為了抗壓強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)，應(yīng)選取的組合為 A1B2C2.由于再生骨料對(duì)其影響并不顯著，從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保角度考慮，A1B3C2也可作為進(jìn)一步試驗(yàn)的因素水平考慮.

3）鋼纖維體積率對(duì)于劈拉強(qiáng)度影響最為顯著，水膠比的影響次之，影響最小的是再生骨料的取代率.對(duì)于其劈拉強(qiáng)度，最佳組合為A1B2C3，為考慮其環(huán)保性，也可考慮A1B3C3.

表6 劈拉強(qiáng)度極差和方差分析Tab.6 Range and variance analysison splitting tensile strength

[1]鄧壽昌，王正平，張學(xué)兵，等.建筑固體廢棄物的循環(huán)利用與再生資源的可持續(xù)發(fā)展 [C]∥首屆全國(guó)再生混凝土研究和應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2008.

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