纖維再生混凝土研究現(xiàn)狀

【摘要】廢棄混凝土經(jīng)碾壓破碎后再按照一定配比，能夠生產(chǎn)加工出再生混凝土。再生混凝土不僅能夠減少垃圾填埋場的使用面積，而且可以減少自然資源的使用。然而，再生骨料較天然骨料有較多的內(nèi)部缺陷，其強度與耐久性均弱于對應的普通混凝土。本文對纖維再生混凝土研究現(xiàn)狀進行了歸納，列舉了現(xiàn)有研究成果，提出了部分建議，以期為纖維材料與再生混凝土的工程應用與推廣提供新思路。

【關(guān)鍵詞】鋼纖維 聚丙烯纖維 再生骨料 研究進展

1、引言

隨著我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，混凝土的需求量不斷增加，而在生產(chǎn)制備混凝土的過程中需要大量的開采砂石骨料，因此，天然砂石骨料資源的消耗量不斷增加。新建工程及拆除廢舊建筑物工程每年產(chǎn)生大量建筑垃圾，其中近40%為廢舊混凝土。傳統(tǒng)的垃圾填埋方法不僅占用城市建設用地，而且會造成環(huán)境污染?；谶@種現(xiàn)狀，人們發(fā)現(xiàn)可以將回收廢舊混凝土收集，經(jīng)過破碎再加工后可以制備出再生混凝土，不僅實現(xiàn)廢舊混凝土的循環(huán)再利用，而且減少了建筑工程對天然骨料的大量開采，對城市的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護都有著十分重要的意義。

然而，再生骨料對比于天然骨料，其性能有著一定的缺陷特點。研究發(fā)現(xiàn)，這可能是因為再生混凝土內(nèi)新砂漿與舊骨料以及舊砂漿與舊骨料之間存在著薄弱的界面過渡區(qū)[1]，同時，在破碎原混凝土的過程中，混凝土的內(nèi)部在機械外力的沖擊、研磨過程中生成許多微觀裂紋，從而使得骨料的吸水率增大，表觀密度降低、壓碎指標明顯增大，造成其干縮性比天然骨料混凝多大得多，對其物理性質(zhì)和力學性能也產(chǎn)生較大的影響。

2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

早在第二次世界大戰(zhàn)后，前蘇聯(lián)、日本、德國等發(fā)達國家，在重建家園時就關(guān)注了廢棄混凝土的回收問題，并開始了再生混凝土的研究開發(fā)與利用。時至今日，國際材料與結(jié)構(gòu)研究聯(lián)合實驗聯(lián)合會（RILEM）己經(jīng)召開了5次有關(guān)廢棄混凝土再利用的專題國際會議，再生混凝土技術(shù)己成為許多國家共同研究的課題，也是國內(nèi)外工程界和學術(shù)界關(guān)注的熱點和前沿問題之一。

纖維混凝土是由纖維和水泥基料（水泥石、砂漿或混凝土）組成的一種復合材料，是近年來提出的一種新型混凝土。目前纖維混凝土主要有兩類：一類是高彈模量纖維增強混凝土，其典型代表為鋼纖維；另一類是低彈模量纖維增強混凝土，其典型代表為聚丙烯纖維。

2.1 鋼纖維再生混凝土

鋼纖維是由鋼質(zhì)材料加工而成的短纖維，主要有切斷型、剪切型、銑削型和熔融抽絲型。鋼纖維混凝土是一種纖維增強混凝土，與普通混凝土相比其力學性能有所改善和提升，特別是在混凝土的裂縫發(fā)展方面，鋼纖維的摻入可以有效的阻止混凝土裂縫的發(fā)展即有效的提高了抗裂性能，此外，鋼纖維混凝土還具有較好的的抗拉性能、抗彎性能、抗沖擊性能、抗疲勞性能以及較好的延性[2]，能夠改善混凝土的強度、變形性能、抗疲勞和抗裂性能和耐久性能等，已在隧道、公路、機場等領(lǐng)域有廣泛應用。

早在1907年，前蘇聯(lián)混凝土專家B. II.HekpocaB就開始研究用金屬纖維來改善混凝土的性能。隨著對鋼纖維混凝土研究的不斷深入，國外發(fā)達國家主要針對鋼纖維種類、摻量及施工工藝等方面做了大量的研究，并形成了較為系統(tǒng)的理論體系，為今后對鋼纖維混凝土的進一步研究提供了可靠的依據(jù)。Goran H. Mahmud在2013年研究發(fā)現(xiàn)，當摻入2%的鋼纖維，梁的范圍為30mm-300mm時，改變梁尺寸對梁的承載力幾乎沒有影響。Carneiro等在2014年研究發(fā)現(xiàn)，摻入端鉤形鋼纖維可以增強再生混凝土的強度、韌性，并且有效建立了鋼纖維再生混凝土的抗壓應力-應變關(guān)系，延緩了其破壞。我國是從1970年前后開始對鋼纖維混凝土展開研究的[3]，近年來，國內(nèi)對鋼纖維混凝土構(gòu)件進行了大量研究，并取得了質(zhì)的發(fā)展。張海龍[4]研究發(fā)現(xiàn)鋼纖維端部構(gòu)造的差異性對高強再生混凝土的抗壓強度及梁的抗彎承載力有不同程度的改善。汪振雙等[5]研究發(fā)現(xiàn)，鋼纖維的摻入對再生混凝土抗壓強度的提高不明顯，對再生混凝土的劈裂抗拉強度和抗折強度提高比較顯著。鋼纖維的摻入改善了混凝土的抗凍性能，降低了再生混凝土的孔隙率。劉杰[6]研究發(fā)現(xiàn)，再生混凝土抗壓強度隨著再生骨料取代率的增加而下降，再生骨料取代率一定時，鋼纖維再生混凝土抗壓強度隨著鋼纖維體積率的增加有所提高。

2.2 聚丙烯纖維再生混凝土

聚丙烯纖維是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烴類纖維，不吸水，不與酸堿起作用。聚丙烯纖維混凝土是把一定量的聚丙烯纖維加入到普通混凝土的原材料中，在攪拌機的攪拌下，纖維受到水泥、砂石的沖擊混和，均勻分布在混凝土中。聚丙烯纖維的加入可有效的控制混凝土固塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的微裂縫，防止及抑止裂縫的形成及發(fā)展，大大改善混凝土的阻裂抗?jié)B性能，抗沖擊及抗震能力，從而防止混凝土中鋼筋的銹蝕，延長混凝土的使用壽命。

Meshah等[7]較早開始進行了聚丙烯纖維和鑄鐵纖維再生砂漿的抗干縮和抗裂性能試驗，得出鑄鐵纖維減少干縮的效果可達到15%，但聚丙烯纖維的效果不明顯。Ak?a K R等[8]研究發(fā)現(xiàn)聚丙烯纖維對再生混凝土的抗壓強度影響小，對抗拉和抗彎強度提高作用明顯，骨料類型是影響抗壓強度的主要因素。

我國關(guān)于合成纖維混凝土的研究和應用始于20世紀80年代末，其應用領(lǐng)域己經(jīng)遍布土木、建筑、交通、水利、隧道等各個方面，其中又以房屋外墻、地下室、屋頂、路面和防滲結(jié)構(gòu)中應用得最多[9]。同時，由于聚丙烯纖維應用于混凝土中，能夠均勻分地散在混凝土中，化學性質(zhì)穩(wěn)定，施工簡單，具有摻加工藝簡單、質(zhì)優(yōu)價廉、性能優(yōu)異等特點，近年來在國內(nèi)外工程領(lǐng)域得到了廣泛的推廣和應用。另一方面，隨著再生混凝土的研究及應用的不斷增加，再生混凝土中存在的問題也不斷暴露出來，國內(nèi)外學者都在積極地采取各種措施改善其性能，因聚丙烯纖維作為一種新型復合建筑材料在普通混凝土中得了較好的應用效果，近年來對于聚丙烯纖維再生混凝土的研究也逐漸得到關(guān)注，口前對于相應的聚丙烯纖維再生混凝土的力學性能研究仍在不斷完善中。研究發(fā)現(xiàn)[10]，在再生混凝土中摻入聚丙烯纖維，可以達到對再生混凝土強化與改性作用，使再生混凝土滿足在結(jié)構(gòu)使用中的耐久性和強度的要求。

張榮[11]選擇聚丙烯纖維增強再生混凝土再生粗骨料取代率為100%為研究對象，分別研究了其高溫后軸壓力學性能及斷裂性能。結(jié)果表明：高溫作用后試件表面呈現(xiàn)出明顯變化，隨著溫度的升高試件表面產(chǎn)生的最大裂縫寬度增大，同時質(zhì)量損失也不斷增加。吳建華等[12]對聚丙稀纖維再生混凝上力學性能影響因素進行了試驗研究，研究發(fā)現(xiàn)聚丙烯纖維對再生混凝土性能有明顯的強化效果，如果配合硅粉的（下轉(zhuǎn)146頁）（上接144頁）摻入，聚丙烯纖維再生混凝土的抗壓性能夠得到更大提高。元成方等研究表明：經(jīng)歷高溫后，聚丙烯纖維混凝土的動彈性模量高于素混凝土，質(zhì)量 損失率也更小。聚丙烯纖維混凝土的孔徑分布規(guī)律、孔隙結(jié)構(gòu)與素混凝土相近。

3、建議

現(xiàn)有研究表明，纖維再生混凝土的研究，能夠一定程度上滿足普通混凝土的要求。但由于纖維混凝土結(jié)構(gòu)計算的相關(guān)規(guī)范較少，對纖維再生混凝土的研究仍然存在不足。

（1）應在纖維再生混凝土微觀受力等方面投入更多研究。現(xiàn)行纖維再生混凝土試驗研究多數(shù)與普通混凝土試驗方法相似，纖維再生混凝土有其自己特點，應建立有針對性的研究方法。

（2）注重纖維再生混凝土在實際工程中的應用，我們要注重纖維再生混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能的研究。

（3）目前再生混凝土市場魚龍混雜，不同的廠家生產(chǎn)出的再生混凝土其原材料、配合比、施工工藝及骨料成分上存在著巨大的差異。然而，現(xiàn)行的有關(guān)標準規(guī)范在實質(zhì)上只受用于普通混凝土，因此，我國應結(jié)合再生混凝土骨料的實際情況，制定適用于再生骨料混凝土規(guī)定標準。

參考文獻：

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[2]趙國藩.鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)[M].中國建筑工業(yè)出版社， 1999.

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[4]張海龍.鋼纖維高強再生混凝土梁抗彎性能試驗研究[D].延邊大學， 2016.

[5]汪振雙， 譚曉倩.鋼纖維再生粗集料混凝土的力學性能和抗凍性研究[J].硅酸鹽通報， 2016，35（4）：1184-1187.

[6]劉杰.鋼纖維再生混凝土拉壓性能及其相互關(guān)系[D].鄭州大學， 2016.

[7]MESBAH H A， BUYLE-BODIN F. Efficiency of polypropylene and metallic fibres on control of shrinkage and cracking of recycled aggregate mortars[J]. Construction & Building Materials， 1999，13（8）：439-447.

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[9]孫霽.混雜聚丙烯纖維混凝土損傷力學性能研究[D]. 重慶大學， 2013.

[10]吳建華， 馬石城， 唐昭青， 等.聚丙烯纖維再生混凝土力學性能影響因素的試驗研究[J].公路工程， 2007，32（4）：110-112.

[11]張蓉.高溫后聚丙烯纖維增強再生混凝土軸壓和斷裂性能試驗研究[D].廣東工業(yè)大學， 2016.

[12]吳建華， 馬石城， 唐昭青， 等.聚丙烯纖維再生混凝土力學性能影響因素的試驗研究[J].公路工程， 2007，32（4）：110-112.

作者簡介：

陸明（1991.1.17—），性別：男，民族：漢，籍貫：甘肅蘭州，職務：技術(shù)員，職稱：助理工程師，學歷：大學本科，單位：上海建工七建集團有限公司天津分公司，工作內(nèi)容：主要從事建筑材料綠色施工的指導與調(diào)控，特別是綠色節(jié)能工地的管理。