仿鋼及玄武巖纖維不同組合對再生混凝土基本力學(xué)性能影響

陳明月 裴長春*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

0 引言

隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展大量的資源被消耗，部分天然資源逐步面臨枯竭，如砂、石子等。為了解決資源枯竭問題及降低環(huán)境污染，人們把廢棄混凝土加工成再生骨料，配制再生骨料混凝土，但配制出的再生骨料混凝土由于抗裂性能、抗彎性能、抗沖擊韌性等較差，阻礙了其推廣應(yīng)用[1,2]。有資料表明：纖維具有抗拉強(qiáng)度高、抗剪性能高、延伸率大、耐疲勞和高韌性等優(yōu)點(diǎn)。因此，國內(nèi)外學(xué)者們將纖維摻入到再生混凝土中，做了大量纖維再生混凝土的研究，發(fā)現(xiàn)纖維不僅能夠彌補(bǔ)再生骨料帶來的早期過快產(chǎn)生裂縫的缺點(diǎn)，還能夠提高混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和抗裂性能[3]。通過國內(nèi)外研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，諸多纖維中摻入鋼纖維、碳纖維等纖維時對再生混凝土力學(xué)性能的提高效果較為顯著[4]。但鋼纖維混凝土由于耐酸性和耐腐蝕性較差、自重較大、澆筑比較困難等原因而不宜用于腐蝕性環(huán)境下的構(gòu)筑物當(dāng)中[5]；碳纖維價格昂貴，不宜大范圍使用。

為了使再生混凝土不受使用環(huán)境及價格約束、擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，本文改變仿鋼纖維和耐腐蝕性優(yōu)秀的玄武巖纖維的不同摻入方式，研究混雜纖維再生混凝土的基本力學(xué)性能，為混雜再生纖維混凝土研究提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及方法

1.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用水膠比0.27，再生粗骨料取代率為30%(相對粗骨料總量中的質(zhì)量百分比)，粉煤灰摻量為20%(相對膠凝體總量中的質(zhì)量百分比)，硅灰摻量為10%(相對膠凝體總量中的質(zhì)量百分比)，砂率采用54%，單位用水量為166 kg/m3，減水劑摻量為0.5%。仿鋼纖維及玄武巖纖維摻入方法為單摻或混摻，共設(shè)計(jì)8組不同配合比試驗(yàn)組。并在規(guī)定齡期測試立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、彈性模量等，本試驗(yàn)的混凝土配合比如表1所示。

1.2 試驗(yàn)原材料

表1 混凝土配合比

本文試驗(yàn)所用水泥為吉林省延吉市某廠家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。粉煤灰采用吉林省延吉市某發(fā)電廠生產(chǎn)，密度為2 080 kg/m3，硅灰采用山東某廠家生產(chǎn)，密度為2.33 g/m3。細(xì)骨料產(chǎn)地為延邊朝鮮族自治州地產(chǎn)天然中砂，級配良好，其各項(xiàng)物理性能如表3所示。天然粗骨料為延吉地產(chǎn)碎石，粒徑為5 mm～20 mm；再生粗骨料采用延吉檢測站建筑廢物，用顎式破碎機(jī)破碎成5 mm～20 mm粒徑的骨料，其物理性能如表4所示。本文試驗(yàn)所用仿鋼纖維長度分別為35 mm和50 mm，玄武巖纖維長度為12 mm，纖維具體形狀見圖1，物理性能見表5。本文試驗(yàn)所用減水劑為聚羧酸高效減水劑，減水率為40%。

表2 水泥物理化學(xué)性質(zhì)

表3 細(xì)骨料的物理性能

表4 粗骨料的物理性能

表5 纖維的物理性能

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)過程中，首先將骨料放入攪拌機(jī)中干拌60 s，再分別加入所需要的纖維進(jìn)行第二次攪拌60 s，然后加入膠凝材料攪拌60 s，最后將減水劑和水倒入攪拌機(jī)中，攪拌180 s后進(jìn)行試塊的澆筑。將試塊放到振動臺上振動60 s，24 h后拆模養(yǎng)護(hù)28 d。使用2 000 kN混凝土試塊壓力檢測儀進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，使用TM-Ⅱ彈性模量測量儀測量混凝土試塊彈性模量。具體試驗(yàn)方法參考GB/T 50081—2002 普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 抗壓強(qiáng)度

圖2為不同纖維高強(qiáng)再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度。如圖2所示，用再生骨料代替部分天然骨料后，試塊的立方體抗壓強(qiáng)度有所下降，這是因?yàn)樵偕橇媳旧碜詭Я芽p缺陷，且表面與新混凝土的粘結(jié)性較差而引起的。當(dāng)在再生混凝土中單摻仿鋼纖維時試塊的抗壓強(qiáng)度相對普通再生混凝土RC組降低了5.5%，當(dāng)單摻玄武巖纖維時提高了5.12%。當(dāng)混摻仿鋼纖維和玄武巖纖維時F4,2B1組和F2,4B1組相對RC組分別降低了2.48%和3.93%，F(xiàn)3,3B1提高了7.47%。由此可看出，仿鋼纖維的摻入降低了再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，而玄武巖纖維因其直徑極小，能夠更好的與再生混凝土基體混合在一起，整體性更好，摻入后提高了再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度。當(dāng)混合摻入時，不改變玄武巖纖維摻量的情況下，兩種仿鋼纖維以1∶1的比例摻入基體中，提高的效果最為明顯。

2.2 軸心抗壓強(qiáng)度

圖3為不同纖維高強(qiáng)再生混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度。由圖3可看出，摻入再生骨料后，混凝土軸心抗壓強(qiáng)度下降5.38%。纖維的摻入對混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度影響不同。即，當(dāng)單摻玄武巖纖維時再生混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度下降6.61%，當(dāng)單摻仿鋼纖維時，軸心抗壓強(qiáng)度提高7.71%?；鞊胶螅現(xiàn)4,2B1,F2,4B1的試塊軸心抗壓強(qiáng)度分別降低了10.28%,8.26%，而F3,3B1的試塊軸心抗壓強(qiáng)度比RC提高了13.21%。由此得出：仿鋼纖維的摻入能夠有效提高再生混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度，混摻后只有F3,3B1組的混合效應(yīng)最為顯著。

2.3 劈裂抗拉強(qiáng)度

圖4為不同纖維高強(qiáng)再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度。由圖4可看出，再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度較普通混凝土下降幅度不大。從圖4中可知，摻入纖維時再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度均有不同程度的提高，提高幅度最大的為F0,1B0。主要是因?yàn)镕0,1B0中所摻入的仿鋼纖維長細(xì)比比較大，纖維與混凝土的粘結(jié)程度比較良好，在后期能夠承受較大劈裂荷載。而同樣單摻仿鋼纖維的F1,0B0相較于RC組提高了19.6%，略低于F0,1B0。當(dāng)單摻玄武巖纖維時，提高程度不高，僅提高了5.88%，因?yàn)樾鋷r的自身直徑極小，且纖維長度也較小，只能在初始開裂階段承受荷載，當(dāng)荷載增大后，玄武巖纖維對混凝土的抗拉強(qiáng)度無明顯效果。當(dāng)混摻纖維時，只用兩種仿鋼纖維1∶1摻入時，混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度提高最明顯。

2.4 拉壓比

圖5為不同纖維高強(qiáng)再生混凝土的拉壓比。由圖5可看出，再生粗骨料的摻入會降低拉壓比，普通混凝土的拉壓比為0.081，再生混凝土的拉壓比為0.080，表明其脆性相對普通混凝土脆性較大。在再生混凝土中摻入纖維時，拉壓比均有不同程度的增大，其中增長最明顯的為單摻仿鋼纖維的F1,0B0和F0,1B0，分別為0.10和0.11?；鞊嚼w維的F4,2B1,F3,3B1,F2,4B1拉壓比為0.9，說明仿鋼纖維的摻入對再生混凝土的抗裂性能起主要影響作用，使混凝土脆性變小，韌性變大。

2.5 靜力受壓彈性模量

圖6為不同纖維高強(qiáng)再生混凝土的靜壓彈性模量。由圖6可看出，摻入再生骨料后，混凝土的彈性模量變化幅度較小。纖維摻入后，除F3,3B1之外的纖維再生混凝土組的彈性模量相對RC組彈性模量均有不同程度的降低。即，相對于RC組混凝土F0,0B1,F1,0B0,F0,1B0,F4,2B1,F2,4B1組分別降低了1.14%,2.48%,8.10%,7.55%,6.10%,5.82%。而在F3,3B1組的彈性模量比RC組提高了14%。

3 結(jié)語

本文通過在再生高強(qiáng)混凝土中摻入不同摻入方式混雜纖維，分析再生混凝土的基本力學(xué)性能，得到以下結(jié)論：

1)摻入再生粗骨料后，混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、彈性模量和拉壓比均有所降低。

2)F3,3B1組中纖維摻入再生混凝土中，對再生混凝土的抗壓強(qiáng)度提高幅度最大，其他纖維再生混凝土的抗壓強(qiáng)度均有不同程度的降低，但降低幅度都較小。

3)摻入纖維后明顯提高了再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和拉壓比，提高最為明顯的組為F0,1B0。

參考文獻(xiàn)：

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