不同纖維對再生混凝土力學(xué)性能的影響

秦澤軒

摘 要：設(shè)計(jì)一組素再生混凝土和三組添加不同纖維的再生混凝土試件，通過對試樣進(jìn)行單軸抗壓、劈裂抗拉試驗(yàn)分析不同纖維對再生混凝土力學(xué)性能的影響以及影響機(jī)制。研究結(jié)果表明：隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，植物纖維對再生混凝土的增強(qiáng)效果逐漸減弱，直聚丙烯纖維會(huì)增加再生混凝土的力學(xué)性能，曲聚丙烯纖維會(huì)減弱再生混凝土的力學(xué)性能;且隨齡期增加，再生混凝土中植物纖維的結(jié)構(gòu)由緊密板狀變?yōu)樗缮⑿鯛?，原因是植物纖維受到堿腐蝕，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞;曲聚丙烯纖維通過影響纖維周圍的裂隙發(fā)育情況來影響再生混凝土的力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：再生混凝土;不同纖維;單軸抗壓;劈裂抗拉

中圖分類號(hào)：TU528 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）4-0070-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.04.015

Effect of Different Fibers on Mechanical Properties of Recycled

Concrete

QIN Zexuan

（Henan Angang Zezhong Metallurgical Design Co.， Ltd.， Zhengzhou 450003， China）

Abstract： A group of plain recycled concrete and three groups of recycled concrete specimens with different fibers were designed， and the effects of different fibers on the mechanical properties of recycled concrete were analyzed through uniaxial compression and splitting tensile tests. The results show that with the increase of curing age， the enhancement effect of plant fiber on recycled concrete gradually weakens. Straight polypropylene fiber will increase the mechanical properties of recycled concrete， while curved polypropylene fiber will weaken the mechanical properties of recycled concrete. And with the increase of age， the structure of plant fiber in recycled concrete changes from compact plate to loose flocculent， because the plant fiber is corroded by alkali and the structure is damaged. Curved polypropylene fibers affect the mechanical properties of recycled concrete by affecting the development of cracks around the fibers.

Keywords： recycled concrete; different fibers; uniaxial compressive strength; tensile splitting

0 引言

再生混凝土的應(yīng)用較好地解決了建筑垃圾處理問題及天然砂石資源短缺問題[1-5]，然而，由于再生骨料強(qiáng)度低，易破碎，耐久性差等問題限制了其在建筑行業(yè)的推廣[6]。而纖維可以均勻分布于混凝土內(nèi)部形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改善了再生混凝土的力學(xué)性能。因此，研究纖維再生混凝土的力學(xué)性能具有重要的理論和工程實(shí)踐意義。

現(xiàn)階段，學(xué)者們在再生混凝土、纖維混凝土的試驗(yàn)和理論研究方面積累大量的經(jīng)驗(yàn)。針對再生混凝土，郭遠(yuǎn)新等[7]研究了再生混凝土配合比設(shè)計(jì)問題，分析了用水量、水膠比及再生骨料品質(zhì)對配合比設(shè)計(jì)的影響。周靜海等[8]通過有限元軟件研究了再生骨料分布對再生混凝土抗拉性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)再生骨料分布均勻性對抗拉強(qiáng)度影響明顯。針對纖維混凝土，Banthia等[9]將不同纖維混合加入普通強(qiáng)度混凝土中，研究了聚丙烯纖維在提高混凝土韌性方面的作用。佟鈺等[10]研究了聚丙烯纖維對水泥土的增強(qiáng)增韌作用，研究發(fā)現(xiàn)聚丙烯纖維可以提高水泥基材料的力學(xué)性能。

值得注意的是，目前針對再生混凝土及纖維混凝土方面的研究較多，但在纖維再生混凝土方面還缺乏系統(tǒng)的研究。因此，筆者將不同纖維加入再生混凝土中，研究不同纖維對再生混凝土力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)概述

1.1 試驗(yàn)材料

該再生混凝土試驗(yàn)主要原料為廢磚塊、廢混凝土、水泥和不同纖維。廢磚塊和廢混凝土為拆除建筑物產(chǎn)生的建筑垃圾;水泥密度為3.10 g/cm3，初凝時(shí)間130 min，終凝時(shí)間310 min，28 d抗折、抗壓強(qiáng)度分別為8.8 MPa、52.2 MPa。水泥成分如表1所示，植物纖維和聚丙烯纖維在網(wǎng)上購置，纖維基本性能參數(shù)如表2所示。試驗(yàn)中，將廢磚塊中粒徑在5～15 mm的材料作為粗骨料，將粒徑在5 mm以下的材料作為細(xì)骨料。

1.2 試樣制備

根據(jù)《再生混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 443—2018）[11]，經(jīng)計(jì)算得再生混凝土材料配合比為水∶水泥∶粗骨料∶細(xì)骨料∶聚丙烯纖維=0.95∶1∶3.59∶2.20∶0.003，將再生混凝土加工成100 mm×100 mm ×100 mm的非標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，24 h后試塊脫模，在濕度為95%的條件下養(yǎng)護(hù)28 d。

1.3 試驗(yàn)方案

該試驗(yàn)分為四組試樣，分別為K1、K2、K3和K4，具體的材料組成如表3所示。

試樣根據(jù)軸向抗壓試驗(yàn)和劈裂抗拉試驗(yàn)分為兩批，第一批是再生混凝土養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，第二批是再生混凝土養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試塊破壞形態(tài)分析

圖1為再生混凝土試樣破壞形態(tài)。由圖1可知，K1和K4再生混凝土試樣破壞程度非常嚴(yán)重，主要出現(xiàn)的是脆性破壞。其中，K1試樣的邊緣破壞較為嚴(yán)重，而K4試樣的中心以及下部破壞較為嚴(yán)重;相對而言，K2和K3再生混凝土試樣出現(xiàn)延性破壞，試樣表面出現(xiàn)一些未貫通的裂隙，但整體性較好，破壞不太嚴(yán)重，基本上未發(fā)生脫落和破碎現(xiàn)象。由此可知，植物纖維和直聚丙烯纖維都可以抑制再生混凝土的破壞，而曲聚丙烯纖維不能抑制再生混凝土的破壞，反而會(huì)影響再生混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2.2 試塊應(yīng)力應(yīng)變曲線分析

圖2為不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下再生混凝土試塊應(yīng)力應(yīng)變曲線，由圖2可知：養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)，K2再生混凝土試樣的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度比K1大，其中抗壓強(qiáng)度增大幅度分別為8.9%和22.8%，抗拉強(qiáng)度增大幅度分別為17.7%和21.0%;養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)，兩者強(qiáng)度非常接近，說明養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加，植物纖維的作用越來越小;同時(shí)K3試樣的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度大于K1試樣，增大幅度接近30%，而K4試樣的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度小于K1試樣，抗壓和抗拉強(qiáng)度的增大幅度均為負(fù)值。

通過上述分析發(fā)現(xiàn)：直聚丙烯纖維可以有效增強(qiáng)再生混凝土的力學(xué)性能，而曲聚丙烯纖維能削弱再生混凝土的力學(xué)性能，原因是曲聚丙烯纖維因?yàn)椴▌?dòng)而不能較好地和水泥漿體進(jìn)行膠結(jié)，未膠結(jié)的曲聚丙烯纖維會(huì)成為再生混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，在外力作用下容易發(fā)生破壞;植物纖維養(yǎng)護(hù)初期可以增強(qiáng)再生混凝土的力學(xué)性能，但是養(yǎng)護(hù)后期增強(qiáng)作用基本上消失，原因是再生混凝土內(nèi)部呈堿性環(huán)境，而植物纖維處于堿性環(huán)境中，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加會(huì)不斷地受到腐蝕，導(dǎo)致強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)受到破壞，進(jìn)而不能增強(qiáng)再生混凝土的力學(xué)性能。

3 結(jié)論

①植物纖維和直聚丙烯纖維都可以抑制再生混凝土的破壞，曲聚丙烯纖維不能抑制再生混凝土的破壞，反而會(huì)破壞再生混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

②養(yǎng)護(hù)初期，植物纖維可以增強(qiáng)再生混凝土的峰值強(qiáng)度和變形模量，養(yǎng)護(hù)28 d時(shí)，植物纖維的增強(qiáng)效果減弱。通過掃描電鏡可以看出，在混凝土的養(yǎng)護(hù)過程中，再生混凝土中植物纖維的結(jié)構(gòu)由緊密變?yōu)樗缮?，這種變化與植物纖維處于再生混凝土的堿性環(huán)境中有關(guān)。故混凝土中的植物纖維需要特別注意堿腐蝕。

③直聚丙烯纖維可以增強(qiáng)再生混凝土的峰值強(qiáng)度和變形模量，單軸抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的增大幅度接近。

④曲聚丙烯纖維會(huì)削弱再生混凝土的峰值強(qiáng)度和變形模量，單軸抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的削弱幅度差異較大。結(jié)合掃描電鏡可以看出，曲聚丙烯纖維通過影響纖維周圍的裂隙發(fā)育情況來影響再生混凝土的力學(xué)性能。

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