玻璃纖維配比優(yōu)化的再生混凝土改性試驗(yàn)及性能測(cè)試

摘 要：針對(duì)再生混凝土強(qiáng)度和耐久性不足的問(wèn)題，提出通過(guò)玻璃纖維對(duì)再生混凝土進(jìn)行改性。試驗(yàn)對(duì)玻璃纖維長(zhǎng)度和摻量進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)優(yōu)化后再生混凝土的性能進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，玻璃纖維長(zhǎng)度為8 mm，摻量為0.4%時(shí)，再生混凝土的強(qiáng)度和耐久性最佳。此時(shí)，再生混凝土28 d抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度分別為41.6、3.6 MPa，經(jīng)過(guò)150次氯鹽-干濕循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度分別為40.5、3.1 MPa，抗氯離子滲透電通量降低至3 600 C·m 2 /s左右，滿足JTG 3420—2020規(guī)程要求。以上試驗(yàn)證明了玻璃纖維對(duì)改善再生混凝土的強(qiáng)度和耐久性均產(chǎn)生積極的影響，可為再生混凝土的后續(xù)應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：再生混凝土；配比優(yōu)化；抗壓強(qiáng)度；耐久性能

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ178；TU528 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2024）11-0091-04

Modified study and performance test of recycled concretewith optimized glass fiber ratio

ZONG Peng，WANG Yichuan，HE Haohuan

（Shaanxi Construction Ninth Construction Group Co.，Ltd.，Yulin 719000，Shaanxi China）

Abstract：To address the issue of insufficient strength and durability of recycled concrete，it was proposed to modi?fy recycled concrete through glass fiber. The length and content of glass fiber were optimized，and the properties ofthe optimized recycled concrete were studied. The experimental results showed that when the length of glass fiber was8mm and the dosage was 0.4%，the strength and durability of recycled concrete were the best. At this point，the com?pressive strength and splitting tensile strength of recycled concrete at 28 days were 41.6 MPa and 3.6 MPa，respec?tively. After 150 chloride salt dry wet cycles，the compressive strength and splitting tensile strength were 40.5 MPaand 3.1 MPa，respectively. The resistance to chloride ion penetration electrical flux reduced to around 3 600 C·m 2 /s，meeting the requirements of JTG 3420—2020 regulations. The above experiments have proven that glass fiber has apositive impact on improving the strength and durability of recycled concrete，and can provide reference for the sub?sequent application of recycled concrete.

Key words：recycled concrete；ratio optimization；compressive strength；durability performance

將建筑垃圾制備成再生骨料，實(shí)行建筑垃圾的回收再利用，實(shí)現(xiàn)資源的綠色健康處置對(duì)建筑垃圾的處理有重要意義。但再生骨料受其材料特性的影響，用做混凝土材料時(shí)，存在力學(xué)性能差的問(wèn)題，無(wú)法達(dá)到當(dāng)代建筑物強(qiáng)度要求。因此需要進(jìn)一步對(duì)再生粗骨科進(jìn)行改性，進(jìn)一步提升再生混凝土的性能。

對(duì)此，部分學(xué)者也進(jìn)行了很多研究，如通過(guò)聚丙烯纖維對(duì)再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行增強(qiáng) [1] 。通過(guò)對(duì)再生混凝土養(yǎng)護(hù)條件的優(yōu)化增加其強(qiáng)度 [2] 。研究了鐵尾礦粉和磷渣粉對(duì)再生混凝土耐久性增強(qiáng)效果 [3] 。通過(guò)再生混凝土配合比的優(yōu)化提升其性能 [4] 。為了進(jìn)一步提升再生混凝土性能，本試驗(yàn)以文獻(xiàn) [5] 論文中的方法為參考，通過(guò)玻璃纖維對(duì)再生混凝土進(jìn)行改性，為再生混凝土的后續(xù)應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1. 1 材料與設(shè)備

主要材料：聚乙烯醇（PVA）（AR，天峰化工科技）；玻璃纖維（I級(jí)，浩達(dá)新材料）；砂（II級(jí)，怡然礦產(chǎn)品）；碎石（I級(jí)，邦慕礦產(chǎn)品）；水泥（P·O42.5，新躍新材料）；減水劑（AR，天峰化工科技）；氫氧化鈣（AR，萬(wàn)象宏潤(rùn)生物）。

主要設(shè)備：JS100型混凝土攪拌機(jī)（華科機(jī)械）；ZDT-1型振動(dòng)臺(tái)（華偉試驗(yàn)儀器）；CTS-E型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（惠仕達(dá)儀器）；HLS-58B型干濕循環(huán)機(jī)（天宇試驗(yàn)儀器）；DTL-6型氯離子電通量測(cè)定儀（澤睿試驗(yàn)儀器）。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 再生骨料的改性

通過(guò)化學(xué)強(qiáng)化法 [6] 對(duì)再生粗骨料進(jìn)行改性。

（1）提前配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的PVA溶液完全浸泡再生骨料，浸泡時(shí)間為1 d。期間每隔4 h攪拌一次避免再生骨料粘接；

（2）將浸泡后骨料攤開(kāi)，在室溫條件下自然風(fēng)干，并通過(guò)人工將粘連在一起的再生粗骨料分散開(kāi)來(lái)，得到改性后再生粗骨料。

1. 2. 2 混凝土試件的制作

纖 維 再 生 混 凝 土 試 件 的 制 作 主 要 參 照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行 [7-8] 。

（1）按照J(rèn)GJ55—2011 《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》[9-10]對(duì)C40混凝土配比進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)表1基礎(chǔ)混凝土配比準(zhǔn)備相應(yīng)材料。提前對(duì)攪拌機(jī)進(jìn)行清洗和掛漿處理。

（2）依次將水泥、砂、天然粗骨料和再生粗骨料放入攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行干拌，干拌時(shí)間為180 s。

（3）設(shè)置玻璃纖維投加量為0%、0.2%、0.4%和0.3%。將玻璃纖維放入攪拌機(jī)內(nèi)繼續(xù)干拌，干拌時(shí)間為180 s，使玻璃纖維與混凝土干料混合均勻。

（4）將減水劑與水混合，然后分兩次倒入攪拌機(jī)內(nèi)，繼續(xù)攪拌180 s，得到纖維混凝土拌合物。

（5）倒入模具中并振搗出漿抹平，表面覆蓋保鮮膜后靜置養(yǎng)護(hù)1 d后脫模，然后在25 ℃的氫氧化鈣的溶液中養(yǎng)護(hù)至指定齡期。

1. 3 性能測(cè)試

1. 3. 1 抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度

參照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的方法對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試 [11-12] 。

1. 3. 2 氯鹽-干濕循環(huán)試驗(yàn)

參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的方法進(jìn)行氯鹽-干濕循環(huán)試驗(yàn) [13-14] 。

1. 3. 3 抗氯離子滲透試驗(yàn)

參照J(rèn)TG 3420—2020《公路工程水泥及混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的電通量法進(jìn)行抗氯離子滲透試驗(yàn) [15-16] 。

2 結(jié)果與討論

2. 1 纖維對(duì)再生混凝土的影響

2. 1. 1 纖維摻量的影響

圖1為纖維摻量的影響。

由圖1可知，摻入纖維后，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度均得到明顯提升。同時(shí)，玻璃纖維具備較好的拉伸性能，對(duì)碎石顆粒有牽拉作用，彌補(bǔ)了混凝土脆性缺點(diǎn)，使得混凝土的強(qiáng)度有一定增加 [17-18] 。

當(dāng)玻璃纖維摻量為0.4%時(shí)，對(duì)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)效果最好。這是因?yàn)椋^(guò)量的纖維會(huì)在混凝土內(nèi)部團(tuán)聚，形成薄弱部分，使得混凝土強(qiáng)度有一定下降 [19] 。因此，后續(xù)試驗(yàn)中，選擇纖維摻量為0.4%。

2. 1. 2 纖維長(zhǎng)度優(yōu)化

本試驗(yàn)分別選擇長(zhǎng)度為4、8、12 mm的纖維進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知，纖維長(zhǎng)度為8 mm時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度的最高。這是因?yàn)槔w維長(zhǎng)度過(guò)短，無(wú)法發(fā)揮其自身優(yōu)異的延展性能，僅能起到一定的填充作用，因此對(duì)抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)效果較差。而過(guò)長(zhǎng)的玻璃纖維質(zhì)地綿軟，易在混凝土內(nèi)部纏繞成結(jié)，混凝土內(nèi)部形成薄弱部分，在受外力作用時(shí)，易從薄弱部分發(fā)生破壞，因此無(wú)法充分發(fā)揮增強(qiáng)效果 [20] 。當(dāng)纖維長(zhǎng)度為8 mm時(shí)，可充分發(fā)揮自身優(yōu)異的延展性能，又不易在混凝土內(nèi)纏繞成結(jié)，發(fā)揮出較好的抗壓增強(qiáng)作用。

2. 2 劈裂抗拉強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

圖3為最佳條件下再生混凝土的劈裂抗拉測(cè)試結(jié)果。

由圖3可知，纖維再生混凝土在早期劈裂抗拉強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土有所提升，但提升的趨勢(shì)較小。而在養(yǎng)護(hù)后期，劈裂抗拉強(qiáng)度反而較基準(zhǔn)混凝土有所下降。表明玻璃纖維可提升再生混凝土的早期韌性，對(duì)后期劈裂抗拉強(qiáng)度影響不大。

進(jìn)一步對(duì)劈裂抗拉試件破壞形態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可觀察到，基準(zhǔn)混凝土的破壞形態(tài)為一條裂縫貫穿試件，瞬時(shí)劈裂成為兩半，破壞方式為脆性破壞。而纖維再生混凝土的破壞形態(tài)為表面分布著微小裂縫，慢慢貫穿整個(gè)試件，破壞方式為韌性破壞。證明玻璃纖維可以有效提升混凝土試件的韌性，改變?cè)嚰钠茐男问健?/p>

2. 3 耐久性研究

2. 3. 1 氯鹽-干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)28 d混凝土抗壓強(qiáng)度損失和劈裂抗拉強(qiáng)度損失對(duì)混凝土的耐氯鹽-干濕循環(huán)性能進(jìn)行表征，結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5可知，經(jīng)過(guò)循環(huán)后，纖維再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度始終高于設(shè)計(jì)值，表現(xiàn)出良好的耐久性。出現(xiàn)這個(gè)變化的主要原因在于，在干濕循環(huán)前期，混凝土內(nèi)部水化熱反應(yīng)還在持續(xù)進(jìn)行中，因此混凝土強(qiáng)度和韌性持續(xù)增加。隨循環(huán)的進(jìn)行，混凝土水化熱反應(yīng)完成，混凝土強(qiáng)度不再發(fā)生變化。再加上循環(huán)過(guò)程中，混凝土試件不斷受氯鹽浸入侵蝕，混凝土內(nèi)部密實(shí)度受到影響，使得混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度有所下降。

2. 3. 2 抗氯離子滲透試驗(yàn)結(jié)果

抗氯離子滲透測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可觀察到，基準(zhǔn)混凝土的電通量明顯超過(guò)JTG 3420—2020規(guī)程規(guī)定的4 000 C·m 2 /s，氯離子滲透性較高，耐久性較差。而經(jīng)過(guò)玻璃纖維改性后，混凝土電通量降低至3 600 C·m 2 /s左右，滿足JTG 3420—2020規(guī)程要求。這就說(shuō)明經(jīng)過(guò)玻璃纖維改性后，混凝土的氯離子滲透性明顯降低，耐久性得到明顯提升。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）玻璃纖維具備較好的拉伸性能，對(duì)碎石顆粒有牽拉作用，對(duì)外部載荷有分散作用，彌補(bǔ)了混凝土脆性缺點(diǎn)；

（2）適宜的纖維長(zhǎng)度可充分發(fā)揮自身優(yōu)異的延展性能，又能避免在混凝土內(nèi)部纏繞成結(jié)，發(fā)揮出較好的抗壓增強(qiáng)作用；

（3）玻璃纖維主要對(duì)混凝土破壞形式產(chǎn)生影響，摻入纖維后，混凝土從脆性破壞變?yōu)轫g性破壞，混凝土韌性得到有效提升；

（4）纖維改性后的再生混凝土，經(jīng)過(guò)150次氯鹽-干濕循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度滿足初始設(shè)計(jì)值，表現(xiàn)出良好的耐久性；

（5）經(jīng)過(guò)玻璃纖維改性后，混凝土電通量降低至 3 600 ℃左右，混凝土的氯離子滲透性明顯降低，耐久性得到明顯提升，滿足JTG 3420—2020規(guī)程要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 何盛東，馬迪. 聚丙烯纖維對(duì)再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響[J]. 合成纖維，2022，51（10）：58-62.

[2] 葛序堯，劉佳偉，梁汝鳴，等. 不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)再生混凝土強(qiáng)度的影響[J]. 建筑結(jié)構(gòu)，2022，52（S2）：1097-1101.

[3] 趙儉斌，牟道平，杜松巖，等. 鐵尾礦粉和磷渣粉對(duì)再生混凝土抗氯離子滲透性能的影響[J]. 混凝土與水泥制品，2023（3）：92-95.

[4] 張鵬，張博，鄧宇，等. 廢磚和廢混凝土粗骨料再生混凝土配合比研究[J]. 廣西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2023，34（2）：30-37.

[5] 何駿珍. 玻璃纖維再生混凝土力學(xué)性能和耐久性研究

[D]. 淮南：安徽理工大學(xué)，2022.

[6] 劉永軍，王紫怡，佟舟. 鋼管-再生混凝土-拼接木復(fù)合長(zhǎng)柱軸壓性能有限元分析[J]. 沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，38（6）：1020-1028.

[7] 劉洪磊，邵景干，姜帥，等. 橡膠粉高粘改性排水瀝青混合料性能研究[J]. 粘接，2023，50（8）：4-8.

[8] 齊曉，肖前慧，邱繼生，等. 凍融循環(huán)與硫酸鹽侵蝕共同作用下再生混凝土的微觀結(jié)構(gòu)研究[J]. 硅酸鹽通報(bào)，2023，42 （4）：1194-1204.

[9] 張馨予，李超，林錦眉，等. 新型加固材料在建筑混凝土樓板粘接加固工程中的應(yīng)用[J]. 粘接，2023，50（3）：65-68.

[10] 王永貴，黃旭陽(yáng)，李帥鵬，等. 納米氧化硅和鋼纖維增強(qiáng)再生混凝土損傷模型[J]. 功能材料，2023，54（5）：5029-5037.

[11] 孫文賢，黃榜彪，黃秉章，等. 聚丙烯纖維再生混凝土內(nèi)隔墻板性能研究[J]. 新型建筑材料，2023，50（6）：76-79.

[12] 秦荷成，趙治超，葉水斌，等. 鋼纖維對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究[J]. 混凝土，2023（6）：120-124.

[13] 楊亞楠，李靖，王靜，等. 鋼纖維納米再生混凝土粘結(jié)性能試驗(yàn)研究[J]. 甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，2023，35（2）：83-87.

[14] 李叢豪. 添加聚丙烯纖維的再生混凝土劈裂抗拉性能研究[J]. 高科技纖維與應(yīng)用，2023，48（2）：33-37.

[15] 黃子儼. 不同配置的UHPC粘接加固鋼纖維復(fù)合混凝土板性能測(cè)試研究[J]. 粘接，2023，50（3）：105-109.

[16] 王晨飛，馬愷澤，侯煒，等. 基于溫度-應(yīng)力試驗(yàn)的再生混凝土抗裂性能研究[J]. 福州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，51（2）：250-255.

[17] 林一柯，何廷樹(shù)，達(dá)永琪. 自磨改性對(duì)再生粗骨料及再生混凝土性能的影響[J].材料導(dǎo)報(bào)，2023，37（16）：161-166.

[18] 寶鼎晶，邱劍輝，姚明輝，等.橡膠改性對(duì)再生混凝土應(yīng)力-應(yīng)變性能的影響[J].材料研究與應(yīng)用，2023，17 （1）：166-170.

[19] 衛(wèi)駿，楊青順，周樂(lè)祥，等. 型鋼與再生混凝土粘結(jié)滑移性能研究[J]. 青海大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，40（6）：76-83.

[20] 胡爾洪，黃玲，曹小芳，等. 加肋L形鋼管再生混凝土短柱軸壓性能分析[J]. 南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，37（1）：55-67.