陳愛玖，王 靜，楊 粉

（華北水利水電學院 土木與交通學院，河南 鄭州 450011）

再生混凝土就是將廢棄混凝土作為粗骨料拌制的混凝土.面對自然資源日益缺乏的情況，研究開發(fā)再生混凝土材料具有極為重要的社會意義和廣闊的發(fā)展前景.目前對與普通混凝土配合比相同的再生混凝土基本性能的研究比較普遍，但對同時摻入纖維的再生混凝土基本性能的研究較少.筆者查閱相關(guān)研究資料，結(jié)果表明，鋼纖維的加入可以提高再生混凝土的抗壓強度和抗折強度[1－5]；玻璃纖維增強塑料約束再生混凝土強度明顯提高，變形性能有所改善[6]；摻入聚丙烯纖維后，再生混凝土的抗壓、抗折、劈拉強度和抗?jié)B、抗裂、抗沖擊等性能均有較大幅度提高[7－9].

本文采用正交試驗法研究再生粗骨料摻量1）文中涉及的摻量除纖維摻量為體積分數(shù)外，其余均為質(zhì)量分數(shù).、粉煤灰摻量、減水劑摻量以及纖維類別對再生混凝土抗壓強度、劈拉強度和抗折強度的影響，得出滿足纖維再生混凝土（設(shè)計強度C35）良好和易性和強度要求的最佳配合比.利用JSM－6610LV型掃描電鏡和螺旋CT掃描技術(shù)分析纖維再生混凝土內(nèi)部破壞，從而為進一步利用纖維改性再生混凝土提供有效依據(jù).

1 試驗

1.1 原材料

膠凝材料為強度等級42.5的普通硅酸鹽水泥和Ⅰ級粉煤灰.細骨料為普通河砂，細度模數(shù)為3.0.天然粗骨料為連續(xù)級配碎石；再生粗骨料由廢棄鋼筋混凝土梁（抗壓強度為25～35MPa）破碎加工制成.粗骨料基本性能見表1.纖維包括聚丙烯纖維和鋼纖維，其中聚丙烯纖維（PPF）為束狀單絲纖維，自分散性良好；鋼纖維為銑削波紋型鋼纖維（MCSF）和剪切端鉤型鋼纖維（CHSF）.纖維性能見表2.減水劑為FN－H高效減水劑.水為自來水.

表1 粗骨料基本性能Table1 Basic performance of coarse aggregate

表2 纖維性能Table2 Performance of fiber

1.2 試驗方案

纖維再生混凝土設(shè)計強度為C35.粉煤灰采用超量取代，超量取代系數(shù)為1.5.正交試驗方案選擇L9（34），正交因素－水平表如表3所示，其中減水劑摻量以其占水泥質(zhì)量分數(shù)計；粉煤灰摻量以其占膠凝材料質(zhì)量分數(shù)計；再生粗骨料摻量以其占粗骨料質(zhì)量分數(shù)計；纖維摻量以其占混凝土體積分數(shù)計.9組纖維再生混凝土配合比見表4.混凝土拌和方法、混凝土坍落度及強度測試方法參照CECS 13：89《鋼纖維混凝土試驗方法》進行.

表3 正交因素－水平表Table3 Orthogonal factor－level table

表4 纖維再生混凝土配合比Table4 Mix proportion of fiber recycled concrete

2 試驗結(jié)果

纖維再生混凝土性能試驗結(jié)果見表5.

表5 纖維再生混凝土性能試驗結(jié)果Table5 Test results of performance of fiber recycled concrete

3 分析

3.1 極差分析

根據(jù)正交理論，分別計算出再生粗骨料摻量（A）、粉煤灰摻量（B）、減水劑摻量（C）、纖維類別（D）對纖維再生混凝土坍落度、抗壓強度、劈拉強度、抗折強度影響的極差值，見表6.

表6 極差分析Table6 Range analysis

由表6可以看出：減水劑摻量和纖維類別是影響纖維再生混凝土和易性的重要因素；再生粗骨料摻量是影響纖維再生混凝土28d和90d抗壓強度的重要因素；纖維類別是影響纖維再生混凝土28d劈拉強度和抗折強度的重要因素.

為了更直觀分析各因素水平變化對纖維再生混凝土和易性及力學性能的影響并獲得混凝土最佳配合比，分別繪制混凝土坍落度、28d抗壓強度、28d劈拉強度和28d抗折強度正交分析點圖，如圖1（a）（d）所示.根據(jù)圖1（a）（d），選擇同時滿足再生粗骨料混凝土良好和易性和各項力學性能要求的最佳正交組合，為A2B3C2D1，即再生粗骨料摻量為50%、粉煤灰摻量為20%、減水劑摻量為0.5%、銑削波紋型鋼纖維摻量為1.0%.

3.2 和易性分析

由表6可見，影響纖維再生混凝土和易性因素的主次順序是C＞D＞A＞B，即減水劑摻量＞纖維類別＞再生骨料摻量＞粉煤灰摻量.

由圖1（a）可看出：

（1）纖維再生混凝土坍落度隨減水劑摻量的增加而增大.當減水劑摻量為0.5%和1.0%時，纖維再生混凝土坍落度較不摻減水劑的分別增大9mm和42mm.

（2）當再生粗骨料摻量為100%時，纖維再生混凝土坍落度大幅下降.這是因為，再生粗骨料表面較天然粗骨料粗糙，這增大了混凝土拌和與澆注時的摩擦阻力；同時，再生粗骨料孔隙多、吸水率大、用漿量高，這使混凝土保水性和黏聚性增強，坍落度降低.

（3）纖維類別不同，纖維再生混凝土坍落度各不相同.銑削波紋型鋼纖維再生混凝土坍落度大于剪切端鉤型鋼纖維再生混凝土.

圖1 正交分析點圖Fig.1 Point diagram of orthogonal analysis

3.3 抗壓強度分析

由表6可見，影響鋼纖維再生混凝土28d抗壓強度因素的主次順序是A＞D＞C＞B，即再生骨料摻量＞纖維類別＞減水劑摻量＞粉煤灰摻量；影響鋼纖維再生混凝土90d抗壓強度因素的主次順序是A＞B＞D＞C，即再生骨料摻量＞粉煤灰摻量＞纖維類別＞減水劑摻量.

由圖1（b）可看出：當再生粗骨料摻量為50%，100%時，纖維再生混凝土28d抗壓強度較普通纖維混凝土分別降低約11%，17%.

采用掃描電鏡對纖維再生混凝土磨光斷面形貌進行分析，結(jié)果見圖2（a）（d）.由圖2（a）可見，再生粗骨料與舊砂漿間有較大裂縫，其寬度為30－40μm；由圖2（b）可見，再生粗骨料與舊砂漿界面靠近砂漿的部位出現(xiàn)一孔洞；由圖2（c）可見，再生粗骨料和新、舊砂漿界面之間存在較多裂縫，且裂縫間相互貫穿；從圖2（d）可見，新、舊砂漿界面處的裂縫寬度為58μm.

在纖維再生混凝土中，再生粗骨料與新、舊砂漿界面之間存在裂縫，再加上再生粗骨料密度低、孔隙率高、壓碎指標大、骨料本身強度低，因此纖維再生混凝土抗壓強度較低.

由圖1（b）還可看出：（1）銑削波紋型鋼纖維再生混凝土28d抗壓強度較剪切端鉤型鋼纖維再生混凝土高約12%.（2）粉煤灰超量取代后，纖維再生混凝土28d抗壓強度低于未摻粉煤灰混凝土；減水劑摻量為0.5%時，纖維再生混凝土28d抗壓強度最大.

3.4 劈拉、抗折強度分析

由表6可見，影響纖維再生混凝土28d劈拉強度因素的主次順序是D＞A＞C＞B，即纖維類別＞再生骨料摻量＞減水劑摻量＞粉煤灰摻量；影響纖維再生混凝土28d抗折強度因素的主次順序是D＞C＞A＞B，即纖維類別＞減水劑摻量＞再生骨料摻量＞粉煤灰摻量.

由表6和圖1（c），（d）可見：（1）銑削波紋型鋼纖維對再生混凝土28d劈拉和抗折強度的增強效果優(yōu)于剪切端鉤型鋼纖維和混雜纖維.混雜纖維中含有聚丙烯纖維，因此聚丙烯纖維對再生混凝土28d劈拉和抗折強度的增強效果不明顯.（2）當再生粗骨料摻量為50%，100%時，纖維再生混凝土28d劈拉強度較普通纖維混凝土分別降低約5%，8%，28d抗折強度分別降低約2%，5%.（3）銑削波紋型鋼纖維再生混凝土28d劈拉強度較剪切端鉤型鋼纖維再生混凝土增加約4%，28d抗折強度增加約10%.

圖2 纖維再生混凝土磨光斷面SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM photos of polished fracture surface of fiber recycled concrete

纖維再生混凝土試件經(jīng)過抗折強度試驗后，采用螺旋CT掃描技術(shù)對試件內(nèi)部進行CT掃描，結(jié)果如圖3（a）～（c）所示.由圖3（a）可以看出，在S3試件中，裂縫貫穿碎石內(nèi)部，即碎石受荷后發(fā)生破壞斷裂，而貫穿裂縫的鋼纖維完好，沒有折斷現(xiàn)象.由圖3（b），（a）可以看出，S4試件中的裂縫寬度大于S3試件；S4試件不僅發(fā)生再生粗骨料斷裂破壞，還發(fā)生再生粗骨料和新、舊砂漿之間的黏結(jié)破壞.這是由于再生混凝土強度低于普通混凝土強度，以及再生粗骨料本身斷裂強度高于骨料和砂漿間黏結(jié)強度的緣故.由圖3（a）～（c）可以看出，S7試件中再生粗骨料與砂漿間的裂縫寬度最大.

圖3 纖維再生混凝土破壞形態(tài)截面圖Fig.3 Failure pattern section of fiber recycled concrete

由圖3還可以看到，纖維在混凝土中呈亂向分布狀態(tài)，這阻礙了混凝土內(nèi)部裂縫的擴展，有效提高了基體的抗拉、抗裂能力.

4 結(jié)論

（1）減水劑摻量和纖維類別是影響纖維再生混凝土和易性的重要因素.

（2）再生粗骨料摻量是影響纖維再生混凝土28d和90d抗壓強度的重要因素.當再生粗骨料摻量為50%和100%時，纖維再生混凝土28d抗壓強度較普通纖維混凝土分別降低11%和17%.

（3）纖維類別是影響纖維再生混凝土28d劈拉強度和抗折強度的重要因素.銑削波紋型鋼纖維再生混凝土28d劈拉強度和抗折強度優(yōu)于剪切端鉤型鋼纖維再生混凝土和混雜纖維再生混凝土.

（4）同時滿足纖維再生混凝土良好和易性和各項力學性能要求的最佳正交組合為A2B3C2D1，即再生粗骨料摻量為50%、粉煤灰摻量為20%、減水劑摻量為0.5%、銑削波紋型鋼纖維摻量為1.0%.

[1]高丹盈，樓志輝，王占橋.鋼纖維再生混凝土抗壓強度試驗研究[J].鄭州大學學報：工學版，2007，28（2）：5－10.GAO Dan－ying，LOU Zhi－h(huán)ui，WANG Zhan－qiao.Experimental research on the compressive strength of steel fiber recycled concrete[J].Journal of Zhengzhou University：Engineering Science，2007，28（2）：5－10.（in Chinese）

[2]莫曉東，郭永昌，黃海濱，等.鋼纖維橡膠瀝青改性再生混凝土抗壓性能試驗研究[J].混凝土，2010（3）：102－104.MO Xiao－dong，GUO Yong－chang，HUANG Hai－bin，et al.Experimental research of compressive performance on asphalt modified recycled aggregate concrete with steel fiber and rubber[J].Concrete，2010（3）：102－104.（in Chinese）

[3]王軍龍，馮忠居，趙興寨.路用鋼纖維再生混凝土的最佳配合比研究[J].公路，2008（12）：223－227.WANG Jun－long，F(xiàn)ENG Zhong－ju，ZHAO Xing－zhai.A study on optimum mix proportion of SRC applied in road engineering[J].Highway，2008（12）：223－227.（in Chinese）

[4]楊潤年，尹久仁，肖華明，等.鋼纖維再生混凝土力學性能的試驗研究[J].混凝土，2006（1）：27－29.YANG Run－nian，YIN Jiu－ren，XIAO Hua－ming，et al.Experimental study of steel fiber reinforced regenerated concrete's mechanical properties[J].Concrete，2006（1）：27－29.（in Chinese）

[5]章四明.鋼纖維摻量對鋼纖維混凝土強度的影響[J].建筑科學，2008，24（3）：36－38.ZHANG Si－ming.Steel fiber content on impact strength of steel fiber reinforced concrete[J].Building Science，2008，24（3）：36－38.（in Chinese）

[6]肖建莊，楊潔.玻璃纖維增強塑料約束再生混凝土軸壓試驗[J].同濟大學學報：自然科學版，2009，37（12）：1586－1591.XIAO Jian－zhuang，YANG Jie.On recycled concrete confined by GFRP tube under axial compression[J].Journal of Tongji University：Natural Science，2009，37（12）：1586－1591.（in Chinese）

[7]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）：110－112，117.WU Jian－h(huán)ua，MA Shi－cheng，TANG Zhao－qing，et al.Test research on the influencing factors of the mechanical property of the polypropylene fiber recycled concrete[J].Highway Engineering，2007，32（4）：110－112，117.（in Chinese）

[8]陳德玉，劉歡，盧忠遠.聚丙烯纖維摻量對再生混凝土性能的影響[J].混凝土與水泥制品，2009（4）：35－37.CHEN De－yu，LIU Huan，LU Zhong－yuan.Polypropylene fiber content on properties of recycled concrete[J].China Concrete and Cement Products，2009（4）：35－37.（in Chinese）

[9]BANTHIA N，SHENG J.Fracture toughness of micro－fiber reinforced cement composition[J].Cement and Concrete Composites，1996，30（5）：251－269.