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(太原太工天昊土木工程檢測有限公司，山西 太原 030024)

引言

再生混凝土(Recycled Aggregate Concrete，RAC)是指將廢棄的混凝土經(jīng)過機械破碎、清洗、分級后，按照一定的比例與級配混合，部分或者全部代替天然粗細骨料，再加入水泥、水等拌和而成的新型混凝土[1]。再生混凝土從根本上解決了廢棄混凝土的處理問題，節(jié)約了天然骨料資源，具有顯著的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益[2]。再生混凝土在破碎過程中，使得再生骨料棱角過多，針狀再生骨料所占面積過大，并且破碎過程中產(chǎn)生大量的內(nèi)部橫向裂縫，使得再生混凝土強度降低[3]。

在再生混凝土中適量摻入鋼纖維，可以增強其抗拉、抗折、抗彎和抗剪等性能。由于直接進行混凝土的軸心抗拉試驗很繁瑣，因此大多數(shù)的研究是采用劈裂抗拉試驗取代軸心抗拉試驗。由于現(xiàn)行的鋼纖維再生混凝土(Steel Fiber Recycled Aggregate Concrete，SFRAC)試驗方法仍沿用劈裂抗拉強度來確定軸心抗拉強度，但并未說明如何將劈裂抗拉強度換算成鋼纖維再生混凝土的軸心抗拉強度。因此，本文設計了一種新型的鋼纖維再生混凝土軸心抗拉試件——啞鈴型試件，在普通試驗機上獲得混凝土的軸心抗拉強度[4]。

1 試驗簡介

1.1 試件制作及配合比

鋼纖維再生混凝土軸心抗拉試驗采取簡單易行的端部粘膠的辦法。采用精確加工的鋼板，使試件的受拉端在鋼板幾何中心并且垂直于鋼板，試件和鋼板尺寸如圖1所示。試件端部尺寸為150 mm×150 mm，中間尺寸為100 mm×100 mm。由于鋼板與試件接觸面積較大，鋼板和試件不至于當拉力過大時在粘膠面斷裂，膠的粘結(jié)力大于混凝土抗拉力。劈裂抗拉試驗和軸心抗拉試驗每組3個試件，共5組，劈裂抗拉試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm。試件在試模內(nèi)成型，在振動臺上振搗密實，1 d后拆模，標準養(yǎng)護28 d后進行試驗。

圖1 鋼纖維再生混凝土軸心抗拉試件示意圖

鋼纖維再生混凝土配合比見表1。水泥采用山西文水生產(chǎn)的P·O 42.5水泥；砂為山西汾陽普通河砂，細度模數(shù)為2.92；再生粗骨料為太原市某小區(qū)拆遷廢棄混凝土，粒徑5～20 mm；天然粗骨料為太原某石場破碎的石子，粒徑5～20 mm；減水劑為高性能聚羧酸減水劑；鋼纖維為鄭州禹建鋼纖維有限公司生產(chǎn)的銑削型鋼纖維，產(chǎn)品特性見表2；受拉端鋼板和試件粘結(jié)所用膠為南京天力信粘鋼膠。本試驗的鋼纖維摻量按鋼纖維體積含量分別為0%、0.3%、0.5%、0.7%和1%，用再生粗骨料替代30%的天然粗骨料。

表1 鋼纖維再生混凝土配合比1) kg/m3

表2 鋼纖維特性參數(shù)

1.2 試驗方法

軸心抗拉試驗主要采用1臺液壓萬能試驗機進行。用試驗機的上端緊緊夾住試件的上部受拉端，試驗機下端調(diào)整至適當位置夾緊試件下部固定端，保證試件的上下受拉端和試驗機的緊固端在一條直線上。為安全起見，試驗機加載為位移控制，加載速度為0.01 mm/s。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 軸心抗拉強度計算

鋼纖維再生混凝土的受拉試驗結(jié)果見表3。

表3 鋼纖維再生混凝土受拉試驗結(jié)果

鋼纖維再生混凝土的軸心抗拉強度和劈裂抗拉強度與混凝土中鋼纖維的含量有關(guān)。將表3中鋼纖維再生混凝土軸心抗拉強度fft與鋼纖維含量特征值λf的關(guān)系繪于圖2。

圖2 fft/ft與λf的關(guān)系

由圖2可以看出，鋼纖維再生混凝土的軸心抗拉強度與鋼纖維含量的特征值呈較好的線性關(guān)系。通過試驗數(shù)據(jù)的線性回歸，得到鋼纖維再生混凝土的軸心抗拉強度計算公式為：

fft=ft(1+0.46λf)

(1)

式中：fft——鋼纖維再生混凝土的軸心抗拉強度，N/mm2；ft——基準組(對照組)混凝土軸心抗拉強度，N/mm2；λf——鋼纖維的含量特征值。

混凝土的相關(guān)系數(shù)為0.961。

2.2 劈裂抗拉強度計算

將表3中的劈裂抗拉強度ffts與鋼纖維含量特征值λf的關(guān)系繪于圖3。

圖3 ffts/fts與λf的關(guān)系

由圖3可以看出，鋼纖維再生混凝土的劈裂抗拉強度與鋼纖維含量特征值呈三段式關(guān)系。通過試驗數(shù)據(jù)回歸分析，得到鋼纖維再生混凝土的劈裂抗拉強度計算公式為：

ffts=fts(1+0.96λf)

(2)

式中：ffts——鋼纖維再生混凝土的劈裂抗拉強度，N/mm2；fts——普通混凝土的劈裂抗拉強度，N/mm2；λf——鋼纖維的含量特征值。

混凝土的相關(guān)系數(shù)為0.887。

2.3 鋼纖維再生混凝土的軸心抗拉強度和劈裂抗拉強度的分析

比較(1)式與(2)式不難看出，鋼纖維的含量特征值的變化對鋼纖維再生混凝土的軸心抗拉強度和劈裂抗拉強度的增強效果不同，鋼纖維對劈裂抗拉強度的增強效果大于對軸心抗拉強度的增強作用。其原因可能是在劈裂抗拉時，受荷端的劈裂面上的鋼纖維承受壓剪兩個方向的作用，相當于對劈拉區(qū)施加了約束，形成了邊壁效應，隨著鋼纖維含量特征值的增大，邊壁效應的約束作用也同時增大，使得鋼纖維再生混凝土的劈裂抗拉強度遠大于軸心抗拉強度；而在鋼纖維再生混凝土軸心受拉時，鋼纖維只受拉力作用，因此軸心抗拉強度增長值沒有劈裂抗拉強度增長值明顯。

2.4 鋼纖維體積分數(shù)對再生混凝土軸心抗拉強度的影響

由圖2可見，隨著再生混凝土中鋼纖維摻量的增加，其軸心抗拉強度也隨之增長，與鋼纖維普通混凝土相比，鋼纖維再生混凝土的軸心抗拉強度增長更為明顯。這是由于再生混凝土中再生骨料裂縫和空隙對其抗拉強度有較大影響，摻入適量的鋼纖維可以改善再生混凝土的這些缺陷，提高其軸心抗拉強度。

2.5 鋼纖維體積分數(shù)對再生混凝土劈裂抗拉強度的影響

由圖3可見，隨著再生混凝土中鋼纖維摻量的增加，劈裂抗拉強度也隨之增長，劈裂抗拉強度比基體混凝土增長得更多。其原因可能是在劈裂抗拉時，鋼纖維受到豎向和橫向兩個方向的力，因此其劈裂抗拉強度遠遠大于普通混凝土的劈裂抗拉強度和鋼纖維再生混凝土的軸心抗拉強度。

3 結(jié)論

3.1 本試驗采用了一種新型的軸心抗拉試件，采用粘膠法固定受拉端與試件。試驗表明，兩端端頭混凝土與鋼板的膠結(jié)力大于試件的軸拉力。

3.2 鋼纖維再生混凝土的軸心抗拉強度和劈裂抗拉強度，均隨著鋼纖維體積分數(shù)的增大而提高。鋼纖維對再生混凝土的軸心抗拉強度和劈裂抗拉強度的增強效果顯著。當鋼纖維的體積分數(shù)從0%增加至1%時，軸心抗拉強度和劈裂抗拉強度分別增長22%和70.8%。

3.3 鋼纖維再生混凝土的軸心抗拉強度與鋼纖維含量特征值呈線性增長的關(guān)系，劈裂抗拉強度基本呈三段式線性增長的關(guān)系。鋼纖維的含量特征值在0.2～0.4之間時，劈裂抗拉強度增長較快，含量特征值在0.5時達到頂峰。但是，鋼纖維對再生混凝土軸心抗拉強度的影響系數(shù)遠小于鋼纖維對再生混凝土劈裂抗拉強度的影響系數(shù)。

參考文獻：

[1] 張麗娟，高丹盈，朱海堂，等.鋼纖維再生混凝土劈拉強度試驗研究[J].華北水利水電學院學報，2013，34(1)：27-31.

[2] 鄧壽昌，王正平，張學兵，等.建筑固體廢棄物的循環(huán)利用與再生資源的可持續(xù)發(fā)展[A].首屆全國再生混凝土研究和應用學術(shù)交流會論文集[C].中國土木工程學會，2008.

[3] 肖建莊，李佳彬，蘭陽.再生混凝土技術(shù)研究最新進展與評述[J].混凝土，2003(10)：17-20，57.

[4] GB/T 50081—2002，普通混凝土力學性能試驗方法標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.