姚 琳 裴長(zhǎng)春*(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林延吉 133002)

混雜纖維再生混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究

姚 琳 裴長(zhǎng)春*
(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林延吉 133002)

通過(guò)試驗(yàn)，從抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、靜力受壓彈性模量等方面，研究了玻璃纖維和聚丙烯纖維單摻及混摻對(duì)再生混凝土基本力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明:纖維的摻入，對(duì)于再生混凝土的抗壓強(qiáng)度影響并不大，但能顯著提高再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和彈性模量，能改善基體混凝土的整體性能。

再生混凝土，混雜纖維，玻璃纖維，聚丙烯纖維，力學(xué)性能

隨著社會(huì)日新月異的進(jìn)步，由于大量建筑物被拆除后重建，所產(chǎn)生的垃圾日益增多。而這些建筑垃圾的堆放所產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越加重，即占據(jù)大量土地資源、產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，同時(shí)使資源不能得到充分的利用［1］。一般在建筑垃圾中廢棄混凝土占49%左右，因此能否將廢棄混凝土合理地進(jìn)行回收再利用是節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的有效途徑［2］。據(jù)大量的研究資料表明:由于用這些廢棄混凝土破碎加工而成的再生骨料本身存在孔隙率大、密實(shí)度低、吸水率大等缺點(diǎn)，而使再生骨料混凝土廣泛推廣應(yīng)用受到一定限制［3，4］。有研究表明，玻璃纖維彈性模量高，會(huì)在一定程度上限制混凝土早期開(kāi)裂，提高基體混凝土韌度［5，6］;聚丙烯纖維彈性模量低，可以有效阻止裂縫在外力作用下的擴(kuò)展［7，8］。因此，本文通過(guò)試驗(yàn)研究單摻及混摻玻璃纖維和聚丙烯纖維再生混凝土的力學(xué)性能，為今后再生混凝土的工程實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及方法

1.2 試驗(yàn)原材料

本試驗(yàn)采用的水泥為延邊朝鮮族自治州某廠(chǎng)家P.O42.5型號(hào)普通硅酸鹽水泥，其物理化學(xué)性能指標(biāo)如表2所示。粉煤灰使用吉林省延吉市某發(fā)電廠(chǎng)生產(chǎn)，密度為2 180 kg/m3。本試驗(yàn)選用的細(xì)骨料產(chǎn)地為延吉市地產(chǎn)天然黃砂，品級(jí)為中砂，級(jí)配良好，物理性質(zhì)如表3所示。再生粗骨料為廢棄混凝土試塊用顎式破碎機(jī)破碎而成，廢棄混凝土強(qiáng)度為40 MPa～50 MPa，破碎的再生骨料粒徑為5 mm～20 mm;天然骨料采用延吉地區(qū)產(chǎn)碎石，粒徑為5 mm～25 mm，其物理性能指標(biāo)如表4所示。本試驗(yàn)使用的玻璃纖維長(zhǎng)度分別為6 mm，12 mm，18 mm，聚丙烯纖維長(zhǎng)度為30 mm。具體纖維形狀圖見(jiàn)圖1，其物理性能如表5所示。本試驗(yàn)采用的減水劑為延吉市某公司生產(chǎn)的淡黃色液體聚羧酸高效減水劑，固含量為40%。

表1 混凝土配合比 kg

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 天然骨料和再生骨料基本物理性能指標(biāo)

圖1 纖維形狀圖

表5 玻璃纖維和聚丙烯纖維基本物理性能指標(biāo)

1.3 試驗(yàn)方法

為了保證纖維在攪拌過(guò)程中具有良好的分散性，在本試驗(yàn)中混凝土攪拌過(guò)程采用以下攪拌流程:即，首先將稱(chēng)量好的粗細(xì)骨料和纖維放入攪拌機(jī)中干拌60 s，然后加入水泥及粉煤灰進(jìn)行第二次攪拌60 s，最后將事先稱(chēng)量好的含有減水劑的水倒入攪拌機(jī)中，再攪拌180 s?？箟簭?qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)試塊采用邊長(zhǎng)為150 mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，靜力受壓彈性模量和軸心抗壓強(qiáng)度試

1.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用的水膠比為0.4，再生粗骨料的摻入率為30%(總粗骨料中所占的質(zhì)量百分比)，單位用水量為168 kg/m3，砂率為0.52，粉煤灰摻入率為15%(總膠凝體中所占質(zhì)量百分比)，減水劑摻入率為0.7%(相對(duì)膠凝體的質(zhì)量百分比);玻璃纖維及聚丙烯纖維的摻入方式采用單摻及混摻方式，共計(jì)劃8組試驗(yàn)。并在規(guī)定齡期計(jì)劃測(cè)試抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度以及靜力受壓彈性模量，試驗(yàn)混凝土的配合比如表1所示。驗(yàn)試塊采用邊長(zhǎng)為150 mm、高為300 mm的棱柱體，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為不同組合纖維再生混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度值。首先，在基準(zhǔn)混凝土中單摻入玻璃纖維時(shí)，抗壓強(qiáng)度隨著玻璃纖維的增長(zhǎng)而提高。這時(shí)因?yàn)椴ＡЮw維在混凝土基體中的三維分布阻止了微裂縫的擴(kuò)展，減少了微裂縫的數(shù)量，從而提高了基體混凝土整體的強(qiáng)度。但其中摻入6 mm玻璃纖維的G6P0組再生混凝土的抗壓強(qiáng)度相比未摻入纖維的G0P0組再生混凝土抗壓強(qiáng)度反而降低了9.4%。這是由于6 mm玻璃纖維長(zhǎng)度過(guò)短，纖維的橋接作用發(fā)揮不明顯，并且纖維的摻入，使混凝土中含氣量增多，混凝土的強(qiáng)度下降。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，玻璃纖維隨著長(zhǎng)度的增加可以提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度，而混雜摻入玻璃纖維和聚丙烯纖維后，混凝土的抗壓強(qiáng)度反而有所降低，說(shuō)明聚丙烯纖維對(duì)于提高混凝土的抗壓強(qiáng)度效果沒(méi)有玻璃纖維明顯。

2.2 軸心抗壓強(qiáng)度

圖3為不同組合纖維再生混凝土的28 d軸心抗壓強(qiáng)度值。從圖3中可以看出纖維的摻入，對(duì)于再生混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的影響不大。首先將單摻玻璃纖維的G6P0，G12P0，G18P0與G0P30進(jìn)行比較，可知當(dāng)摻入18 mm玻璃纖維時(shí)混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，為41.17 MPa，比G0P0組的軸心抗壓強(qiáng)度高出18.2%，其次為G12P0組再生混凝土，為39.86 MPa，G0P30組抗壓強(qiáng)度為36.16 MPa?？梢钥闯觯谙嗤w積比下玻璃纖維對(duì)于提高混凝土的強(qiáng)度效果比聚丙烯纖維良好。而不同長(zhǎng)度玻璃纖維與30 mm聚丙烯纖維混摻后，G12P30，G18P30組再生混凝土的強(qiáng)度略有降低，說(shuō)明單摻玻璃纖維時(shí)比混摻纖維時(shí)提高強(qiáng)度幅度更大。

圖2 不同組合有機(jī)纖維再生混凝土的抗壓強(qiáng)度

圖3 不同組合纖維再生混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度

2.3 劈裂抗拉強(qiáng)度

圖4為不同組合纖維再生混凝土的28 d劈裂抗拉強(qiáng)度值。首先由圖4看出，無(wú)論玻璃纖維和聚丙烯纖維是單摻還是混合摻入，再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度都有所提高。在劈裂抗拉試驗(yàn)中，不含纖維的G0P0組試塊開(kāi)裂面呈現(xiàn)較為平整，而摻入纖維的混凝土試塊在主裂縫旁往往會(huì)出現(xiàn)幾條小的裂縫。并且纖維在混凝土基體中橫跨裂縫吸收了部分能量，從而使試塊繼續(xù)承載，最后纖維從基體中被拔出，試塊破壞。隨著玻璃纖維長(zhǎng)度的增加，抗拉強(qiáng)度也提高。這是因?yàn)椴ＡЮw維彈性模量高、韌性大，摻入到混凝土中不僅提高了混凝土的強(qiáng)度，同時(shí)也提高了其抗裂性能，起到防裂的作用。還有，對(duì)于再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的提高效果而言，混摻纖維試驗(yàn)組都要比單摻玻璃纖維或單摻聚丙烯纖維試驗(yàn)組明顯些。試驗(yàn)表明，當(dāng)18 mm玻璃纖維與30 mm聚丙烯纖維混合時(shí)劈拉抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值3.61 MPa，比G0P0組混凝土強(qiáng)度提高了50%，這是由于高彈性模量玻璃纖維和低彈性模量聚丙烯纖維相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同改善了基體混凝土的力學(xué)性能結(jié)果。

2.4 抗裂性能分析

圖5為不同組合纖維再生混凝土的拉壓比。本文通過(guò)比較拉壓比來(lái)分析再生混凝土的抗裂性能。拉壓比為混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度值之比，拉壓比越大，說(shuō)明混凝土的抗裂性能越好。由圖看出:摻入纖維可不同程度的提高混凝土的抗裂性能，且聚丙烯纖維的抗裂性能較玻璃纖維要良好一些。在本試驗(yàn)中，混摻18 mm玻璃纖維和30 mm聚丙烯纖維的試驗(yàn)組，拉壓比達(dá)到最大值，表現(xiàn)出良好的抗裂性。其次在G12P30，G0P30等試驗(yàn)組呈現(xiàn)出比較良好的抗裂性。

圖4 不同組合纖維再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度

圖5不同組合纖維再生混凝土的拉壓比

2.5 靜力受壓彈性模量

圖6為不同組合纖維再生混凝土彈性模量。由圖6看出，摻入6 mm玻璃纖維的G6P0組混凝土彈性模量較未摻入纖維的G0P0組混凝土明顯降低，這是由于纖維長(zhǎng)度過(guò)短，沒(méi)有起到限制裂縫擴(kuò)展的作用，使其抵抗能力降低，變形增大，彈性模量隨之降低。而隨著纖維長(zhǎng)度的增加，基體混凝土受玻璃纖維影響，剛度增大，彈性模量也隨之上升。從圖6還可以看出，混摻纖維的彈性模量較單摻的低，因?yàn)榫郾├w維的彈性模量較低，韌性大，摻入混凝土中后，基體的變形能力增大。

圖6 不同組合纖維再生混凝土的彈性模量

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)再生混凝土中單摻及混摻不同長(zhǎng)度的玻璃纖維及聚丙烯纖維來(lái)分析再生混凝土的力學(xué)性能，得到以下結(jié)論: 1)無(wú)論單摻還是混摻纖維，都可以提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度，且玻璃纖維較聚丙烯纖維提高效果明顯。2)經(jīng)試驗(yàn)表明，對(duì)于再生混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度，單摻玻璃纖維時(shí)要比混摻纖維時(shí)提高效果更明顯。3)聚丙烯纖維和玻璃纖維都對(duì)于提高混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度有明顯的增強(qiáng)作用，其中混摻18 mm玻璃纖維和30 mm聚丙烯纖維組合呈現(xiàn)良好的效果，達(dá)到3.61 MPa。4)玻璃纖維的長(zhǎng)度過(guò)短時(shí)，由于不能起到限制裂縫擴(kuò)展的作用、降低混凝土的彈性模量，而隨著玻璃纖維長(zhǎng)度的增加，彈性模量值也隨之增加。并且通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，聚丙烯纖維加入到玻璃纖維再生混凝土中后，其變形能力增大，彈性模量降低。

［1］ 肖建莊.再生混凝土［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008:1-4.

［2］ 陳愛(ài)玖，王 靜，章 青.正交法分析再生粗骨料混凝土的基本性能［J］.混凝土，2009，23(1):79-83.

［3］ 周靜海，何海進(jìn)，孟憲宏.再生混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)［J］.沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，26(3):466-467.

［4］ 劉數(shù)華.高性能再生骨料混凝土試驗(yàn)研究［J］.沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，25(2):263-266.

［5］ 徐至韻.纖維增強(qiáng)混凝土技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

［6］ 李志龍.有機(jī)仿鋼纖維增強(qiáng)混凝土試驗(yàn)研究［J］.橋梁檢測(cè)與加固，2009(1):43-45.

［7］ 林艷杰，李紅云.聚丙烯纖維輕骨料混凝土的抗壓性能實(shí)驗(yàn)研究［J］.硅酸鹽通報(bào)，2013，32(10):2160-2164.

［8］ 牛建剛，李京軍，尹亞柳.塑鋼纖維輕骨料混凝土力學(xué)性能及最佳纖維摻量試驗(yàn)研究［J］.硅酸鹽通報(bào)，2016，35(1): 87-91.

Experimental study on basic mechanical properties of hybrid fiber recycled concrete

Yao Lin Pei Changchun*
(College of Engineering Yanbian University，Yanji 133002，China)

Experiment studies on the effects of glass fiber and polypropylene fiber single doped and mixing of recycled concrete basic mechanical properties such as compressive strength，axial compressive strength，splitting tensile strength and static compressive elastic modulus.Experiment results show that the incorporation of fibers has little effect on the compressive strength of recycled concrete，but it can significantly improve the splitting tensile strength and elastic modulus，it can improve the overall performance of concrete.

recycled concrete，hybrid fiber，glass fiber，polypropylene fiber，mechanical properties

TU528

A

1009-6825(2016)35-0117-03

2016-09-30

姚 琳(1991-)，女，在讀碩士

裴長(zhǎng)春(1976-)，男，博士，講師