董家豪 鄭世鵬 夏松林 李珍淑*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

0 引言

隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，我國(guó)的水泥用量大大增加，2016年全國(guó)水泥產(chǎn)量24億t，僅生產(chǎn)水泥產(chǎn)生的CO2就超過(guò)10億t，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生極大破壞，并加劇了溫室效應(yīng)現(xiàn)象。還有燃煤電廠所產(chǎn)生的粉煤灰長(zhǎng)期堆存不僅占用大量土地資源，其中的有害物質(zhì)會(huì)滲透到粉煤灰堆場(chǎng)附近的土壤，污染堆場(chǎng)附近水體。除此之外，高爐煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的礦渣等廢棄物，露天堆放也會(huì)污染空氣毒害土壤。以礦渣、粉煤灰等固體工業(yè)廢棄物取代水泥，同時(shí)用部分再生砂替代天然砂生產(chǎn)的砂漿，雖然可以減少水泥消耗，節(jié)約天然骨料資源，有利于節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的原則。但是該無(wú)熟料砂漿力學(xué)性能較差，因此本文通過(guò)研究聚丙烯纖維和聚丙烯腈纖維不同摻量對(duì)無(wú)熟料砂漿抗壓和抗折強(qiáng)度的影響，探究出最佳的混雜纖維摻量，為無(wú)熟料水泥再生骨料砂漿抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的提高提供參考。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及方法

1.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

砂漿配合比見(jiàn)表1。

表1 砂漿配合比 kg/m3

試驗(yàn)1組為對(duì)照組，2組～5組為聚丙烯低摻量組，用AL表示，6組～9組為聚丙烯高摻量組，用AH表示。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用的吉林省延吉市生產(chǎn)的Ⅰ粉煤灰;礦渣為河北靈壽縣潤(rùn)發(fā)礦生產(chǎn)的S95級(jí)?；郀t礦渣微粉，生石灰為汪清縣大興溝鎮(zhèn)廟嶺白灰廠生產(chǎn)，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為Q/WSB.01—1996;激發(fā)劑NaOH和KOH試劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%，86%，天然砂為延吉本地產(chǎn)天然河沙，堆積密度為1 550 kg/m3;試驗(yàn)用再生細(xì)骨料堆積密度為1 460 kg/m3，減水劑為延吉方正建筑有限公司的聚羧酸減水劑，聚丙烯和聚丙烯腈纖維性能如表2所示。

表2 纖維性能

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)先將粉煤灰、礦渣、細(xì)骨料及混雜纖維機(jī)械干拌60 s，然后將加入激發(fā)劑的水和減水劑倒入攪拌鍋中，繼續(xù)攪拌180 s，并將攪拌好的砂漿裝模后插搗抹平，最后用水泥膠砂振動(dòng)臺(tái)振實(shí)。砂漿抗壓及抗折強(qiáng)度按照GB/T 17671—1999水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法測(cè)定。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 抗壓強(qiáng)度

圖1和圖2分別為7 d和28 d再生砂漿抗壓強(qiáng)度。由圖1，圖2可見(jiàn)，7 d和28 d對(duì)照組的強(qiáng)度分別為21.82 MPa，34.18 MPa。在AH組隨聚丙烯腈纖維摻量的增加，7 d和28 d齡期強(qiáng)度先增加后下降再上升，具有波動(dòng)性；在聚丙烯腈纖維摻量為0.9 kg/m3時(shí)達(dá)到最高強(qiáng)度分別為33.77 MPa,42.22 MPa，與對(duì)照組相比提升了54.8%,23.5%；AL組中，在聚丙烯腈纖維摻量0.9 kg/m3時(shí)達(dá)到最高強(qiáng)度，分別為38.82 MPa,43.22 MPa，與對(duì)照組相比提升了77.9%，26.44%。聚丙烯腈纖維摻量為0.9 kg/m3時(shí)，不同摻量的聚丙烯組強(qiáng)度都達(dá)到最高值， AL組比AH組在各齡期強(qiáng)度分別提高15%,1.8%。分析原因，混雜纖維的加入使再生砂漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生改變，原有的再生砂漿界面會(huì)出現(xiàn)新的變化，當(dāng)混雜纖維處于較低摻率時(shí)，纖維的分散性較好，使骨料和膠凝材料能夠較好的連接，有效發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用；當(dāng)混雜纖維處于較高摻率時(shí)，纖維在砂漿基體中分布不均勻，導(dǎo)致砂漿內(nèi)部薄弱處增加，使抗壓強(qiáng)度相對(duì)低摻率混雜纖維組下降[2]。

2.2 抗折強(qiáng)度

圖3和圖4分別表示7 d和28 d再生砂漿抗折強(qiáng)度。由圖3，圖4可見(jiàn)，對(duì)照組7 d和28 d抗折強(qiáng)度分別為3.19 MPa和4.95 MPa，與對(duì)照組相比，混雜纖維的加入可以顯著提高再生砂漿抗折強(qiáng)度。在7 d齡期時(shí)，AL組和AH組隨聚丙烯腈纖維摻量的增加，抗折強(qiáng)度表現(xiàn)為先增加后下降再上升，最大抗折強(qiáng)度為AL中聚丙烯腈摻量0.9 kg/m3的組，最大值為5.77 MPa，相比對(duì)照組提高81%；28 d齡期時(shí)，AH組抗折強(qiáng)度整體比AL組低，AL組強(qiáng)度隨聚丙烯腈摻量增加先上升后下降，最高抗折強(qiáng)度為聚丙烯腈摻量0.9 kg/m3的組，最大值為7.34 MPa。分析原因可知，當(dāng)混雜纖維處于較低摻率時(shí)，纖維分散性較好，砂漿與混雜纖維能形成良好的界面條件。在試件承受荷載后，界面會(huì)將荷載傳遞給纖維，減少再生砂漿承受的荷載，有效地增加抗折強(qiáng)度;而當(dāng)纖維摻量過(guò)高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)纖維結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，纖維分散性較差，造成應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致纖維砂漿抗折強(qiáng)度降低[3]。

2.3 壓折比

壓折比能夠反映砂漿的柔韌性，是抗壓與抗折強(qiáng)度的比值，砂漿的壓折比越小，柔韌性越好，往往越不容易產(chǎn)生裂縫。從圖5和圖6中可見(jiàn)，在7 d齡期時(shí)，高摻率聚丙烯AH組的壓折比變化不大，低摻率聚丙烯AL組隨聚丙烯腈摻量增加整體下降；28 d時(shí)聚丙烯腈摻量為0.9 kg/m3的聚丙烯低摻率組的壓折比達(dá)到試驗(yàn)最低數(shù)值5.86，相比對(duì)照組下降15.2%[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

1)混雜纖維的摻入能有效提高再生砂漿的抗壓和抗折性能。

2)混雜纖維的摻量存在最佳值，超過(guò)該值混雜纖維對(duì)再生砂漿抗壓和抗折性能的增強(qiáng)效果會(huì)下降，本組試驗(yàn)的最佳摻量為聚丙烯腈0.9 kg/m3，聚丙烯0.75 kg/m3。

3)混雜纖維處于最佳摻量時(shí)，能有效降低壓折比，提高再生砂漿柔韌性。

參考文獻(xiàn):

[1] 李 斌,蔡漢超,纏宏宇.聚丙烯腈纖維對(duì)混凝土強(qiáng)度及耐磨性的影響[J].混凝土與水泥制品,2015(4):49-53.

[2] 張麗哲.聚丙烯腈纖維混凝土的抗壓與抗折性能試驗(yàn)研究[J].南通大學(xué)學(xué)報(bào),2012,11(3):40-42.

[3] 房志恒,李星磊.混雜纖維混合物砂漿力學(xué)性能分析[J].山西建筑,2017,43(14):98-100.

[4] 李燕飛,楊健輝,丁 鵬,等.混雜纖維混凝土力學(xué)性能研究[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2013(2):60-64.