王 坤

(新疆交通科學(xué)研究院，烏魯木齊 830000)

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)行業(yè)的快速發(fā)展及技術(shù)的革新，使得面臨拆除改建的建筑工程越來(lái)越多， 隨之帶來(lái)了大量的廢舊建筑垃圾[1-2]。 據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)：截至2020 年初我國(guó)已產(chǎn)生了10 億多t 的廢舊建筑垃圾，并且還以每年15%左右的增速繼續(xù)增長(zhǎng)， 而目前廢舊建筑垃圾的主要處理方式為自然堆放，致使其占用了大量的土地資源，同時(shí)也造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[3]。再生混凝土是廢舊建筑垃圾處理的有效途徑之一， 但是普通的再生混凝土仍然存有強(qiáng)度低、脆性大的缺陷，因此如何改善再生混凝土的使用性能已成為了當(dāng)下熱點(diǎn)研究課題[4-5]。

目前， 國(guó)內(nèi)學(xué)者在聚丙烯纖維改善混凝土性能方面進(jìn)行了不少研究，如黃鑫等[6]通過(guò)采用正交試驗(yàn)研究了聚丙烯纖維長(zhǎng)度、砂率等因素對(duì)混凝土力學(xué)強(qiáng)度的影響；元成方等[7]通過(guò)對(duì)聚丙烯纖維混凝土展開(kāi)高溫試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了高溫條件下聚丙烯纖維混凝土的損傷機(jī)理；雷亮[8]以某橋梁工程施工為實(shí)例， 研究了聚丙烯纖維混凝土的配合比設(shè)計(jì)及其在橋梁工程的施工應(yīng)用。 聚丙烯纖維混凝土方面的現(xiàn)有研究成果頗多， 而其在改善再生混凝土方面的研究相對(duì)較少。基于此，本文將不同體積摻量的聚丙烯纖維和不同取代率的再生粗骨料進(jìn)行配比制備出C60纖維再生混凝土，以立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及干燥收縮變形為試驗(yàn)指標(biāo)， 詳細(xì)分析了聚丙烯纖維摻量對(duì)不同取代率再生混凝土強(qiáng)度及收縮性能的影響規(guī)律， 旨為聚丙烯纖維在再生混凝土工程中應(yīng)用提供一定參考及指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料及配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

試驗(yàn)原材料水泥采用P·O 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，密度為3140 kg/m3，比表面積為355 m2/kg，28 d 抗壓強(qiáng)度為51.7 MPa；天然粗骨料采用粒徑為5 mm～25 mm 的石灰?guī)r碎石，表觀密度為2730 kg/m3，單位體積質(zhì)量為1.53 kg/L，吸水性為0.85%，壓碎值為7.4%；再生粗骨料采用由廢棄混凝土破碎而成的碎石，粒徑范圍為5 mm～25 mm，表觀密度為2550 kg/m3，單位體積質(zhì)量為1.41 kg/L，吸水性為6.29%，壓碎值為13.7%；細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)為2.46 的中粗河砂，表觀密度為2610 kg/m3；聚丙烯纖維(PPF)采用單絲聚丙烯纖維，長(zhǎng)度為12 cm，密度為910 kg/m3，其各項(xiàng)物理性能指標(biāo)如表1 所示； 減水劑采用高效聚羧酸系減水劑；水為市政自來(lái)水。

表1 聚丙烯纖維的性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

聚丙烯纖維采用干摻的方式添加到C60 普通高強(qiáng)度混凝土中，普通與再生混凝土分別用NN、RN 表示。 試 驗(yàn) 基 準(zhǔn) 配 合 比 為C∶W∶S ∶G=1∶0.33∶1.45∶2.37，其中砂率為38%， 聚丙烯纖維摻量分別為0%、0.05%、0.10%、0.15%、0.2%，再生粗骨料取代率分別為0、30%、50%，為了便于試驗(yàn)過(guò)程中相關(guān)表述，分別將不同再生粗骨料取代率的混凝土試件分成NN0、RN30 和RN50 三組，所采用的配合比設(shè)計(jì)具體如表2所示。

表2 再生混凝土配合比設(shè)計(jì)

2 試驗(yàn)方法

表3 再生混凝土養(yǎng)護(hù)條件及試件尺寸

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 立方體抗壓強(qiáng)度

通過(guò)對(duì)不同聚丙烯纖維再生混凝土試件進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度測(cè)試，得到28 d 齡期時(shí)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同聚丙烯纖維再生混凝土的抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)結(jié)果

由圖1 可知，在未摻聚丙烯纖維情形下，混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度隨著再生粗骨料的增加逐漸降低； 隨著聚丙烯纖維摻量的增加，NN0、RN30 和RN50 三組混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度均呈先減小后增大的變化， 但各組混凝土的抗壓強(qiáng)度整體表現(xiàn)為明顯降低， 表明了聚丙烯纖維的摻入不能有效增強(qiáng)基準(zhǔn)混凝土和再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，原因是聚丙烯纖維屬于柔性類(lèi)纖維，其彈性模量遠(yuǎn)低于普通混凝土， 因而無(wú)法承擔(dān)水泥基體受壓過(guò)程中產(chǎn)生的分散力， 故聚丙烯纖維不能改善再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度。

3.2 劈裂抗拉強(qiáng)度

通過(guò)對(duì)不同聚丙烯纖維再生混凝土試件進(jìn)行劈裂抗拉強(qiáng)度測(cè)試， 得到28 d 齡期時(shí)抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同聚丙烯纖維再生混凝土的抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)結(jié)果

由圖2 可知， 聚丙烯纖維再生混凝土的抗拉強(qiáng)度都隨著再生粗骨料的增加逐漸減小； 在相同再生粗骨料取代率條件下，隨著聚丙烯纖維摻量的增加，NN0、RN30 和RN50 組混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度均呈先增大后減小的變化趨勢(shì)， 其中NN0 和RN50 組的劈裂抗拉強(qiáng)度在聚丙烯纖維摻量0%至0.10%范圍內(nèi)逐漸增大，而N30 組的劈裂抗拉強(qiáng)度則在聚丙烯纖維摻量0%至0.15%范圍內(nèi)逐漸增大， 當(dāng)聚丙烯纖維摻量超過(guò)相應(yīng)的范圍后各組混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度均隨之逐漸降低。 NN0、RN30 和RN50 組混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度最大值分別為4.19 MPa、3.95 MPa、3.58 MPa， 較基準(zhǔn)混凝土分別增長(zhǎng)了9.7%、6.8%、6.2%，表明聚丙烯纖維摻入能夠有效增強(qiáng)混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度， 原因是聚丙烯纖維的彈性模量較低且具有良好的延性，可在混凝土基體內(nèi)部形成有效的空間網(wǎng)絡(luò)，因此適量分散的聚丙烯纖維起到了良好的黏聚及抗拉作用， 而聚丙烯摻量過(guò)大會(huì)造成纖維發(fā)生結(jié)團(tuán)或分散不均現(xiàn)象，致使混凝土基體的宏觀缺陷可能性得到提高， 從而降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度。

3.3 抗折強(qiáng)度

通過(guò)對(duì)不同聚丙烯纖維再生混凝土試件進(jìn)行抗折強(qiáng)度測(cè)試，得到28 d 齡期時(shí)抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同聚丙烯纖維再生混凝土的抗折強(qiáng)度實(shí)測(cè)結(jié)果

根據(jù)圖3 可知，隨著再生粗骨料的增加，不同聚丙烯纖維再生混凝土的抗折強(qiáng)度均逐漸減??； 隨著聚丙烯纖維摻量的增加，NN0、RN30 和RN50 組再生混凝土的抗折強(qiáng)度整體上都呈現(xiàn)出增大的變化趨勢(shì)， 其中當(dāng)聚丙烯纖維摻量為0%時(shí)， 各組再生混凝土的抗折強(qiáng)度分別為6.5 MPa、5.38 MPa、4.72 MPa， 而當(dāng)聚丙烯纖維摻量增至0.15%時(shí)， 混凝土的抗折強(qiáng)度分別為7.57 MPa、6.9 MPa、6.52 MPa，較前者分別提高了16.5%、28.3%、38.1%，說(shuō)明合理?yè)搅康木郾├w維能夠有效增強(qiáng)再生混凝土的抗折強(qiáng)度， 原因是聚丙烯纖維在混凝土基體折斷過(guò)程中發(fā)揮出良好的牽拉作用，故抗壓強(qiáng)度和延性得到明顯提高；但聚丙烯纖維過(guò)量容易形成雜亂堆積、應(yīng)力集中等現(xiàn)象，從而致使抗折強(qiáng)度降低。

3.4 干燥收縮

通過(guò)對(duì)不同聚丙烯纖維再生混凝土試件進(jìn)行干燥收縮測(cè)試， 分別得到7 d、14 d、28 d、60 d、90 d 齡期時(shí)的干燥收縮率變化曲線如圖4 所示。

由圖4 可知，隨著再生骨料或齡期的增大，不同聚丙烯纖維再生混凝土的干燥收縮率也逐漸增大； 隨著聚丙烯纖維的增加， 再生混凝土的干燥收縮率整體上均呈逐漸下降的變化趨勢(shì)， 說(shuō)明聚丙烯纖維有利于增強(qiáng)再生混凝土的干燥收縮性能，原因是聚丙烯纖維質(zhì)地比較柔軟，其摻入基體內(nèi)能很好的與水泥砂漿緊密粘結(jié)， 從而提高了混凝土基體抵抗應(yīng)力及變形的能力， 故在一定程度削弱了混凝土的干燥收縮程度。 當(dāng)聚丙烯纖維摻量在0～0.10%范圍內(nèi)時(shí)，各組再生混凝土的干燥收縮降幅較為明顯；當(dāng)聚丙烯纖維摻量在0.10%～0.20%范圍內(nèi)時(shí)，混凝土的干燥收縮降幅隨著聚丙烯纖維摻量的增加逐漸趨于平穩(wěn)，而過(guò)量的纖維在基體內(nèi)部容易產(chǎn)生結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，使得改善再生混凝土干燥收縮性能的最佳纖維摻量難以確定，但當(dāng)齡期為90d、聚丙烯纖維摻量為0.20%時(shí)，NN0、RN30和RN50 組再生混凝土的干燥收縮率分別為3.74×10-4、5.72×10-4、6.71×10-4，較基準(zhǔn)混凝土均有明顯的降低。

圖4 不同聚丙烯纖維再生混凝土的干燥收縮率變化曲線

4 結(jié)語(yǔ)

(1)隨著再生骨料的增多，聚丙烯纖維再生混凝土的強(qiáng)度整體上均有不同程度的降低， 而其干燥收縮率則隨之逐漸增大。

(2) 聚丙烯纖維不能有效改善再生混凝土的抗壓強(qiáng)度， 但合理?yè)搅康木郾├w維有利于改善再生混凝土的韌性，增強(qiáng)再生混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。

(3)聚丙烯纖維能與再生混凝土基體內(nèi)的水泥砂漿緊密結(jié)合，有利于提升混凝土基體抵抗應(yīng)力及變形的能力，增強(qiáng)了再生混凝土的干燥收縮性能， 可作為改善再生混凝土干燥收縮性能比較理想的材料之一。