侯莉娜，何夢迪，黃 煒，周雪峰

(1.西安工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院,陜西 西安 710021；2.西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055)

當(dāng)前，我國城市建設(shè)規(guī)模逐年擴(kuò)大，每年產(chǎn)生建筑垃圾達(dá)24億噸左右，約占城市垃圾總量的40%[1]。將廢棄建筑垃圾作為再生骨料研發(fā)再生骨料混凝土，是廢棄建筑垃圾循環(huán)利用的有效途徑，對保護(hù)自然環(huán)境具有重要意義。對廢棄混凝土的研究，最早始于前蘇聯(lián)學(xué)者Gluzhge。20世紀(jì)70年代，日本和丹麥等國相繼開展了再生混凝土的研究[2]。目前，國內(nèi)外學(xué)者對再生骨料混凝土力學(xué)性能的研究已取得較多成果。然而，再生骨料混凝土自身存在壓碎指標(biāo)高、骨料硬度低、孔隙率大等不足，制約了其工程應(yīng)用范圍。

將纖維摻入再生混凝土中，形成纖維增強(qiáng)再生混凝土，是對再生混凝土增強(qiáng)改性的有效措施。摻入纖維后的再生混凝土由于纖維的橋接作用減輕了其內(nèi)部微缺陷的萌生及擴(kuò)展，使其力學(xué)性能顯著提高，擴(kuò)大了再生混凝土的應(yīng)用范圍[3]。國內(nèi)外研究者相繼開展了纖維再生混凝土的相關(guān)研究工作，并取得了一定的研究成果。本文主要針對目前國內(nèi)外有關(guān)纖維增強(qiáng)再生混凝土力學(xué)性能的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析不同纖維對再生混凝土力學(xué)性能的影響規(guī)律，主要包括常溫條件下纖維增強(qiáng)再生混凝土的力學(xué)性能，高溫條件下纖維再生混凝土的力學(xué)性能及纖維再生混凝土的動態(tài)沖擊性能等，為纖維增強(qiáng)再生混凝土的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供參考，并提出了需要進(jìn)一步解決的問題及研究建議。

1 常溫條件下纖維增強(qiáng)再生混凝土基本力學(xué)性能研究現(xiàn)狀

纖維增強(qiáng)再生混凝土常溫條件下的基本力學(xué)性能是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。研究人員主要針對不同種類纖維增強(qiáng)再生混凝土的抗拉、抗壓、抗折及抗彎性能和材料本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行研究。

1.1 抗拉性能

目前多通過纖維再生混凝土的劈裂抗拉試驗(yàn)對不同纖維再生混凝土的抗拉性能及其影響因素(如：纖維摻量、纖維長徑比、再生骨料替代率及纖維加入方式等)進(jìn)行研究。

章文嬌等[4]試驗(yàn)表明鋼纖維可顯著增強(qiáng)再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，當(dāng)纖維摻量為117 kg/m3時，抗拉強(qiáng)度增強(qiáng)率達(dá)49.2%?；艨》嫉萚5]研究發(fā)現(xiàn)再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度與鋼纖維摻量呈正相關(guān)，但隨再生骨料取代率的增加而降低。張麗娟[6]通過鋼纖維再生混凝土配合比正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鋼纖維體積率對劈拉強(qiáng)度影響顯著，水膠比影響次之，再生骨料取代率的影響最小。除此之外，唐佳軍等[7]研究表明纖維撒布層數(shù)及摻量的增加均可提高再生混凝土的劈拉強(qiáng)度。Nazarimofrad等[8]發(fā)現(xiàn)同時使用硅灰和鋼纖維對再生骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度增強(qiáng)顯著，主要原因是鋼纖維與含硅灰的砂漿粘結(jié)性更好。

針對聚丙烯纖維增強(qiáng)再生混凝土抗拉性能的研究結(jié)果均表明，聚丙烯纖維可提高再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度[4]，并且，李坤[9]、霍俊芳等[5]試驗(yàn)(纖維摻量分別為0%～ 0.4%和0.2% ～ 0.8%)發(fā)現(xiàn)，聚丙烯纖維摻量與再生混凝土劈拉強(qiáng)度呈正相關(guān)。何文昌等[10]進(jìn)行的高摻量(0.6% ～ 1.2%)聚丙烯纖維再生混凝土劈裂抗拉試驗(yàn)結(jié)果表明，再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度雖有提高，但隨纖維摻量的增加，提高幅度逐漸降低。此外，郝彤等[11]研究發(fā)現(xiàn)振動攪拌工藝下，聚丙烯纖維對再生混凝土抗拉性能增強(qiáng)效果優(yōu)于傳統(tǒng)靜力攪拌。

李坤[9]、Dilbas等[12]通過對玄武巖纖維增強(qiáng)再生混凝土抗拉性能試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)不同摻量(0.1%～0.4%，0%～1.0%)玄武巖纖維均對再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度有所提高。田凱[13]研究則表明，當(dāng)玄武巖纖維的摻量為6 kg/m3時，其劈裂抗拉強(qiáng)度提高顯著。李曉路等[14]同時考慮不同再生骨料替代率及纖維摻量影響，結(jié)果表明，玄武巖纖維對于較大再生骨料替代率下的混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度增強(qiáng)效果仍十分明顯，如表1所示。此外，高銀[15]對不同長度玄武巖纖維再生混凝土抗拉性能研究表明，長度為12 mm，體積摻量為0.15%時抗拉強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)。

表1 不同玄武巖纖維摻量下劈裂拉伸強(qiáng)度[14]Tab.1 Splitting tensile strength under differentbasalt fiber contents

李坤[9]混摻玄武巖-聚丙烯纖維，發(fā)現(xiàn)不同摻量(玄武巖：0% ～ 0.4%；聚丙烯：0%，0.2%，0.4%)下再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度均可得到提高。任莉莉[16]研究則表明，混摻玄武巖-聚丙烯纖維大部分試件劈裂抗拉強(qiáng)度有所提高，但纖維摻量過多時，劈裂抗拉強(qiáng)度反而降低。此外，章文嬌等[4]、孔祥清等[17]均認(rèn)為混摻鋼-聚丙烯纖維再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度增長幅度優(yōu)于單摻纖維，且孔祥清等[18]還發(fā)現(xiàn)混雜纖維再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度隨鋼纖維長徑比增加逐漸增加，隨聚丙烯纖維長徑比增加呈先下降后上升趨勢。

除此之外，姚運(yùn)等[19]發(fā)現(xiàn)玻璃纖維再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度隨再生骨料替代率增大而降低。Ali等[20]試驗(yàn)研究表明，摻入適量粉煤灰后，玻璃纖維再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度隨齡期增長呈增長趨勢。王建超等[21]指出碳纖維再生混凝土劈拉強(qiáng)度隨再生骨料摻量增多而減小，隨水灰比增大而減小。

上述研究表明，不同纖維均對再生混凝土抗拉性能有提高，多數(shù)纖維再生混凝土的劈拉強(qiáng)度隨著纖維的摻量增加呈提高趨勢，但會隨再生骨料替代率的增加而有所降低。其中，玄武巖纖維再生混凝土在較大骨料替代率下增強(qiáng)效果仍十分明顯。然而對于混摻纖維的比例和纖維加入方式使再生混凝土抗拉性能達(dá)到最優(yōu)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，仍需進(jìn)一步研究。

1.2 抗壓性能

抗壓性能是混凝土基本力學(xué)性能之一，對于纖維增強(qiáng)再生混凝土具有重要的研究意義。本節(jié)從不同纖維出發(fā)，總結(jié)纖維再生混凝土抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律。

針對鋼纖維再生混凝土，章文嬌等[4]試驗(yàn)表明，鋼纖維可提高再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度，當(dāng)鋼纖維摻量為39 kg/m3時，立方體抗壓強(qiáng)度提高10.2%，軸心抗壓強(qiáng)度提高10.8%。Nazarimofrad等[8]試驗(yàn)表明，再生混凝土抗壓強(qiáng)度受母材混凝土抗壓強(qiáng)度影響較大。張麗娟[6]發(fā)現(xiàn)再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨水膠比減小不斷增大，隨再生骨料取代率增加呈先增加后下降趨勢。此外，唐佳軍等[7]、霍俊芳等[5]及Anike等[22]均發(fā)現(xiàn)，隨鋼纖維摻量增加，抗壓強(qiáng)度先增加后減小，該現(xiàn)象是由于纖維摻量過多時，會引起“球團(tuán)效應(yīng)”，形成薄弱區(qū)，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度降低。Liu等[23]對鋼纖維增強(qiáng)再生功能梯度混凝土進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)不同混合物對再生功能梯度混凝抗壓強(qiáng)度影響不同，并提出復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度公式：

(1)

式中：fcm,FGG為復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度；fcm1為第一層材料抗壓強(qiáng)度，fcm2為第二層材料抗壓強(qiáng)度；V1為第一層體積，V2為第二層體積；VT為總體積。

Chan等[24]試驗(yàn)研究表明，鋼纖維再生骨料功能梯度混凝土增強(qiáng)層與試塊總高度的比值h/H<0.75時，再生骨料纖維混凝土(R-concretes)的抗壓強(qiáng)度比相應(yīng)的天然骨料纖維混凝土(N-concretes)低30%，當(dāng)h/H=1.00時，R-concretes抗壓強(qiáng)度比N-concretes低53%。

在聚丙烯纖維對再生混凝土抗壓性能影響方面，章文嬌等[4]、李坤[9]、何文昌等[10]均發(fā)現(xiàn)，加入聚丙烯纖維后再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度下降，但降幅不大，最高下降5.1%。郝彤等[11]則發(fā)現(xiàn)振動拌合工藝下抗壓強(qiáng)度比傳統(tǒng)靜力攪拌有提高。

對玄武巖纖維再生混凝土抗壓性能的研究主要考慮因素是再生骨料取代率及纖維摻量。李素娟[25]、田凱[13]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，再生骨料取代率為50%時，隨纖維摻量增加，再生混凝土抗壓強(qiáng)度小幅度提升。但李曉路等[14]得出結(jié)論，當(dāng)再生骨料取代率為20% ～ 40%時，在0.1%和0.2%玄武巖纖維摻量下，隨纖維摻量增加，其抗壓強(qiáng)度降低，但在0.3%纖維摻量下，其抗壓強(qiáng)度開始提高。高銀[15]通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)摻量和長度的玄武巖纖維(摻量為0.15% ～ 0.3%，長度<20 mm)對再生混凝土有一定增強(qiáng)作用，當(dāng)摻量大于0.3%，長度大于20 mm時，再生混凝土抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)降低，其原因是，混凝土攪拌過程中玄武巖會吸收大量水，導(dǎo)致再生混凝土中水泥不能完全發(fā)生水化反應(yīng)，從而引起抗壓強(qiáng)度降低。

在混雜纖維再生混凝土抗壓性能方面，任莉莉[16]試驗(yàn)研究表明，玄武巖-聚丙烯混雜纖維對再生混凝土抗壓強(qiáng)度有明顯提高作用，但纖維摻量過多時(>0.3%)，纖維分布的不均勻性反而會使抗壓強(qiáng)度降低，結(jié)果見圖1。章文姣等[4]、孔祥清等[17]發(fā)現(xiàn)，混摻鋼-聚丙烯纖維，再生混凝土抗壓強(qiáng)度的提高幅度介于單摻纖維之間。同時，混雜纖維摻量一定，再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨鋼纖維長徑比增加不斷增加，隨聚丙烯長徑比增加先增加再減小。李坤[9]試驗(yàn)結(jié)果表明，混摻玄武巖-聚丙烯纖維再生混凝土抗壓性能優(yōu)于單摻纖維，當(dāng)聚丙烯纖維含量為0.4%，玄武巖含量為0.1% ～ 0.3%時，混雜纖維再生混凝土抗壓強(qiáng)度均大于對應(yīng)的單摻纖維再生混凝土和素再生混凝土。

圖1 玄武巖-聚丙烯混雜纖維再生混凝土試件立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果[16]Fig.1 Test results of cube compressive strength of basalt-polypropylene hybrid fiber recycled concrete specimen

除此之外，姚運(yùn)等[19]試驗(yàn)表明，玻璃纖維再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨骨料替代率的增加整體呈下降趨勢。王建超等[26]發(fā)現(xiàn)廢棄丙綸纖維再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨纖維摻量增加逐漸增加。王建超等[21]還發(fā)現(xiàn)碳纖維再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨水灰比增大而減小，隨再生骨料摻入量的增多而減小。Ali等[20]發(fā)現(xiàn)，同時加入玻璃纖維和粉煤灰可提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度，且28天和90天抗壓強(qiáng)度值的差異隨著粉煤灰摻量的增加而增加。

綜上所述，除聚丙烯纖維外，其余纖維在適當(dāng)摻量下，均可提高再生混凝土的抗壓性能。此外，再生混凝土取代率是影響纖維再生混凝土抗壓性能的另一重要因素。然而，目前僅玄武巖纖維再生混凝土抗壓性能研究同時考慮了纖維摻量與再生混凝土取代率耦合影響，其余均只考慮單因素變量。因此，如何確定在一定的再生混凝土取代率下，使再生混凝土抗壓性能達(dá)到最佳的合理纖維摻量尚需進(jìn)一步研究。此外，對鋼纖維纖維再生骨料功能梯度混凝土抗壓性能的研究還應(yīng)考慮纖維摻量的影響。

1.3 抗折性能

抗折性能是評價纖維再生混凝土受到彎曲負(fù)荷不發(fā)生破壞的指標(biāo)。本節(jié)分別闡述不同種類纖維對再生混凝土抗折強(qiáng)度的增強(qiáng)作用。

通過鋼纖維再生混凝土抗折性能試驗(yàn)，霍俊芳等[5]、孔祥清等[18]發(fā)現(xiàn)加入鋼纖維的再生混凝土抗折性能明顯提高，且再生混凝土抗折強(qiáng)度與鋼纖維摻量呈正相關(guān)關(guān)系。

朱紅兵等[27]、霍俊芳等[5]研究結(jié)果均表明一定摻量下(0 ～ 1.6 kg/m3)的聚丙烯纖維可提高再生混凝土抗折性能。何文昌等[10]、孔祥清等[28]則發(fā)現(xiàn)與素再生混凝土相比，高摻量(0.6% ～ 1.2%)聚丙烯纖維再生混凝土抗折強(qiáng)度有明顯提高，當(dāng)纖維摻量增加大于0.9%時，提高幅度開始降低。此外，朱紅兵等[27]還發(fā)現(xiàn)加入聚丙烯纖維使再生混凝土抗折疲勞壽命明顯提升。

在玄武巖纖維抗折性能方面，田凱[13]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玄武巖纖維摻量較低(3 kg/m3)時，再生混凝土的抗折強(qiáng)度降低，主要是因?yàn)樾鋷r纖維比表面積較大，較低摻量會使再生混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫，從而降低再生混凝土的抗折強(qiáng)度。但當(dāng)玄武巖纖維摻量為6 kg/m3時，再生混凝土的抗折強(qiáng)度增至最大，較素再生混凝土提高10.5%。

針對混雜纖維對再生混凝土抗折性能的影響，孔祥清等[17]試驗(yàn)結(jié)果(見圖2)表明，當(dāng)鋼纖維摻量為1.5%，聚丙烯纖維摻量為0.6%時，再生混凝土增強(qiáng)效果最優(yōu)，與單摻1.5%鋼纖維時再生混凝土抗折強(qiáng)度相近，可見，混摻纖維對再生混凝土抗折強(qiáng)度的提高作用較單摻鋼纖維更顯著。何旭升[29]通過對混雜摻入聚丙烯三枝抗老化纖維和改性聚丙烯TANK纖維試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)摻加纖維使再生混凝土抗折強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，全部大于普通混凝土。

圖2 抗折強(qiáng)度與鋼-聚丙烯混雜纖維摻量關(guān)系[17]Fig.2 Relationship between flexural strength and the content of steel-polypropylene hybrid fiber

綜上所述，不同種類的纖維均會對再生混凝土抗折性能產(chǎn)生積極影響，但玄武巖摻量較低時，會降低再生混凝土的抗折強(qiáng)度。因此，確定合理纖維摻量需進(jìn)一步研究。此外，現(xiàn)有研究均僅以纖維摻量為關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行纖維增強(qiáng)混凝土抗折性能分析，因此，對影響抗折性能的其他潛在因素(再生混凝土取代率，纖維長度、攪拌工藝等)還應(yīng)進(jìn)一步研究。

1.4 抗彎性能

對纖維增強(qiáng)再生混凝土抗彎性能的研究，研究人員主要集中在鋼纖維、聚丙烯纖維和混雜纖維再生混凝土彎曲性能的研究。

張麗娟[6]通過對鋼纖維再生混凝土小梁的四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)再生骨料取代率、鋼纖維體積率一定時，鋼纖維再生混凝土彎曲性能指標(biāo)隨抗壓強(qiáng)度增加而增加，當(dāng)抗壓強(qiáng)度相近、鋼纖維體積率不變時，再生混凝土小梁彎拉強(qiáng)度、彎曲韌性隨再生骨料取代率增加略有增長?？紫榍宓萚28]試驗(yàn)表明，鋼纖維的加入可以改善再生混凝土的彎曲韌性，當(dāng)鋼纖維的摻量較高時，試件的荷載-撓度曲線會出現(xiàn)二次強(qiáng)化。Anike等[22]研究表明，使用常規(guī)方法設(shè)計的鋼纖維再生混凝土使得抗彎強(qiáng)度有提高，使用等效砂漿體積混合設(shè)計方法彎曲強(qiáng)度有降低。Liu[23]等分別采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)法EN 14651/210+A1和巴塞羅那試驗(yàn)法，研究鋼纖維增強(qiáng)再生功能梯度混凝土的彎曲和殘余拉伸強(qiáng)度。歐洲標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)法顯示，鋼纖維增強(qiáng)再生功能梯度混凝土開裂后呈先軟化后硬化的現(xiàn)象，巴塞羅那試驗(yàn)則未觀察到這種差異。Hu等[30]對鋼纖維再生功能梯度混凝土的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隨著纖維再生骨料混凝土厚度在總試件厚度中占比的增加，試件抗彎性能逐漸降低。Chan等[24]試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，纖維再生骨料混凝土厚度與總試件厚度h/H≤0.50且鋼纖維摻量≤0.50%時，試件呈軟化開裂，h/H≥0.75且鋼纖維摻量≥0.75%時，試件呈硬化開裂。

通過對聚丙烯纖維增強(qiáng)再生混凝土抗彎性能的研究，孔祥清等[28]發(fā)現(xiàn)隨著聚丙烯摻量的增加，試件峰值荷載逐漸增大，荷載-撓度曲線逐漸豐滿。

孔祥清等[28]同時進(jìn)行的混摻鋼-聚丙烯纖維再生混凝土彎曲性能試驗(yàn)表明(見圖3)，混雜纖維對再生混凝土彎曲破壞時承受的最大荷載、初裂撓度及韌性指數(shù)均有很大改善，改善效果優(yōu)于單摻纖維。當(dāng)鋼纖維摻量為1.0%，聚丙烯纖維摻量為0.9%時，混雜纖維再生混凝土表現(xiàn)出良好的混雜效應(yīng)，對彎曲性能的改善最為理想。

圖3 聚丙烯-鋼纖維摻量與韌性指數(shù)關(guān)系[28]Fig.3 Relationship between fiber content of polypropylene-steel fiber and toughness index

Ali等[20]試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，玻璃纖維的加入提高了材料在拉伸荷載作用下的抗開裂能力，對抗彎性能有利，添加粉煤灰的玻璃纖維再生混凝土抗彎強(qiáng)度提高幅度更大。

總之，加入上述纖維對再生混凝土抗彎性能均有一定的提高，后續(xù)研究要進(jìn)一步考慮多因素的耦合作用(纖維摻量、再生骨料替代率、纖維長度、纖維長徑比等)。同時，對鋼纖維增強(qiáng)再生功能梯度混凝土抗彎性能的研究可進(jìn)一步考慮不同層材料強(qiáng)度及體積因素影響。

1.5 本構(gòu)關(guān)系

在鋼纖維增強(qiáng)再生混凝土本構(gòu)關(guān)系研究方面，高丹盈等[31]發(fā)現(xiàn)鋼纖維再生混凝土破壞時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與鋼纖維混凝土類似，且隨鋼纖維體積率增加，峰值應(yīng)力及應(yīng)變增大，并建立了鋼纖維再生混凝土單軸受壓本構(gòu)模型及其表達(dá)式。

李斌等[32]認(rèn)為加入鋼纖維可有效抑制裂縫和材料內(nèi)部損傷的發(fā)展，使再生磚骨料混凝土延性及韌性得到增強(qiáng)，并建立了鋼纖維再生磚骨料混凝土損傷本構(gòu)模型。

田凱[13]認(rèn)為玄武巖纖維再生混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系曲線與普通混凝土有相似之處，且玄武巖纖維摻量對再生混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線形狀影響較大(見圖4)。

圖4 玄武巖纖維再生混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線[13]Fig.4 Compression stress-strain curve of basalt fiber recycled concrete

在廢棄纖維再生混凝土本構(gòu)關(guān)系方面，王建超等[26]基于試驗(yàn)結(jié)果，建立了廢棄纖維再生混凝土單軸受壓本構(gòu)模型，并與GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》給出的單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)吻合度較高，且還發(fā)現(xiàn)廢棄纖維再生混凝土峰值應(yīng)變隨纖維長度、纖維體積摻量增加而增加。

對聚丙烯纖維增強(qiáng)再生混凝土，張婷等[33]基于理論研究，推導(dǎo)出聚丙烯纖維再生混凝土單軸受壓本構(gòu)模型，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立單軸受壓損傷本構(gòu)方程，依據(jù)方程做出理論曲線，與試驗(yàn)曲線對比發(fā)現(xiàn)二者擬合度較高。張婷還基于雙剪強(qiáng)度理論，推導(dǎo)出聚丙烯纖維再生混凝土雙剪損傷本構(gòu)模型，建立纖維混凝土損傷本構(gòu)模型從單軸到雙軸的轉(zhuǎn)化方法。譚藝帥[34]在規(guī)范的基礎(chǔ)上，建立了聚丙烯纖維再生混凝土單軸受壓損傷本構(gòu)模型，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)加入聚丙烯纖維會大幅度降低試件的初始損傷。

總之，纖維再生混凝土單軸受壓破壞應(yīng)力-應(yīng)變曲線與普通混凝土有相似之處，纖維可有效提高再生混凝土的延性。目前，纖維增強(qiáng)再生混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系多是基于單軸受壓情況，為推進(jìn)再生混凝土在實(shí)際工程中的應(yīng)用，需將單軸受壓本構(gòu)關(guān)系擴(kuò)展至多軸，進(jìn)而對纖維增強(qiáng)再生混凝土本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)研究。

1.6 彈性模量

Ramesh等[35]對鋼纖維再生混凝土進(jìn)行的試驗(yàn)研究表明鋼纖維再生混凝土的彈性模量隨骨料替代率的增加而降低。Kachouh等[36]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)再生骨料替代率為100%時，加入鋼纖維對再生混凝土彈性模量的增加影響較小?；艨》嫉萚5]試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋼纖維摻量為1.5%時，彈性模量增幅最大為10.5%。

針對聚丙烯纖維再生混凝土，樊廣利等[37]發(fā)現(xiàn)聚丙烯三枝抗老化網(wǎng)狀纖維(0.9 kg/m3)混凝土的彈性模量低于普通混凝土約3.3%，子午線鋼絲纖維(0.9 kg/m3)混凝土彈性模量低于普通混凝土約1.01%，而改性聚丙烯(粗)TANK纖維(0.9 kg/m3)混凝土彈性模量高于普通混凝土約8.1%?；艨》嫉萚5]發(fā)現(xiàn)，聚丙烯纖維再生混凝土彈性模量隨纖維摻量(0.2～0.8 kg/m3)的增加而增加，當(dāng)纖維摻量為0.8 kg/m3時，彈性模量增大7.7%。相反周聰?shù)萚38]發(fā)現(xiàn)，高性能聚丙烯纖維(直徑較大、強(qiáng)度較高)再生混凝土的彈性模量隨高性能聚丙烯纖維摻量(0.5% ～ 1.25%)的增加略有降低。Ahmed等[39]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聚丙烯纖維(長12 mm)的含量從0%增加到0.6%時，基體彈性模量不斷增加，當(dāng)纖維從0.6%增加到0.9%時，彈性模量下降，且添加0.9%的聚丙烯纖維后，基體彈性模量比未添加聚丙烯纖維時降低了3.38%。姚艷芳[40]研究結(jié)果表明：加入硅灰(10%)和聚丙烯纖維(0.15% ～ 0.45%)使再生混凝土動態(tài)彈性模量降低，靜態(tài)彈性模量增加。

Liu等[41]對玄武巖纖維再生混凝土試驗(yàn)研究顯示，再生混凝土強(qiáng)度為C50和C60時，再生混凝土彈性模量均有所提高。方圣恩等[42]發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維再生混凝土的彈性模量隨纖維摻量(0% ～ 0.2%)的增加呈先降低再增加趨勢，并認(rèn)為其降低的原因可能在于彈性模量取決于試驗(yàn)中再生混凝土受壓彈性階段，此階段混凝土未發(fā)生破壞，纖維未能發(fā)揮抗拉效果，同時未發(fā)生作用的纖維可能給混凝土帶來更多的初始裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致再生混凝土彈性模量下降。

Gao等[43]研究表明，隨著纖維摻量(0%～1.5%)的增大，鋼-聚烯烴混雜纖維增強(qiáng)再生磚骨料混凝土彈性模量明顯提高，當(dāng)纖維摻量為1.5%時，再生混凝土彈性模量增加了35.84%。

楊成智等[44]研究顯示，以玄武巖和聚丙烯纖維摻量均占50%(B50P50)為標(biāo)準(zhǔn)組，B80P20組彈性模量較標(biāo)準(zhǔn)組提高1.7%，其他組彈性模量均有不同程度的降低，其中B40P60組彈性模量降低最大為7.9%。

王建超等[26]對廢棄纖維再生混凝土的彈性模量進(jìn)行試驗(yàn)研究，并采用數(shù)據(jù)擬合方法，綜合考慮廢棄纖維長度、再生骨料摻量、廢棄纖維摻量影響，給出廢棄纖維再生混凝土彈性模量計算公式：

(2)

式中：Ecf為廢棄纖維再生混凝土的彈性模量，MPa;Vf為廢棄纖維摻量，%；lf為廢棄纖維長度，mm；r為再生骨料取代率。

綜上所述，加入纖維后，再生混凝土的彈性模量有提高，也有降低，其原因可能是加入纖維后，纖維分布不均從而在混凝土中形成了薄弱層。因此，在今后的研究中，應(yīng)嘗試不同的攪拌方式，使得纖維分布均勻，更好的發(fā)揮纖維的作用。同時，纖維再生混凝土的動態(tài)彈性模量還應(yīng)進(jìn)一步研究。

2 高溫下纖維增強(qiáng)再生混凝土基本力學(xué)性能研究現(xiàn)狀

火災(zāi)是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)常見災(zāi)害現(xiàn)象之一，火災(zāi)對于建筑結(jié)構(gòu)的根本影響在于高溫會使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷與破壞，導(dǎo)致其承載能力和使用功能的損壞與喪失，帶來巨大的生命和財產(chǎn)損失。在再生混凝土中加入纖維，利用纖維耐高溫、強(qiáng)度高的特性提高再生混凝土高溫后的基本力學(xué)性能，是近年來國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)課題之一。

Chen等[45]發(fā)現(xiàn)(見圖5)，高溫下，鋼纖維摻量一定時，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度隨溫度升高逐漸降低。溫度一定時，再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨鋼纖維摻量增加逐漸降低，主要是由于鋼纖維在再生混凝土中分布不均勻?qū)е聭?yīng)力集中所致。同時，鋼纖維的加入使應(yīng)力-應(yīng)變曲線發(fā)生了明顯變化，鋼纖維摻量較大時，曲線下降段更平緩，且隨溫度升高，峰值應(yīng)力處的應(yīng)變逐漸增大，溫度越高越明顯。

圖5 溫度對鋼纖維再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響[45]Fig.5 Effect of exposure temperature on compressive strength of steel fiber recycled aggregate concrete

Xie等[46]試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)在25 ℃、200 ℃、400 ℃、600 ℃和800 ℃時，鋼纖維再生混凝土的彈性模量分別比再生混凝土提高了3.7%、2.7%、32.5%、123.6%和89.7%。

袁少林[47]對聚丙烯纖維增強(qiáng)再生混凝土高溫后力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)摻入聚丙烯纖維后，再生混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度均隨著溫度的升高呈降低趨勢。

Wang等[48]研究認(rèn)為，高溫下玄武巖纖維有利于提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度，玄武巖纖維摻量對再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響大于再生混凝土的置換率和納米二氧化硅含量。郭瑞晉等[49]發(fā)現(xiàn)，隨溫度升高，再生混凝土抗壓及劈裂抗拉強(qiáng)度均有一定幅度的增加，當(dāng)溫度升至200 ℃時，強(qiáng)度下降。同時，當(dāng)玄武巖纖維摻量、溫度一定時，水泥漿包裹纖維的加入方式對抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的提高幅度最佳。

孔祥清等[50]將聚丙烯及玄武巖兩種纖維混雜摻入再生混凝土，并對其高溫下的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行研究，結(jié)果表明，一定溫度下(20 ℃～ 800 ℃)，當(dāng)聚丙烯及玄武巖纖維摻量一定時，再生混凝土抗壓強(qiáng)度與劈裂抗拉強(qiáng)度均隨溫度的升高先增加再減小。袁少林[47]研究也得出類似結(jié)論，同時還發(fā)現(xiàn)再生混凝土抗折強(qiáng)度隨溫度的升高逐漸下降，600 ℃之后對抗折強(qiáng)度的影響不明顯。

綜上，隨溫度升高，鋼纖維再生混凝土抗壓強(qiáng)度逐漸降低，而聚丙烯纖維再生混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉及強(qiáng)度都有所下降。玄武巖及玄武巖-聚丙烯混雜纖維再生混凝土抗壓強(qiáng)度均隨溫度升高增加，但當(dāng)溫度升至一定數(shù)值后反而下降。因此，高溫加熱時間、纖維摻量和溫度等級等因素共同對高溫后纖維增強(qiáng)再生混凝土力學(xué)性能影響應(yīng)進(jìn)一步探討，同時，目前對高溫后鋼纖維再生混凝土的力學(xué)性能研究集中于抗壓性能及彈性模量，其他性能研究應(yīng)進(jìn)一步開展，同時，高溫后纖維增強(qiáng)再生混凝土的彈性模量也應(yīng)深入研究。

3 纖維增強(qiáng)再生混凝土動態(tài)沖擊性能研究現(xiàn)狀

近年來纖維再生混凝土動態(tài)沖擊性能方面的研究多集中在抗沖擊性能等方面。試驗(yàn)方法多采用美國混凝土協(xié)會(ACI544)推薦的混凝土落錘沖擊試驗(yàn)法。

已有研究均表明，鋼纖維對再生混凝土對抗沖擊性能有所提高[8,51-52]，同時Nazarimofrad等[8]發(fā)現(xiàn)，添加硅灰的鋼纖維再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度都有顯著增強(qiáng)，主要是由于鋼纖維與含硅灰砂漿的粘結(jié)性更好，使得鋼纖維顯著改善了再生骨料混凝土的沖擊性能。

Gao等[51]、孔祥清等[52]試驗(yàn)結(jié)果表明，聚丙烯纖維可提高再生混凝土的抗沖擊性能。周靜海等[53]通過研究再生混凝土受壓徐變狀況，發(fā)現(xiàn)在再生混凝土中摻入體積分?jǐn)?shù)為0.12%的聚丙烯廢棄纖維能夠顯著降低混凝土的徐變變形和徐變度，添加纖維的試件徐變破壞時間比不加纖維的長。

通過研究混摻鋼-聚丙烯纖維再生混凝土動態(tài)沖擊性能，Gao等[51]發(fā)現(xiàn)，混摻纖維再生混凝土抗沖擊性能提高程度大于單摻纖維?？紫榍宓萚17,52]分析了不同鋼-聚丙烯纖維摻量和摻入方式對再生混凝土抗沖擊性能的影響(見表2)。結(jié)果表明，單摻或混雜纖維均可提高再生混凝土的抗沖擊性能；當(dāng)鋼纖維摻量為1.5%，聚丙烯纖維摻量為0.9%時，再生混凝土抗沖擊能力提高最大。采用數(shù)理統(tǒng)計模型對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合和失效概率預(yù)測表明，纖維再生混凝土的抗沖擊次數(shù)很好地服從兩參數(shù)Weibull分布。鋼纖維與聚丙烯纖維混雜對改善再生混凝土的抗沖擊性能呈現(xiàn)出優(yōu)異的混雜增強(qiáng)效應(yīng)。

表2 鋼-聚丙烯纖維再生混凝土抗沖擊能力[52]Tab.2 Impact resistan cecontrast of steel-polypropylene fiber recycled aggregate concrete

綜上所述，單摻鋼纖維及聚丙烯纖維對再生混凝土的動態(tài)沖擊性能均有提高，但當(dāng)二者混摻時，過多或過少均不能起到良好的混雜效應(yīng)，因此混摻纖維的合理摻量應(yīng)進(jìn)一步明確。此外，目前研究考慮關(guān)鍵因素主要是不同的纖維摻量，應(yīng)變率對纖維再生混凝土的沖擊性能也應(yīng)深入探討。同時，在減少沖擊數(shù)據(jù)的離散性方面，也應(yīng)進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論及展望

通過上述對纖維增強(qiáng)再生混凝土受力性能研究現(xiàn)狀的分析，可知目前國內(nèi)外對于纖維增強(qiáng)再生混凝土受力性能進(jìn)行了一定的研究，并己經(jīng)取得了一定成果，但仍存在許多問題有待進(jìn)一步研究。

1)現(xiàn)有纖維增強(qiáng)再生混凝土基本力學(xué)性能的研究多未考慮多因素同時作用影響，因此，應(yīng)進(jìn)一步考慮關(guān)鍵因素的耦合作用。同時，不同混摻纖維，不同纖維摻量對再生混凝土的性能的影響差異較大，纖維的合理摻量尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，混摻纖維的微觀增強(qiáng)機(jī)理也應(yīng)進(jìn)一步研究。此外，應(yīng)將纖維再生混凝土單軸受壓本構(gòu)關(guān)系擴(kuò)展至多軸，從而對纖維再生混凝土本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行深入系統(tǒng)研究。

2)對高溫后鋼纖維再生混凝土的抗拉、抗折等性能需進(jìn)一步研究。同時，高溫后不同纖維增強(qiáng)再生混凝土的彈性模量應(yīng)深入探討。而高溫加熱時間、纖維摻量和溫度等級共同對高溫后纖維增強(qiáng)再生混凝土力學(xué)性能影響也應(yīng)進(jìn)一步研究。此外，目前研究人員試驗(yàn)多采用箱式電阻爐升溫，其升溫方式不同于火災(zāi)或爆炸造成的快速高溫，應(yīng)進(jìn)一步采用合理儀器設(shè)備從微細(xì)觀角度對纖維增強(qiáng)再生混凝土高溫下的受力演變規(guī)律進(jìn)行研究。

3)目前對纖維再生混凝土的沖擊性能研究主要考慮因素是不同的纖維摻量，應(yīng)變率對纖維再生混凝土沖擊性能的影響也應(yīng)深入探討。同時，在減少沖擊數(shù)據(jù)的離散性方面應(yīng)進(jìn)一步考慮。此外，不同攪拌方式及纖維加入方式對高溫后纖維增強(qiáng)再生混凝土動力學(xué)性能的影響也應(yīng)深入探討。

4)目前研究多以纖維增強(qiáng)再生混凝土基本力學(xué)性能為主，對不同環(huán)境、不同溫度下纖維增強(qiáng)再生混凝土構(gòu)件及其組合構(gòu)件力學(xué)性能、動力學(xué)性能和高溫環(huán)境下的研究匱乏。

5)纖維增強(qiáng)功能梯度再生混凝土的研究目前僅涉及鋼纖維增強(qiáng)功能梯度再生混凝土的抗壓及抗彎性能，而目前動態(tài)沖擊性能方面的研究多是針對纖維增強(qiáng)混凝土進(jìn)行的，因此，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)纖維增強(qiáng)再生功能梯度混凝土的力學(xué)性能的研究，尤其是其動態(tài)沖擊性能。

6)再生混凝土的尺寸效應(yīng)及纖維增強(qiáng)再生混凝土構(gòu)件抗震性能、抗疲勞性能、抗沖擊性能等方面的深入研究。

7)纖維再生混凝在應(yīng)用中影響其力學(xué)性能的因素還包括材料的制備，由于再生混凝土具有天然缺陷，部分纖維在攪拌和振搗過程中會折斷或成團(tuán)，黏結(jié)性差，因此纖維再生混凝土的預(yù)拌混合工藝及其設(shè)備應(yīng)進(jìn)一步研究。