張彧銘，陸 俊，李 靜，王建苗，桑 偉

(1.紹興文理學(xué)院 土木工程學(xué)院，浙江 紹興 312000；2.浙江永堅新材料科技股份有限公司，浙江 紹興 312300)

0 前 言

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的不斷推進，新興建筑的建造以及廢舊建筑物的拆除在不斷進行，這導(dǎo)致大量的建筑垃圾的產(chǎn)生。通過把拆除后的混凝土破碎成再生粗骨料(RCA)，取代天然骨料是有效處理此類建筑垃圾的一種方式。近年來，人們對可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境效益的日益重視，逐漸利用再生混凝土骨料作為天然骨料的良好替代品。然而，與天然骨料混凝土相比，加入RCA的混凝土性能較差。纖維增強再生混凝土由此誕生，研究發(fā)現(xiàn)，通過摻入纖維來提升再生混凝土的力學(xué)性能，但纖維對于再生混凝土耐久性能的影響還存在不確定性，本文依據(jù)已有學(xué)者的研究情況對纖維增強再生混凝土的耐久性能進行系統(tǒng)梳理。

1 纖維宏觀作用機制

纖維在水泥基材料中主要起橋接作用。當(dāng)纖維裂縫產(chǎn)生時，裂縫兩側(cè)的相對位移就會激活纖維的橋接機制，纖維把應(yīng)力轉(zhuǎn)移到裂縫上并抑制了裂縫的開展，這導(dǎo)致在相鄰區(qū)域出現(xiàn)形成新的裂縫，并且產(chǎn)生較大體積的應(yīng)力重分布現(xiàn)象，材料能量吸收能力得以提升，并且有效降低了裂縫尖端應(yīng)力集中的現(xiàn)象，提高了混凝土的抗裂性和延展性。在混凝土中均勻分布的纖維會形成纖維-水泥基三維網(wǎng)絡(luò)格構(gòu)，阻礙骨料的滑動，使得流動性也隨之降低[1]，但對再生混凝土耐久性能會有所提升。此外，纖維對水泥基材料的增強效果還受到纖維品種、纖維長度與長徑比、纖維的體積率、纖維外形與表面狀況等其他因素的影響。

2 耐久性能

2.1 抗?jié)B性

2.1.1 吸水性能

吸水性是指混凝土通過毛細吸力對微觀結(jié)構(gòu)吸收和輸送水分的能力。水是侵蝕性離子的主要載體，因此，吸水性往往影響著混凝土的耐久性。大部分研究發(fā)現(xiàn)，纖維摻入對吸水性能有抑制作用，Afroughsabet等[2]摻入1%的鋼纖維使再生混凝土的吸水率降低了23%。Kachouh等[3]也發(fā)現(xiàn)在不同再生骨料取代率下，隨著鋼纖維摻量的增加，吸水率逐漸下降。Wan等[4]則試驗發(fā)現(xiàn)摻入1.5%聚丙烯纖維后，28 d吸水率較未摻纖維的生混凝土降低了16.7%。鋼纖維和聚丙烯纖維摻入后，減小了混凝土內(nèi)部裂縫的形成與發(fā)展，阻礙了骨料的離析，并且減小了內(nèi)部孔隙，從而有效提高了其抗?jié)B性能。但也存在不同的現(xiàn)象，Koushkbaghi等[5]發(fā)現(xiàn)1.5%鋼纖維的摻入時再生混凝土的吸水率反而提高了9%，作者解釋可能是由于鋼纖維增強了微通道和微孔之間的連通，因此產(chǎn)生了更大的吸收。

2.1.2 氯離子滲透性能

氯離子侵蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素之一，特別是在海洋環(huán)境等復(fù)雜環(huán)境中。尤其對于再生骨料混凝土，由于從初期再生骨料的破碎，到混凝土的配制過程，其內(nèi)部不可避免地存在著細小孔隙、裂縫等缺陷，這為氯化物進入RCA提供了充分的途徑。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，纖維摻入有利于提升再生氯離子抗?jié)B性能，纖維可以有效防止裂縫的發(fā)生和發(fā)展，抑制混凝土收縮，從而提高抗?jié)B性能，不同學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)再生混凝土中摻入不同的纖維對抗氯離子滲透性能有或多或少的提升，但這種提升可能存在閾值，比如，Bui等[6]發(fā)現(xiàn)摻入適量的再生編織塑料袋廢料(RWS)以及再生聚酯瓶廢料(RPET)有利于提升抗氯離子滲透性能，但纖維摻量過多后，再生混凝土孔隙反而增大，從而導(dǎo)致抗氯離子滲透性能降低，對于其他纖維也是如此。此外，對于鋼纖維增強再生混凝土，Gao等[7]發(fā)現(xiàn)摻入適量的鋼纖維對抗氯離子滲透性能有利，過量也會產(chǎn)生不良影響。這主要是由于氯離子的滲透使水泥形成的鈍化膜破壞，導(dǎo)致了鋼纖維腐蝕，鋼纖維在腐蝕后體積膨脹，降低了鋼纖維與水泥基體之間的粘結(jié)強度，形成微裂紋。但也存在不同的現(xiàn)象，比如Babar等[8]發(fā)現(xiàn)隨著玻璃纖維摻量的增加，纖維增強再生混凝土的抗氯離子滲透性能逐漸減弱。

2.2 抗凍性

凍融破壞作為嚴(yán)寒地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)主要病害，也是重要的耐久性問題，一般通過質(zhì)量損失率和動彈性模量來表示抗凍性能。由于再生骨料破碎時微裂縫增多，且骨料表面的老砂漿的存在，從而導(dǎo)致抗凍性的明顯減弱。通過鋼纖維、玄武巖纖維的摻入能夠改善再生混凝土的抗凍性[9-10]，據(jù)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)摻入纖維后，相比于未摻纖維的再生混凝土質(zhì)量損失率減少，相對動彈模量也有所增加[7,11]。纖維在混凝土中充分地發(fā)揮了其三維空間網(wǎng)狀協(xié)調(diào)效應(yīng)，減弱了水結(jié)冰引起的膨脹力，從而阻止了由于凍融循環(huán)條件下混凝土中裂縫的生產(chǎn)和發(fā)展。Gao等[7]進一步的發(fā)現(xiàn)，隨著鋼纖維摻量的增加抗凍性能先增加后下降，但當(dāng)纖維摻量1%時最佳，會出現(xiàn)下降。

此外，纖維增強再生混凝土中其他因素對抗凍性能也有所影響，例如，陳愛玖等[12]發(fā)現(xiàn)銑削波紋型鋼纖維對再生混凝土抗凍性能的改善要優(yōu)于剪切型和端鉤型鋼纖維及聚丙烯纖維，Nehdi等[13]則發(fā)現(xiàn)橡膠顆粒的摻入能有效地緩減了結(jié)冰引起的應(yīng)力集中，摻入再生鋼纖維和輪胎橡膠能夠使再生混凝土在300次凍融循環(huán)下保持完整。

2.3 抗碳化性能

再生混凝土的抗碳化性能通常隨著再生骨料取代率的增加逐漸減弱，在纖維增強再生混凝土中，纖維的摻入對抗碳化性能明顯的提升，Gao等[7]、閆春嶺等[14]發(fā)現(xiàn)在相同碳化天數(shù)下，摻入鋼纖維能夠使再生混凝土抗碳化性能有所增加，但隨著鋼纖維的摻入碳化深度先減少后增加，纖維摻量為1.5%時最小。可見鋼纖維的摻入有效阻礙了裂紋的形成與發(fā)展，使得CO2更難滲透，但纖維摻入過多后，不均勻分布的鋼纖維減弱了與水泥基體的粘結(jié)以及降低了整體的密實度，造成碳化深度的上升[7]，王建超等[15]對丙綸纖維進行研究時也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，再生骨料取代率為50%，纖維摻量為0.08%時獲得最佳的抗碳化性能。

3 結(jié) 論

目前，有關(guān)纖維增強再生混凝土力學(xué)性能的研究較多，而其耐久性能研究相對較少。通過回顧不同纖維類型增強再生混凝土的各項耐久性能，得到以下主要結(jié)論。

1)鋼纖維以及聚丙烯纖維摻入，能夠減少混凝土內(nèi)部裂縫產(chǎn)生，減少混凝土內(nèi)部孔隙，有效降低了混凝土吸水率。

2)不同纖維的摻入對于再生混凝土抗氯離子滲透性能都有一定程度的提升，但提升效果不同，并且存在閾值，當(dāng)纖維摻量過多時反而不佳，甚至出現(xiàn)降低。

3)鋼纖維、玄武巖纖維摻入可以提升抗凍性能，并且通過改善鋼纖維外形能夠?qū)箖鲂阅苡羞M一步的提升。

4)鋼纖維對于再生混凝土抗碳化性能有明顯提升，纖維摻量在1%～1.5%時效果最佳，但隨著纖維摻量增加，不均勻分布的鋼纖維會導(dǎo)致抗碳化性能的降低。

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