秦荷成　楊榮婷　葉水斌　謝靜

摘要：文章通過聚丙烯纖維再生混凝土抗壓試驗，研究聚丙烯纖維摻入再生混凝土后對其抗壓強度的影響。試驗結果表明：隨著聚丙烯纖維摻量的增加，再生混凝土抗壓強度增大；聚丙烯纖維摻量應在1.0～1.5 kg/m3為宜；當再生骨料替代率在25%～100%時，再生混凝土的軸心抗壓強度會隨著骨料替代率的增加而逐漸減小，而當骨料替代率在0～25%時，對再生混凝土的軸心抗壓強度影響不大；摻入聚丙烯纖維后，再生混凝土拌和物的保水性會有所增加，且坍落度減少。

關鍵詞：再生混凝土；聚丙烯纖維；抗壓強度；試驗

0引言

目前，再生混凝土的應用還不是很普遍，這是因為再生混凝土容易開裂，特別是其強度較普通混凝土低，同時在工程實際施工中，也沒有對再生混凝土進行充分的觀察研究，其應用在我國仍然缺乏試驗分析和系統(tǒng)研究，各種研究資料也不完善。

如果能夠提高再生混凝土的抗壓強度，那么再生混凝土的應用將來會越來越受重視［1-2］。在實際工程中，如果能夠有效利用再生混凝土，不但能節(jié)省垃圾處理費用，還能減輕對環(huán)境的污染，特別是還能解決因混凝土廢棄物處理困難而引起的一系列負面環(huán)境問題。

隨著時代的發(fā)展，把聚丙烯纖維摻入再生混凝土中以提高混凝土強度的方式將會越來越受到關注［3］。但在以往研究中，采用劈拉試驗所反映出來的混凝土抗壓強度并不是很準確。鑒于此，本文主要通過聚丙烯纖維再生混凝土抗壓試驗，研究將聚丙烯纖維摻入再生混凝土后對混凝土抗壓強度產(chǎn)生的影響。

1 試驗材料

1.1 膠凝材料——水泥

水泥屬于典型的水硬性膠原材料［4］，在選擇水泥的時候應考慮到以下兩個原則：（1）使用普通硅酸鹽水泥；（2）水泥檢測必須符合國家標準要求。本試驗采用廣西古廟牌普通硅酸鹽水泥（強度等級42.5）。

1.2 聚丙烯纖維

聚丙烯是一種結構規(guī)整的結晶性聚合物［5］，同時也是一種熱塑性塑料，主要是由丙稀聚合而成的高分子化合物［6］，乳白色，無嗅無味，無毒，質(zhì)量輕。本試驗中，采用的聚丙烯纖維各項性能指標都符合規(guī)范要求。

1.3 試驗用水

取水原則：凡飲用水均可使用。本次試驗采用南寧市的城市自來水。

1.4 粗細骨料

混凝土所用的細骨料砂通?？梢苑譃樘烊簧?、人工砂兩大類［7-8］。本試驗采用南寧某公司生產(chǎn)的中砂。經(jīng)檢測，該砂符合國家標準用砂的要求，檢驗結果為Ⅱ區(qū)中砂。其性能指標、顆粒級配見表1。粗骨料大致可以分為碎石和卵石。本試驗中的粗骨料采用南寧本地產(chǎn)的碎石。

1.5 再生粗骨料

本次試驗中所采用的再生骨料主要是來源于廣西建設職業(yè)技術學院建筑材料試驗室的廢棄混凝土試塊，其混凝土原始強度為C35，所用粗骨料為碎石。

2 試驗配合比的確定

進行混凝土配合比設計時，應滿足設計強度等級以及施工和易性的要求，盡量做到經(jīng)濟合理［9］。

本試驗以C30混凝土抗壓強度為根據(jù)進行配合比設計，計算配制強度fcu，o，得出相應的水灰比，從而確定混凝土的配合比及每立方米混凝土的材料用量。C30強度等級混凝土砂率取33%，按照再生混凝土配合比設計方法，得出各強度等級再生混凝土的基準配合比見表3，按照以上配合比配制的混凝土性能可以滿足試驗所需要的坍落度和強度等級要求。

3 聚丙烯纖維對再生混凝土抗壓強度影響的試驗研究

3.1 試驗方案

這次試驗共采用5種試驗方案（見表4），按試驗方案的順序編號分別為A、B、C、D、E。試驗方案中，一共做了3組試件，再將聚丙烯纖維摻入每組試件中，摻入量依次為：0.0 kg/m3、0.6 kg/m3、1.0 kg/m3、1.5 kg/m3、1.8 kg/m3，并利用試驗所得數(shù)據(jù)來證明聚丙烯纖維摻量對再生混凝土抗壓強度的影響和規(guī)律。

3.2 制作試件

按照規(guī)范的要求，所使用的試件模型尺寸［10］規(guī)格分別為150 mm×150 mm×150 mm和150 mm×150 mm×300 mm。為方便脫模，在混凝土還沒有拌制之前，需要用一薄層礦物油涂在試模的內(nèi)表面，使其光滑。然后，在模型中加入再生混凝土，該再生混凝土全部采用機械進行拌制［11-12］，同時把試件放在振動臺上，振搗密實后放置一段時間，再抹平成型試件的表面；用不透水的薄膜覆蓋在試件的表面，再將試件放置于相對濕度為95％、溫度為20±2 ℃的標準條件養(yǎng)護室進行養(yǎng)護。試件脫模要在室內(nèi)環(huán)境下（20±5 ℃）靜置24 h后才能進行。

3.3 抗壓強度試驗方法步驟

根據(jù)規(guī)范規(guī)定的混凝土力學性能試驗方法和步驟，分別測試各組試件的各項力學性能指標。基本步驟如下：

（1）試驗開始前，先從養(yǎng)護地點取出試件，用濕布把上下承壓板面及試件表面擦干凈。

（2）當試件快成型時，將其安放至試驗機墊板上，同時要注意試件頂面與承壓面務必保持垂直。

（3）試驗過程中，加荷荷載務必保持均勻連續(xù)，加荷速度控制在0.3～0.5 MPa/s。

（4）從加荷開始到試件破壞，注意觀察試件，并把破壞荷載的原始數(shù)據(jù)記錄下來。

4 試驗結果分析

4.1 聚丙烯纖維摻量對再生混凝土立方體試件抗壓強度的影響規(guī)律

4.1.1 再生混凝土立方體試件抗壓強度計算公式

fcu=F/A（1）

式中：fcu——混凝土立方體抗壓強度（MPa）；

F——破壞荷載（N）；

A——承壓面積（mm2）。

通過以上試驗，得出試驗數(shù)據(jù)，加以整理并計算出算術平均值，得出的算術平均值作為該組試件的抗壓強度（精確至0.1 MPa）。

計算方法：根據(jù)計算結果分析，假如所測得的3個值中的最大值或最小值與中間值的差異超過中間值的50%時，將其舍去，剩下的取平均值。

4.1.2 試驗結果及分析

本次試驗采用混凝土抗壓強度力學試驗標準方法［13］，混凝土試件為標準試件，尺寸為150 mm×150 mm×150 mm［14］，成型后進行標準養(yǎng)護，然后測出試件的破壞荷載，計算其抗壓強度，試驗結果進一步表明了聚丙烯纖維摻量與再生混凝土立方體抗壓強度的關系，見表5。

4.1.3 試驗結論

由圖1可以看出，隨著聚丙烯纖維摻量的增加，再生混凝土抗壓強度增大；當聚丙烯纖維摻量＞1.0 kg/m3后，[JP4]再生混凝土強度的增長速度變得非常緩慢。由此可見，聚丙烯纖維摻量不是越多越好，一定要適當并且合理。摻少了，對再生混凝土的強度起不到強化作用；摻多了，纖維會由于分散不均勻而結成團，這樣再生混凝土強度不但得不到提高，還有可能降低。如表6所示為不同聚丙烯纖維摻量時，再生混凝土的抗壓強度提高率。由表6可知，聚丙烯纖維摻量應在1.0～1.5 kg/m3為宜。從試驗中，還可以看到，摻入聚丙烯纖維后，混凝土拌和物的保水性會有所增加，坍落度減少。

4.2 聚丙烯纖維摻量對再生混凝土軸心抗壓強度的影響規(guī)律

軸心抗壓強度計算公式：

fcp=F/A（2）

式中：fcp——再生混凝土的軸心抗壓強度（MPa）。

通過以上試驗，得出試驗數(shù)據(jù)如表7所示，加以整理并計算出平均值，該平均值作為該組試件的抗壓強度（精確0.1 MPa）。

計算方法：分析計算結果［15］，假如所測得的3個值中的最大值或最小值與中間值的差異大于中間值的15%時［16］，將其舍去，剩下的取平均值［17-18］。

本次試驗采用混凝土抗壓強度力學試驗標準方法［19］，混凝土試件為標準試件，尺寸為150 mm×150 mm×300 mm［20］，成型后進行標準養(yǎng)護，然后測出試件的破壞荷載［21-22］，計算其抗壓強度，試驗結果進一步表明了聚丙烯纖維摻量與再生混凝土軸心抗壓強度的關系，見表7。

對圖2、圖3進行分析，可以清楚地看出，隨著聚丙烯纖維摻量的增加，再生混凝土軸心抗壓強度增大。當聚丙烯纖維摻量＞1.0 kg/m3后，混凝土軸心抗壓強度增長速度變得非常緩慢。因此，聚丙烯纖維摻量應在1.0～1.5 kg/m3為宜。當摻量＞1.5 kg/m3時，再生混凝土軸心抗壓強度不但得不到提高，反而降低；在再生骨料替代率一定的情況下，當摻量為1.5 kg/m3時，混凝土棱柱體試件軸心抗壓強度提高34%。

再生骨料替代率對再生混凝土軸心抗壓強度的影響規(guī)律：當替代率在25%～100%時，再生混凝土的軸心抗壓強度會隨著骨料替代率的增加而會逐漸減??；當骨料替代率在0～25%時，對再生混凝土的軸心抗壓強度影響并不是很大。不管再生骨料取代率如何變化，摻聚丙烯纖維再生混凝土軸心抗壓強度都有一定提高。

5 結語

（1）隨著聚丙烯纖維摻量的增加，再生混凝土抗壓強度增大。當聚丙烯纖維摻量＞1.0 kg/m3后，混凝土抗壓強度增長速度變得非常緩慢。由此可見，聚丙烯纖維摻量不是摻得越多越好，一定要適當并且合理。摻少了，對再生混凝土的強度起不到強化作用；摻多了，纖維會由于分散不均勻而結成團。

（2）聚丙烯纖維摻量應在1.0～1.5 kg/m3為宜。當摻量＞1.5 kg/m3時，再生混凝土抗壓強度不但得不到提高，反而降低；在再生骨料替代率一定的情況下，當摻量為1.5 kg/m3時，再生混凝土抗壓強度提高34%。

（3）再生骨料替代率對再生混凝土軸心抗壓強度的影響規(guī)律：當替代率在25%～100%時，再生混凝土的軸心抗壓強度會隨著骨料替代率的增加而逐漸減小；當骨料替代率在0～25%時，對再生混凝土的軸心抗壓強度影響并不是很大。

（4）摻入聚丙烯纖維后，再生混凝土拌和物的保水性會有所增加、坍落度減少。

參考文獻：

［1］任慶旺，邱茂智，薜 梅，等.再生混凝土的研究現(xiàn)狀及其基本性能［J］.建筑技術開發(fā)，2005，32（2）：44-45，47.

［2］徐 卓，龍幫云.開發(fā)利用再生混凝土走可持續(xù)發(fā)展的道路［J］.中外建筑，2004（2）：197-199.

［3］劉數(shù)華，冷發(fā)光.再生混凝土技術［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，2007.

［4］田洪臣，段緒勝，王福忠，等.建筑垃圾的綜合應用［J］.山東農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版），2006，37（1）：109-112.

［5］王莉莉.建筑廢料再生混凝土的試驗研究［D］.西安：西北工業(yè)大學，2004.

［6］陳永剛，曹貝貝.再生混凝土國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)［J］.國外建材科技，2004，25（3）：4-6.

［7］鄧壽呂，張學兵，羅迎社.廢棄混凝土再生利用的現(xiàn)狀分析與研究展望［J］.混凝土，2006（11）：20-24.

［8］羅 蓉，馮光樂，凌天清.再生水泥混凝土研究綜述［J］.中外公路，2003，23（2）：83-86.

［9］顏克明.拓展工業(yè)廢棄物在混凝土工程中的應用［J］.建筑施工，1999，21（2）：56-57.

［10］孟憲江.廢混凝士利用［J］.林業(yè)科技情報，2002，34（2）：120.

［11］王莉莉.建筑廢料再生混凝土的試驗研究［D］.西安：西北工業(yè)大學，2004.

［12］阿部道彥.建筑副產(chǎn)品的有效利用［J］.土木施工（日），1995，36（13）：20-23.

［13］高橋泰一（日），阿部道彥（日）.廢混凝土骨料適用現(xiàn)狀與未來［J］.混凝土工程（日），1995，33（2）：18-20.

［14］李學英.改性聚丙烯纖維混凝土的性能研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2003.

［15］Salomon M.Levy，Paulo Helene.Durability of recycled aggregates concrete：a safe way tosustainable development［J］.Cement and Concrete Research，2004，34（11）1 975-1 980.

［16］R.Sri Ravindrarajrh，C.T.Tam.Properties of Concrete Made With Crushed Concrete as Coarse Aggregate［J］.Magazine ofConcrete Research.March 1985，37（130）：29-38.

［17］王軍強，陳年和，蒲 琪.再生混凝土強度和耐久性能試驗［J］.混凝土，2007（5）：53-56.

［18］TopcU I.B.Physical and mechanical properties of concrete produced with waste concrete［J］.Cement and Concrete Research，1997，27（12）：1 817-1 823.

［19］T.D.Hansen，H.Narud.Strength of Recycled Aggregate Concrete Made from Crushed Concrete Coarse Aggregate［J］.Concrete International，1983（1）：79-83.

［20］張亞梅，秦鴻根，孫 偉.再生混凝土配合比設計初探［J］.混凝士與水泥制品，2002（1）：7-9.

［21］Hansen.T.C.Recycling of demolished concrete and masonry［J］.RILEM Report No.6，E&FN SPoN.London，1992（6）：73.

［22］肖建莊，李佳彬，蘭 陽.再生混凝土技術研究最新進展與評述［J］.混凝土，2003（10）：17-20，57.

基金項目：廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“鋼纖維再生混凝土在沿海公路路面工程中的應用研究”（編號：2020KY35014）

作者簡介：秦荷成（1982—），碩士，副教授，高級工程師，主要從事混凝土耐久性、結構可靠性研究工作。