纖維摻量再生混凝土力學性能影響分析

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摘要：本實驗研究了混合纖維不同的摻量對再生混凝土基本力學性能的影響。試驗結果表明：加入纖維在一定程度上會增強再生混凝土的力學性能。

關鍵詞：再生混凝土；聚丙烯腈纖維；聚丙烯仿鋼纖維；力學性能

引言

建筑垃圾資源化已成為國內研究的熱點，以建筑垃圾為原材料制成的再生混凝土存在早期強度低、易開裂、抗沖擊性能差等缺點，限制了其廣泛應用。已有研究表明，在再生混凝土中加入鋼纖維可以提高其力學性能［1-2］，但其在施工工藝上存在和易性較差，粘結性較差等缺點，鋼纖維的替代產品——聚丙烯仿鋼纖維也存在著直徑粗、不易攪拌等缺點，因此大多數(shù)混凝土是采用混合纖維。本研究中為了降低環(huán)境污染，有效的利用工業(yè)廢料和建筑垃圾，將聚丙烯腈纖維和聚丙烯仿鋼纖維混合后摻入再生混凝土中以提高其力學性能。

1料及實驗方法

1.1試驗方案設計

本試驗水膠比采用0.35，以20%的粉煤灰代替部分水泥，用30%再生細骨料代替天然砂，纖維摻量控制為0.3%，減水劑的摻率為膠凝體總質量的1%，為了改善再生混凝土的各項性能，本實驗設定聚丙烯腈纖維和聚丙烯仿鋼纖維的摻入比例為1：1，通過改變纖維摻量，共設計了5組不同配合比的實驗組。混凝土攪拌后先測試坍落度，然后進行標準養(yǎng)護，并在規(guī)定的齡期測試再生混凝土抗壓強度、劈裂抗拉強度以及彈性模量等。

1.2原材料

水泥：吉林省生產的強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，其密度為3150kg/m3粉煤灰：吉林省延吉市某發(fā)電廠生產的粉煤灰細集料：延邊朝鮮族自治州地產的天然中砂，級配良好，細度模數(shù)為2.9，含水率為2.2%，密度為2600kg/m3粗集料：天然粗骨料為粒徑5~25mm的具有連續(xù)級配的石子，其密度為2700kg/m3，含水率為2.2%，再生粗骨料是將混凝土經(jīng)實驗室破碎機破碎后用水清洗晾干后使用，其粒徑為5-25mm，吸水率為5%外加劑：聚羧酸高效減水劑，減水率為20%聚丙烯腈纖維：纖維從廢棄腈綸中提取，長度為19mm，其密度為1.18g/m3聚丙烯仿鋼纖維：長度為19mm，其密度為0.91g/m3

1.3試驗方法

本試驗根據(jù)GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》與CECS13：2009《纖維混凝土試驗方法標準》等規(guī)范規(guī)程的要求對混凝土的各項基本力學性能進行試驗操作。

2試驗結果與分析

2.1抗壓強度試驗結果分析 

不同摻量混雜纖維再生混凝土抗壓試驗結果如圖1所示。隨著纖維摻量的增加，混凝土的28d的抗壓強度呈先減后增的趨勢，并在纖維摻入量0.1%時達到最大值，為65.6MPa，其次為0.2%，0.3%，0.4%，0.0%。隨著纖維總摻量的增加，混凝土的標準強度有所降低，這是因為當水泥基材料硬化后，纖維的加筋增強作用會快速減弱，當纖維模量低于基體模量時，纖維無法阻止基體受力后微裂紋的出現(xiàn)［3］。綜合考慮，0.1%是再生混凝土對于抗壓強度提高的最優(yōu)摻量。

2.2劈裂抗拉性能試驗結果分析

不同摻量混雜纖維再生混凝土的劈裂抗拉強度試驗結果如圖2所示。隨著纖維摻量的增加，再生混凝土的劈裂抗拉強度呈先增后減的趨勢。其中在纖維摻入量0.1%時強度達到最大值，為2.56MPa，其次為0.2%，0.3%，0.0%，0.4%順序。混凝土開始受力時，主要是混凝土在承受荷載，當荷載變大時，引起混凝土較大變形時，纖維開始發(fā)揮作用，由于聚丙烯腈纖維和聚丙烯仿鋼纖維的抗拉強度及彈性模量遠大于混凝土，纖維開始承受混凝土中的拉應力，阻止混凝土的進一步變形［4］，總的來看，摻入纖維會提高混凝土的劈裂抗拉能力，0.1%是提高再生混凝土劈裂抗拉的最優(yōu)摻量。

2.3彈性模量性能試驗結果分析

不同摻量混雜纖維再生混凝土的彈性模量試驗結果如圖3所示。隨著纖維摻量的增加，再生混凝土的彈性模量呈有起伏，但幅度不大的趨勢。其中在纖維摻入量0.0%時強度達到最大值，為32.85MPa，其次為0.4%，0.2%，0.1%0.3%順序。在混凝土中加入聚丙烯腈纖維和聚丙烯仿鋼纖維對并沒有提高混凝土的彈性模量，這是因為，高強混凝土的靜壓彈性模量基本不受纖維類型的影響［5］。

3結語

本研究對不同摻量混雜纖維再生混凝土進行了相關力學性能試驗，分析了不同摻量混雜纖維對再生混凝土的力學性能的影響，并得出以下結論：（1）混凝土的抗壓強度隨著纖維總摻量的增加而增強。（2）摻入纖維會提高混凝土的劈裂抗拉能力，且摻入總量為0.1%時對再生混凝土劈裂抗拉提高幅度最為顯著。

參考文獻

［2］李燕飛，楊鍵輝，丁鵬，等.混雜纖維混凝土力學性能研究［J］.玻璃鋼/復合材料，2013（2）：60-64.

［3］馬銀華，梁影等.纖維保水效應對失水成型水泥基材料強度的影響.武漢理工大學學報，2015（1）：31-36

［4］陳景，蔣林華.鋼纖維增強高性能混凝土力學性能研究.混凝土與水泥制品.2006（1）：37-39.

［5］高丹盈，湯寄予，趙軍等.纖維高強混凝土彈性模量的試驗研究.工業(yè)建筑，2004，34（10）：47-49.

作者：韓慧優(yōu) 遲翠萍 裴長春 單位：延邊大學工學院