鋼纖維再生混凝土配合比正交試驗研究

張麗娟，高丹盈，閆兆強，盧靜云

（鄭州大學 新型建材與結構研究中心，河南 鄭州 450002）

據不完全統計[1]，僅2007年我國建筑物拆除和施工過程中產生的廢棄混凝土總量為4 500～5 000萬t，并逐漸增長.目前，我國對廢棄混凝土還是簡單的遺棄和填埋，需占用大量空地且污染環境.再生混凝土是指使用經過破碎加工的廢棄混凝土為骨料而配制的混凝土.該處理技術可以從根本上解決廢棄混凝土的處理問題，還可節約天然骨料資源，具有顯著的社會、經濟和環境效益[2].

相對于天然骨料，再生骨料表面往往包裹著一層水泥砂漿，棱角過多，針狀物所占材料面積過大，破碎過程中還會產生大量的內部橫向裂紋，吸水率增大、孔隙增多，導致再生混凝土的強度明顯降低[3-6].向再生混凝土中添加鋼纖維，鋼纖維的橋接作用減輕了其內部微缺陷的引發和擴展，可提高混凝土性能[7-9].本文針對再生骨料的特點，通過配合比正交試驗，研究再生骨料取代率、鋼纖維體積率、水膠比對鋼纖維再生混凝土塌落度、抗壓強度、劈拉強度的影響.為鋼纖維再生混凝土的配合比設計提供參考.

1 試驗概況

1.1 試驗材料

鄭州滎陽的天瑞P.O42.5普通硅酸鹽水泥.粗骨料分為天然粗骨料和再生粗骨料，天然骨料為石灰石碎石，粒徑為5～20mm，連續級配；再生粗骨料由鄭州某檢測站廢棄的商品混凝土試塊破碎篩分而成，粒徑5～20 mm，連續級配，材料性能如表1.細骨料為細度模數2.67天然河砂.切斷弓形鋼纖維，平均長度，等效直徑 =0.599mm，長徑比.聚羧酸鹽高效減水劑，減水率為20%.生活飲用水.

表1 骨料的物理性能Tab.1 Propertiesof coarse aggregate

1.2 配合比正交試驗設計

本試驗主要分析水膠比、再生骨料取代率、鋼纖維體積率對鋼纖維再生混凝土工作性能、抗壓強度、劈拉強度的影響.根據正交試驗方法，設計了L9（33）3因素3水平正交表如表2所示.單方用水量取180 kg，砂率取38%，制作邊長150mm的立方體試塊，測定其拌合物塌落度，標準養護28 d后，測定其立方體抗壓強度與劈拉強度.配合比設計及試驗結果見表3.

表2 鋼纖維再生混凝土正交試驗因素與水平表Tab.2 The orthogonalexperiment factorsand horizontal table of steel fiber recycled concrete

表3 鋼纖再生混凝土正交試驗配合比/（kg/m3）及試驗結果Tab.3 Orthogonalproportion and test resultson steel fiber recycled concrete

2 試驗結果分析

2.1 塌落度分析

表4 塌落度極差和方差分析Tab.4 Rangeand variance analysisof slump

2.2 抗壓強度分析

由表5可知，水膠比 比值大于F0.1的臨界值，對抗壓強度的影響最為顯著.其次是再生骨料取代率，極差為4.25，F比值為1.14，影響較小.鋼纖維體積率對抗壓強度影響最小.A、B、C 3種因素對抗壓強度影響的顯著性是Agt;Bgt;C.水膠比是抗壓強度的主要影響因素.為了抗壓強度達到最優，應選取的組合為A1B2C2.根據表4種得方差分析，再生骨料取代率對抗壓強度的影響并不顯著，從經濟性和環保角度考慮，B3也可作為下一步試驗的因素水平考慮，也即全部粗骨料都使用再生骨料，故A1B3C2組合可在下一步配合比試驗中重點考慮.

2.3 劈拉強度分析

圖3為各因素在不同水平時，劈拉強度 值，由圖3和表6：隨著鋼纖維體積率的增加，劈拉強度值在不斷增加，增加趨勢最為明顯，極差達到2.49；隨著水膠比的不斷減小劈拉強度在不斷增加，極差為1.19；隨再生骨料取代率的增加，劈拉強度先增加后減小，極差僅為0.54.

表5 抗壓強度極差和方差分析Tab.5 Range and variance analysison compressive strength

由表6中的方差分析結果，3因素中，鋼纖維體積率對劈拉強度的影響最為顯著，水膠比的影響次之，再生骨料的取代率的影響最小.這與鋼纖維的阻裂、增韌效果是一致的，可以通過增加鋼纖維的體積率來增大混凝土材料的劈拉強度.但是鋼纖維體積率也不宜過大，鋼纖維體率過大會增加成本，且易在攪拌過程中結團，降低混凝土拌合物的工作性能.隨著水灰比的減小，劈拉強度的 值也是在不斷增加，但是增長趨勢沒有鋼纖維體積率增加趨勢顯著.再生骨料取代率是對纖維再生混凝土劈拉強度影響最小的因素，隨著其取代率的增加，其劈拉強度 值現增加后減小.綜合考慮以上因素，對于其劈拉強度，最佳組合為A1B2C3，為考慮其經濟性，也可考慮A1B3C3.

3 結論

1）再生骨料取代率對塌落度的影響最為顯著，再生骨料混凝土的配合比設計中，單方用水量要高于普通混凝土，建議在單方用水量計算中引入再生骨料取代率與再生骨料吸水率兩個變量.

2）水膠比對抗壓強度的影響最為顯著.其次是再生骨料取代率，鋼纖維體積率對其影響最小.為了抗壓強度達到最優，應選取的組合為 A1B2C2.由于再生骨料對其影響并不顯著，從經濟和環保角度考慮，A1B3C2也可作為進一步試驗的因素水平考慮.

3）鋼纖維體積率對于劈拉強度影響最為顯著，水膠比的影響次之，影響最小的是再生骨料的取代率.對于其劈拉強度，最佳組合為A1B2C3，為考慮其環保性，也可考慮A1B3C3.

表6 劈拉強度極差和方差分析Tab.6 Range and variance analysison splitting tensile strength

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