再生混凝土中摻入短切纖維的力學試驗研究

張英琪

摘 要：采用唐山城區的廢棄混凝土制作出再生粗骨料，按再生混凝土設計方法計算和制作纖維再生混凝土試塊，應用物理學中的壓強原理和混凝土試塊試驗方法測得相同摻量的兩種短切纖維（BF和CF）的再生纖維混凝土試件、普通纖維混凝土、再生混凝土和普通混凝土的抗壓強度，并進行對比分析，為再生混凝土能順利替代普通混凝土提供試驗和理論依據，同時為城市中的混凝土廢棄物找到在工程中更好利用價值。

關鍵詞：短切纖維；抗壓強度；試驗方法

近年來碳纖維和玄武巖兩種纖維被廣泛地應用于混凝土結構中。目前玄武巖纖維（Basalt Fibre縮寫為BF）和碳纖維（Carbon Fibre 縮寫為CF）的供應產品常見的纖維布、纖維筋和短切纖維等幾種形式，其中短切纖維可以和混凝土拌合物一起攪拌以提高混凝土的抗拉強度和抗沖擊性能及降低混凝土干縮性能。

再生混凝土一般是指混凝土中的粗集料由舊建筑物或舊結構物的混凝土解體產物來代替部分制得的混凝土。再生混凝土強度經過試驗驗證一般會比普通混凝土強度有所降低，纖維混凝土能增強混凝土各項指標，尤其是抗拉強度的提高延遲了混凝土中微細裂紋的發展，對混凝土抗壓強度也應有所提高。本實驗通過研究短切纖維再生混凝土在不同的纖維摻加量及再生骨料的摻加量的情況下進行的對比研究，為再生混凝土的工程應用提供數據支持。

1 試驗原材料

本次試驗采用了工程中最常應用的C20、C25、C30三個強度等級，混凝土配合比由華北理工大學建筑工程學院建材試驗室（該實驗室是唐山市最早的一家建筑工程質量檢測實驗室）提供。

2 試件制作

試件的制作是依據普通混凝土力學性能試驗方法（GB50081-2002）的要求進行制作和養護的，采用立方體標準試模（150mm×150mm×150mm）制作試件，在實驗室用攪拌機進行攪拌，振搗臺振搗，上表面手工抹平，嚴格試驗以保證混凝土的強度符合設計要求。在標準室進行標準養護，養護條件為標準養護室的室溫（20±2）°C；相對濕度95%以上。標準養護28天后進行抗壓試驗。圖1為標準養護完成準備做試驗時的試塊。

3 試驗現象

3.1普通再生混凝土試件

普通再生混凝土在試驗機上試壓的破壞現象與普通混凝土試塊基本一致。首先是隨著壓力機荷載的加大，試塊表面最早出現維小的裂紋，隨著持續加載，裂紋沿斜向產生向上或向下的延展裂紋，同時裂紋寬度不斷增加。并且由試塊表面逐漸發展到內部，之后試件表層混凝土向外鼓出并局部剝落，試塊被壓碎。此時的壓力機上的數值即為所加荷載，除以試件與加壓板之間的接觸面積即為混凝土試件的抗壓強度即為物理學中的壓強計算方法。從破壞現象來看，再生混凝土試塊的破壞現象為粗骨料與水泥凝膠體之間的粘結破壞，與普通混凝土破壞現象一致。

3.2 纖維再生混凝土試件

相比普通再生混凝土試塊，摻有纖維的再生混凝土試塊，由于摻入纖維以后纖維本身具有一定的長度。并且在混凝土中處于雜亂分布，小團的短切纖維有一定的拉結力，整個加載過程，混凝土的裂紋的發展受到限制，一直到試塊破壞，混凝土剝落時還能看到表面的混凝土還存在于表面，在表面只是見到了大量的裂縫，并不能很明確的看到或者經過手工處理得到普通混凝土試驗時的倒錐體。破壞現象明顯輕于普通混凝土。圖2是纖維再生混凝土破壞形態圖。

4 試驗結果分析

全部混凝土立方體試件抗壓加載結果見表1，表中所列數值是以C20為例，并未全部列出。

從上表可以得出，經過標準養護后的試驗結果，在再生集料30%取代率的前提下，普通再生混凝土的強度可與普通混凝土強度代換，纖維再生混凝土的強度與普通混凝土相比而言，略有提高。

5 展望

本試驗僅開展了標準養護的混凝土試件的研究工作，要想應用到工程實際中，混凝土構件是要長期承載的，并且現場構件與實驗構件也有所區別，同時現場不具備標準養護的條件，因此本工程的試驗結果若想應用到工程實踐，還需要試驗研究的進一步開展。

6 收獲與體會

通過這次關于制作纖維再生混凝土，并對其相關性能的研究，我學習到了關于再生混凝土的配合比計算方法，及其制作完試件的力學性能測試整個過程，這是本人作為高中生的一次成功探索。我從中認識到當作建筑垃圾處理的廢棄混凝土，經過一系列處理，能夠再利用于工程實際，這樣既節省了堆放垃圾的場地，有效避免建筑垃圾對環境的污染，又節約了混凝土原材料中粗骨料石子的用量，石子來源于巖石，這樣減少了對大自然的危害。

這次試驗主要應用的原理是高中物理中的壓強計算原理。物理學中的力學知識可以應用到房屋建筑，而房屋建筑又是解決人們衣食住行中的“住”的關鍵所在。通過這次實驗的參與，我不僅認識到努力學習物理知識的必要性，更認識到需要有敢于嘗試、敢于創新的勇氣，只有把所學知識與實踐結合很好的結合在一起，才能讓知識更好地服務于社會，創造出更大的價值。同時，在本次研究中我也看到，我的動手能力不足，理論計算和邏輯分析能力也急待提高。

參考文獻：

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