摻鋼纖維的再生混凝土抗壓強度的試驗研究

林嬌青

1 前言

隨著建筑業的發展，許多舊建筑物的拆除和新建筑物將產生大量的建筑垃圾，其中一大部分是廢棄混凝土，大量的廢棄混凝土處理費用驚人，目前處置方式單一，主要仍為填埋與露天堆放，對環境和社會產生巨大的危害[1]。再生混凝土是指以經過破碎加工的廢棄混凝土為骨料而配制的混凝土，是對廢棄混凝土資源的回收利用，可節約天然骨料資源，具有環保節能的重大意義。與普通混凝土相比，再生骨料混凝土存在一些缺陷，其抗壓強度和抗拉強度較低，限制了其應用范圍。鋼纖維具有高拉伸強度的優點，并且少量鋼纖維被摻入到再生骨料混凝土中可以補償再生骨料的一些缺陷，它具有增強增韌效果和改善其力學性能的作用，對再生骨料混凝土的應用具有積極意義。

2 試驗概況

2.1 原材料

（1）水泥。江西贛江海螺水泥P.O42.5普通硅酸鹽水泥。

（2）砂。天然河砂，細度模數為2.7，中砂。

（3）天然粗骨料。天然卵石，粒徑為5～20mm，連續級配。

（4）再生粗骨料。再生粗骨料是我院國際工程學院建筑材料實驗室教學廢棄的混凝土試塊，經人工破碎、清洗、篩分而成，粒徑為5～20mm，連續級配。

（5）鋼纖維。采用的是鍍銅微絲鋼纖維，由深圳一材網工程材料有限公司生產的，平均長度為13mm，等效直徑為0.2mm，長徑比為65，外形為平直形。

（6）外加劑：聚羧酸高效減水劑，減水率為20%。

（7）水：普通自來水。

2.2 試驗方案

本試驗采用正交試驗法，設計了L9（33）三因素三水平正交表，得到9組不同的配合比設計，正交試驗因素水平為水膠比（A）為0.4，0.45，0.5；再生骨料取代率（B）為0，40%，80%；鋼纖維體積率（C）為0，1%，1.5%。試驗中混凝土的配合比設計按照《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011）[2]，砂率為35%，再生粗骨料采用預吸水的方法，并根據吸水性試驗計算額外的水消耗量。鋼纖維再生混凝土的配合比設計及試驗結果，見表1。

2.3 試驗方法

混凝土試塊的制作及養護按照《鋼纖維混凝土試驗方法標準》（GB/T50081-2002）[3]進行，所有試件采用標準尺寸 150mm×150mm×150mm 的立方體試塊，每組三塊，都是注模24h后脫模，在標準養護條件（溫度（20±3）℃，相對濕度不小于90%）下養護28d，按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2002）進行試驗。

3 試驗結果與分析

3.1 和易性分析

根據正交試驗理論，計算了水膠比A、再生骨料取代率B和鋼纖維體積率C對再生混凝土坍落度的極差值R，RA=13.3，RB=10，RC=5。為了更直觀分析各種因素對混凝土坍落度的影響，繪制了再生混凝土坍落度的點圖分析，如圖1所示。根據點圖分析，可以得到實驗結論：隨著水膠比的增大，混凝土坍落度先增加后減小；隨著再生骨料取代率的增加，混凝土坍落度降低明顯；隨著鋼纖維體積摻量的增加，混凝土坍落度也有所降低。主要原因在于，與天然骨料相比，再生粗骨料的孔隙多、吸水率大，從而提高了混凝土拌合物的保水性和粘聚性，減小了混凝土的坍落度；鋼纖維在混凝土拌合物中雜亂分布，使拌合物內部摩擦阻力增大，因而阻止了拌合物的流動，和易性變差，當鋼纖維摻量增多時，增大了拌合物的粗糙度，使其流動性變差。

表1 鋼纖維再生混凝土配合比設計及試驗結果

圖1 坍落度正交分析圖

圖2 抗壓強度正交分析圖

3.2 抗壓強度分析

根據正交試驗理論，計算了水膠比A、再生骨料取代率B和鋼纖維體積率C對抗壓強度影響的極差值R，RA=6.57，RB=7.07，RC=6，并繪制抗壓強度的點圖分析，如圖2所示，可知：隨著水膠比的增大，鋼纖維再生混凝土的抗壓強度先增加后降低；隨著再生骨料取代率的增加，抗壓強度先增加后下降，可能是由于本試驗的再生骨料顆粒較天然骨料細，當再生骨料取代率為40%，由再生骨料與天然骨料混合后的混凝土粗骨料的顆粒級配更好，使拌合物的密實性有所增加，從而強度得到提高；隨鋼纖維體積率的增加，抗壓強度增加，鋼纖維體積率在1.5%時達到最大。

試驗結果表明，再生骨料取代率是抗壓強度的主要影響因素，其次是水膠比。鋼纖維再生混凝土抗壓強度達到最優的組合為A2B2C3，即水膠比為0.45，再生骨料取代率為40%，鋼纖維體積摻量為1.5%。

4 結論

通過對摻鋼纖維的再生混凝土抗壓強度試驗的研究，得出以下結論：

（1）水膠比對坍落度的影響最為顯著，再生骨料取代率對抗壓強度的影響最為顯著。鋼纖維再生混凝土的抗壓強度隨著再生骨料取代率的增加，先增加后降低；鋼纖維再生混凝土的抗壓強度隨著鋼纖維體積摻量的增加而增加。

（2）C40再生混凝土的最佳正交組合為A2B2C3，即水膠比為0.45，再生骨料取代率為40%，鋼纖維體積摻量為1.5%。