鋼纖維再生混凝土性能研究

周正為

大連港口設計研究院有限公司 遼寧大連 116001

目前，國內外鋼纖維再生混凝土的研究很少，基本處于空白。再生混凝土由于其骨料表面經過粉碎作用附著大量水泥漿體，吸水性遠大于普通混凝土，配置出的試件水灰比較大，抗壓強度，抗折強度，干縮和徐變等性能都低于普通混凝土，所以再生混凝土一般來說適用于等級較低的中低強度混凝土。而現實生活中對混凝土的性能要求越來越高，簡單的用再生骨料取代天然骨料的方法已經落伍，要想配置滿足規范要求的再生混凝土，就必須采取必要的措施。而鋼纖維的加入正好大幅度提高了混凝土的各方面性能，同時由于再生骨料的存在，在滿足強度要求的前提下，可以大大降低成本，有利于實現可持續發展。

1 鋼纖維混凝土性能研究

鋼纖維混凝土經過短短十幾年的發展，已經取得了很大進展，證明它有極大的生命力，但也有一些問題有待進一步研究解決：

1.1 纖維增強機理尚不夠完善

目前一般采用的由羅繆弟和巴特森提出的纖維間距學說和以斯威梅等人提出的混合物法則都欠完善。至今對此仍有較大爭論。鋼纖維混凝土是以少量的延性材料混入脆性基體中組成的復合材料。與玻璃鋼增強機理和連續配筋的鋼筋混凝土有很大不同。復合材料中鋼纖維數量很少，又是不連續隨機分布的，纖維的粘結性能千差萬別，這些都給理論分析帶來困難。

1.2 鋼纖維和基體的粘結強度不夠

這是影響復合材料性能的進一步提高的重要原因。在進行鋼纖維混凝土試驗時，往往是纖維被拔出而不是被拉斷，纖維的增強效果并未完全發揮。因此必須進一步改善和提高纖維與基體的粘結強度，才能顯著地改善復合材料的性能[1]。

1.3 鋼纖維混凝土的拌和，振搗，成型比較困難

雖然目前已有不少成功的經驗，但在實際應用時，仍會碰到不少困難。

1.4 纖維價格太高

這是影響鋼纖維混凝土推廣應用的主要障礙。因此改進鋼纖維生產方式，提高產量，降低成本，是發展和推廣鋼纖維混凝土必須解決的關鍵問題。

2 再生混凝土性能研究

通過大量實驗研究表明，再生混凝土的基本性能如下：

（1）再生混凝土外層由于包裹砂漿，孔隙率比較低。經實驗研究證明，中低強度混凝土中用再生骨料取代粗骨料強度損失很小。再生混凝土和普通混凝土的強度差值隨期齡增加而減小。

（2）再生骨料抗折強度較普通混凝土強度低，但滿足工程需要（4-6Mpa），抗折強度隨水灰比增加而增加。水泥用量少會導致抗折強度降低[2]。

（3）再生混凝土的彈性模量為基體混凝土的70%-80%，表現為受力時韌性增大，具有良好的抗震抵抗力和抵抗運動荷載的能力。彈性模量隨再生骨料取代率的增大而減小，而極限應變隨取代率的增大而緩慢增大。再生混凝土較普通混凝土徐變增大40%-80%，在拌合時需要加入粉煤灰和適量外加劑。

（4）再生混凝土較普通混凝土抗滲性差，需要降低水灰比和碾壓作用來控制。抗磨性隨原生混凝土的提高而提高，隨骨料尺寸的減小而明顯降低。吸水性很大，一般用水量要多出5%，在配合比設計時要加入減水劑。

綜上所述，再生混凝土具有良好的延性，鋼纖維的加入剛好可以彌補再生混凝土強度上的缺陷，而且再生骨料其表面粗糙且不規則，有利于與鋼纖維之間產生較大的摩擦力和機械咬合力，在受力的過程中能在一定程度上阻止鋼纖維的拔出，如果再加以適當的碾壓作用，進一步提高鋼纖維和骨料之間的相互作用，那么，再生混凝土完全有可能具有比普通混凝土更加優越的性能。

3 結語

國內外研究表明混凝土的受壓破壞與受拉破壞均源自材料內部的先天缺陷處發生裂紋擴展，因此這是再生混凝土抗拉強度要低于天然混凝土的主要原因。纖維間距理論認為要想增強餛凝土(尤其是再生混凝土)這樣本身帶有缺陷的脆性材料的抗拉強度，必須盡可能地減小缺陷的尺寸，提高韌性，降低裂縫尖端的應力強場強度因子。一般可以通過提高鋼纖維體積率減小缺陷尺寸，在體積率為1．5%-2．0%時，鋼纖維對再生混凝土的增強效果則要明顯高于天然混凝土。而其他減小再生骨料內部缺陷的方法還需要繼續研究。

鋼纖維再生混凝土的尺寸效應在國內外研究很少，目前的成果表明，試件尺寸越小，試件端面與試驗機墊板之間的摩擦對鋼纖維混凝土抗壓強度的影響越大，同時由于鋼纖維的邊壁效應，使邊壁的約束作用隨尺寸的減小而提高。鋼纖維再生混凝土和普通鋼纖維混凝土的尺寸效應系數大致相等，具體關系還有待于進一步驗證[3]。

由于鋼纖維的成本較高，通過提高鋼纖維體積率來增強再生混凝土抗拉強度的方法顯然不符合經濟發展的要求。而且雖然鋼纖維的加入使再生混凝土內部受力更均勻，但混凝土的最終破壞往往使由于硬化水泥漿與骨料界面的破壞，因此鋼纖維再生混凝土斷裂韌度整體上要低于天然鋼纖維混凝土。碾壓作用可以極大提高再生骨料的密實度，增加纖維與骨料之間的咬合，通過高效減水劑的引入，從而達到提高整體性能的目的。本論文的研究特色和創新之處在于對鋼纖維再生混凝土進行碾壓作用，對碾壓后的混凝土斷裂性能進行分析，同時總結其尺寸效應變化規律。如果能得到提高鋼纖維再生混凝土斷裂性能的途徑，本論文將具有一定的應用價值。