再生粗骨料摻量對鋼纖維混凝土抗折疲勞性能影響

吳維熙

摘要：本文研究了再生粗骨料摻量對SFRC抗折疲勞性能的影響，研究表明，再生粗骨料的摻入降低了SFRC的疲勞性能，各試件的疲勞壽命均很好地服從兩參數威布爾分布，且建立的雙對數疲勞方程相關性較好;得到合適的再生粗骨料摻量，既能最大程度利用廢舊混凝土，又能滿足實際工程需求。

Abstract： This paper studies the effect of the amount of recycled coarse aggregate on the flexural fatigue performance of SFRC. The study shows that the incorporation of recycled coarse aggregate reduces the fatigue performance of SFRC， and the fatigue life of each specimen is well subject to two parameters Weibull distribution， and the established double logarithmic fatigue equation has a good correlation; obtaining a suitable amount of recycled coarse aggregate can not only maximize the use of waste concrete， but also meet the actual engineering needs.

關鍵詞：再生粗骨料;鋼纖維;抗折強度;抗折疲勞

Key words： recycled coarse aggregate;steel fiber;flexural strength;flexural fatigue

中圖分類號：TU375? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0094-02

0? 引言

近年來，混凝土原材料短缺問題凸顯，實現建筑垃圾可循環利用意義重大。建筑垃圾約58.8%的成分為廢棄混凝土[1]，將廢棄混凝土制備成再生混凝土應用于路面，是實現建筑垃圾循環利用的一種有效方案[2]。

路面承受車輛循環荷載，抗折疲勞性能是其一項重要性能指標[3]，但再生混凝土抗折疲勞性能有明顯降低，且摻量越大，疲勞性能降低越大[4]。鋼纖維作為一種普通混凝土的改性材料，既能增強混凝土的強度[5]，又能提高普通混凝土的疲勞壽命。鋼纖維混凝土和再生混凝土各有優缺，若將鋼纖維和再生粗骨料同時摻入混凝土，找到滿足要求的再生粗骨料摻量，這樣既能解決建筑垃圾問題，又能滿足實際工程需求。

1? 試驗概況

1.1 原材料

水泥：PO42.5級普通硅酸鹽水泥。細骨料：江砂，細度模數為2.4，II區中砂。外加劑：聚羧酸減水劑，減水率為24～26%。摻合料：I級粉煤灰，細度7.0%，需水比92%，燒失量為3.6%;S95等級礦粉，密度2.9g/cm3，比表面積435m2/kg。粗骨料：粒徑均為5～31.5mm，天然粗骨料表觀密度2760kg/m3，再生粗骨料表觀密度2430kg/m3。鋼纖維：銑削波浪型鋼纖維，密度7720kg/m3，抗拉強度835MPa。

1.2 配合比

素C30混凝土（C）配合比見表1，在此基礎上設計其他組試件配合比。SFC為C外摻體積率為1.0%（77.2kg/m3）的鋼纖維，SF10RC、SF20RC、SF30RC、SF40RC、SF50RC、SF60RC是將SFC中天然粗骨料按10%、20%、30%、40%、50%、60%替換為再生粗骨料。

1.3 試件設計

試驗試樣為150mm×150mm×550mm的標準小梁試樣，每種配合比制備3個相同試樣，共96個。其中，24個進行彎曲抗折試驗，72個進行抗折疲勞試驗。本次抗折疲勞試驗在MTS Landmark電液伺服試驗系統上進行，采用四點彎曲加載。本次試驗采用正弦波等幅加載，荷載為10Hz，采用0.6、0.7、0.9三個應力水平。荷載循環特征值ρ=Pmin/Pmax=0.1。其中，Pmin為循環荷載最小值，循環次數設置為200萬次。

2? 試驗結果分析

2.1 試驗結果

各組試件試驗結果見表2。

2.2 疲勞壽命結果分析

由表2可知，SFC較C疲勞壽命有明顯提高，這是由于鋼纖維亂向分布于混凝土內部，形成彈簧微型單元體，增強了混凝土在循環荷載下的疲勞強度。SFRC壽命隨再生粗骨料替換率的增高而降低，這是由于再生粗骨料內部存在許多微裂縫，替換率越高，在循環荷載作用下裂縫發展越快。

2.3 疲勞壽命威布爾分布擬合

根據威布爾分布理論，可對表2中疲勞壽命進行威布爾分布擬合，見圖1。

由圖1可知，In[In（1/P）]和InN間呈現良好的線性關系，且除C、SF20RC、SF50RC、SF60RC試件在0.6的應力水平下相關系數R2略低于0.9545，其他均大于0.9545。說明整體而言，SFRC各試件在三種應力水平下疲勞壽命均較好服從兩參數威布爾分布。

2.4 疲勞壽命方程

本文采用雙對數疲勞方程：lgS=lga-λlgN。限于篇幅，本文僅給出存活率為0.5時的疲勞方程，供相關實際工程應用參考。疲勞方程為：

3? 結論

①再生粗骨料的摻入降低了鋼纖維混凝土的疲勞壽命，并呈現持續降低的趨勢。

②再生粗骨料替換率為30%為最佳替換率，既能最大程度利用廢棄混凝土，又能滿足實際工程需求。

③各配合比混凝土均能較好地服從兩參數威布爾分布，且擬合的疲勞壽命方程相關性較好，可以為普通混凝土、再生混凝土、鋼纖維再生混凝土的實際工程應用提供參考。

參考文獻：

[1]王瓊，放林鋒，方倩倩，等.國內外建筑垃圾綜合利用現狀和國內發展建議[J].粉煤灰，2014，4：19-21.

[2]魏英爍，姬國強，胡力群.建筑垃圾回收再利用研究綜述[J]. 硅酸鹽通報，2019，9：2842-2846.

[3]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面設計規范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]Kim K， Shin M， Cha S. Combined effects of recycled aggregate and fly ash towards concrete sustainability[J].Construction&Building Materials， 2013，48（19）：499-507.

[5]李艷芳.道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術的應用[J].河南建材，2018（05）：38-39.