不同比例混雜纖維再生混凝土的力學性能試驗研究

韓慧優，遲翠萍，裴長春*

1.延邊大學工學院 土木工程專業，吉林 延吉 133002 2.日照市規劃設計院研究院集團有限公司，山東 日照 262300

0 引言

我國目前處于城市建設高峰期，隨著城市化進程的加快，據統計，我國建筑能耗比例達到35%左右，非常多的建筑物達到使用年限，需要拆除重建，建筑垃圾應運而生。建筑垃圾資源化處置已經成為近年來的研究熱點，國內已經有很多將廢棄混凝土破碎再利用的先例，但制成的再生混凝土有早期強度低、易開裂、抗沖擊性能差等缺點。還有，隨著我國經濟的快速發展廢棄毛線、廢棄針織物（純紡或與羊毛混紡）和廢棄機織物等物品的量也增加，而這些物品中都以纖維制成。部分的纖維都具有較高的抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強度，卓越的抗沖擊性能等物理力學性能［1-2］。

為了降低環境污染，有效再利用工業廢料和建筑垃圾，本文通過改變廢棄聚丙烯腈纖維（以下簡稱PAN）和聚丙烯仿鋼纖維（以下簡稱PPTF）的摻入比例，分析再生混凝土的力學性能。

1 試驗方案設計

1.1 試驗方案設計及方法

本實驗中的水膠比采用0.35，用30%破碎而成的再生粗骨料代替天然粗骨料，減水劑摻率為膠凝體總質量的1%，纖維總摻量控制為0.3%，為了改善再生混凝土的各項性能，本實驗通過改變聚丙烯腈纖維和聚丙烯仿鋼纖維的摻入比例，共設計5組不同配合比的實驗組。混凝土攪拌后先測試坍落度，然后進行標準養護，并在規定的齡期參照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2002）的試驗方法測試再生混凝土的抗折強度、抗壓強度、劈裂抗拉性能等。

1.2 試驗原材料

（1）水泥：延吉市P.0 42.5 型號普通硅酸鹽水泥，其密度為3150kg/m3；

（2）纖維：聚丙烯腈長度為19mm，其密度為1.18 g/m3，聚丙烯仿鋼纖維長度為19mm，其密度為0.91 g/m3；

（3）天然粗骨料：碎石，粒徑為5～25m，含水率為2.4%；

（4）再生粗骨料： 廢棄混凝土先經過人工破碎成中等尺度的碎塊，之后用顎式破碎機破碎，再生粗骨料的粒徑為5～25mm，含水率為5%;

（5）砂： 延吉市本地天然黃砂，中砂，級配良好，細度模數為2.9，含水率為2.4%；

（6）減水劑：聚羧酸高效減水劑，減水率為20%。

2 試驗結果與分析

2.1 抗壓強度分析

如圖1 所示，隨著聚丙烯腈纖維（以下稱為PVA 纖維）摻率的增加，混凝土的28d 抗壓強度呈有起伏，但幅度不大的趨勢。其中在P25F75時達到最大值，為77.40MPa，其次為P0F100，P100F0，P25F75，P75F25。綜合來看，PAN 纖維摻入比例為50%，PPTF 纖維摻入比例為50%時，再生混凝土的抗壓強度最高。

圖1 不同摻率比組合混雜纖維再生混凝土28d 的抗壓強度

2.2 抗折強度分析

圖2 不同摻率比組合混雜纖維再生混凝土的抗折強度

由圖2 中可知，隨著PAN 纖維的摻率的增加，再生混凝土的抗折強度呈先增后減的趨勢。其中在P25F75組強度達到最大值，為10.4MPa，其次為P50F50，P75F25，P100F0，P0F100順序。可以看到，單摻PAN 纖維、PPTF 纖維對基體混凝土的增強效果有限，而PAN 纖維和PPTF 纖維混摻則能更好地取長補短，將兩者的優勢充分發揮出來，PAN 纖維摻量為25%，PPTF 纖維摻量為75%時，混雜纖維對混凝土抗折強度的增強效果最佳［3］。

2.3 劈裂抗拉強度分析

如圖3 所示，隨著PAN 纖維摻率的增加，再生混凝土的劈裂抗拉強度呈先減后增的趨勢。其中在P100F0組強度達到最大值，為1.97MPa，其次為P75F25，P25F75，P50F50，P0F100順序。這是因為PAN 纖維的抗拉強度較大。

圖3 不同摻率比組合混雜纖維再生混凝土的劈裂抗拉強度

3 結論

（1）PAN 纖維與PPTF 纖維摻入比例為1：1 時，再生混凝土的抗壓強度達到最大值。

（2）在素混凝土中單摻PAN 纖維或PPTF 纖維對其抗折強度的增強效果并不顯著，相比而言，混雜纖維對混凝土抗折強度的增強效果更佳，本實驗中，PAN 纖維摻量為25%，PPTF纖維摻量為75%時，增強效果達到最大化。

（3）摻入PAN 纖維可以作為提高混凝土劈裂抗拉強度的有效方法之一，這是因為其抗拉強度較大。