纤维掺量再生混凝土力学性能影响分析

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摘要：本实验研究了混合纤维不同的掺量对再生混凝土基本力学性能的影响。试验结果表明：加入纤维在一定程度上会增强再生混凝土的力学性能。

关键词：再生混凝土；聚丙烯腈纤维；聚丙烯仿钢纤维；力学性能

引言

建筑垃圾资源化已成为国内研究的热点，以建筑垃圾为原材料制成的再生混凝土存在早期强度低、易开裂、抗冲击性能差等缺点，限制了其广泛应用。已有研究表明，在再生混凝土中加入钢纤维可以提高其力学性能［1-2］，但其在施工工艺上存在和易性较差，粘结性较差等缺点，钢纤维的替代产品——聚丙烯仿钢纤维也存在着直径粗、不易搅拌等缺点，因此大多数混凝土是采用混合纤维。本研究中为了降低环境污染，有效的利用工业废料和建筑垃圾，将聚丙烯腈纤维和聚丙烯仿钢纤维混合后掺入再生混凝土中以提高其力学性能。

1料及实验方法

1.1试验方案设计

本试验水胶比采用0.35，以20%的粉煤灰代替部分水泥，用30%再生细骨料代替天然砂，纤维掺量控制为0.3%，减水剂的掺率为胶凝体总质量的1%，为了改善再生混凝土的各项性能，本实验设定聚丙烯腈纤维和聚丙烯仿钢纤维的掺入比例为1：1，通过改变纤维掺量，共设计了5组不同配合比的实验组。混凝土搅拌后先测试坍落度，然后进行标准养护，并在规定的龄期测试再生混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度以及弹性模量等。

1.2原材料

水泥：吉林省生产的强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，其密度为3150kg/m3粉煤灰：吉林省延吉市某发电厂生产的粉煤灰细集料：延边朝鲜族自治州地产的天然中砂，级配良好，细度模数为2.9，含水率为2.2%，密度为2600kg/m3粗集料：天然粗骨料为粒径5~25mm的具有连续级配的石子，其密度为2700kg/m3，含水率为2.2%，再生粗骨料是将混凝土经实验室破碎机破碎后用水清洗晾干后使用，其粒径为5-25mm，吸水率为5%外加剂：聚羧酸高效减水剂，减水率为20%聚丙烯腈纤维：纤维从废弃腈纶中提取，长度为19mm，其密度为1.18g/m3聚丙烯仿钢纤维：长度为19mm，其密度为0.91g/m3

1.3试验方法

本试验根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》与CECS13：2009《纤维混凝土试验方法标准》等规范规程的要求对混凝土的各项基本力学性能进行试验操作。

2试验结果与分析

2.1抗压强度试验结果分析 

不同掺量混杂纤维再生混凝土抗压试验结果如图1所示。随着纤维掺量的增加，混凝土的28d的抗压强度呈先减后增的趋势，并在纤维掺入量0.1%时达到最大值，为65.6MPa，其次为0.2%，0.3%，0.4%，0.0%。随着纤维总掺量的增加，混凝土的标准强度有所降低，这是因为当水泥基材料硬化后，纤维的加筋增强作用会快速减弱，当纤维模量低于基体模量时，纤维无法阻止基体受力后微裂纹的出现［3］。综合考虑，0.1%是再生混凝土对于抗压强度提高的最优掺量。

2.2劈裂抗拉性能试验结果分析

不同掺量混杂纤维再生混凝土的劈裂抗拉强度试验结果如图2所示。随着纤维掺量的增加，再生混凝土的劈裂抗拉强度呈先增后减的趋势。其中在纤维掺入量0.1%时强度达到最大值，为2.56MPa，其次为0.2%，0.3%，0.0%，0.4%顺序。混凝土开始受力时，主要是混凝土在承受荷载，当荷载变大时，引起混凝土较大变形时，纤维开始发挥作用，由于聚丙烯腈纤维和聚丙烯仿钢纤维的抗拉强度及弹性模量远大于混凝土，纤维开始承受混凝土中的拉应力，阻止混凝土的进一步变形［4］，总的来看，掺入纤维会提高混凝土的劈裂抗拉能力，0.1%是提高再生混凝土劈裂抗拉的最优掺量。

2.3弹性模量性能试验结果分析

不同掺量混杂纤维再生混凝土的弹性模量试验结果如图3所示。随着纤维掺量的增加，再生混凝土的弹性模量呈有起伏，但幅度不大的趋势。其中在纤维掺入量0.0%时强度达到最大值，为32.85MPa，其次为0.4%，0.2%，0.1%0.3%顺序。在混凝土中加入聚丙烯腈纤维和聚丙烯仿钢纤维对并没有提高混凝土的弹性模量，这是因为，高强混凝土的静压弹性模量基本不受纤维类型的影响［5］。

3结语

本研究对不同掺量混杂纤维再生混凝土进行了相关力学性能试验，分析了不同掺量混杂纤维对再生混凝土的力学性能的影响，并得出以下结论：（1）混凝土的抗压强度随着纤维总掺量的增加而增强。（2）掺入纤维会提高混凝土的劈裂抗拉能力，且掺入总量为0.1%时对再生混凝土劈裂抗拉提高幅度最为显著。

参考文献

［2］李燕飞，杨键辉，丁鹏，等.混杂纤维混凝土力学性能研究［J］.玻璃钢/复合材料，2013（2）：60-64.

［3］马银华，梁影等.纤维保水效应对失水成型水泥基材料强度的影响.武汉理工大学学报，2015（1）：31-36

［4］陈景，蒋林华.钢纤维增强高性能混凝土力学性能研究.混凝土与水泥制品.2006（1）：37-39.

［5］高丹盈，汤寄予，赵军等.纤维高强混凝土弹性模量的试验研究.工业建筑，2004，34（10）：47-49.

作者：韩慧优 迟翠萍 裴长春 单位：延边大学工学院