钢纤维再生混凝土性能研究

周正为

大连港口设计研究院有限公司 辽宁大连 116001

目前，国内外钢纤维再生混凝土的研究很少，基本处于空白。再生混凝土由于其骨料表面经过粉碎作用附着大量水泥浆体，吸水性远大于普通混凝土，配置出的试件水灰比较大，抗压强度，抗折强度，干缩和徐变等性能都低于普通混凝土，所以再生混凝土一般来说适用于等级较低的中低强度混凝土。而现实生活中对混凝土的性能要求越来越高，简单的用再生骨料取代天然骨料的方法已经落伍，要想配置满足规范要求的再生混凝土，就必须采取必要的措施。而钢纤维的加入正好大幅度提高了混凝土的各方面性能，同时由于再生骨料的存在，在满足强度要求的前提下，可以大大降低成本，有利于实现可持续发展。

1 钢纤维混凝土性能研究

钢纤维混凝土经过短短十几年的发展，已经取得了很大进展，证明它有极大的生命力，但也有一些问题有待进一步研究解决：

1.1 纤维增强机理尚不够完善

目前一般采用的由罗缪弟和巴特森提出的纤维间距学说和以斯威梅等人提出的混合物法则都欠完善。至今对此仍有较大争论。钢纤维混凝土是以少量的延性材料混入脆性基体中组成的复合材料。与玻璃钢增强机理和连续配筋的钢筋混凝土有很大不同。复合材料中钢纤维数量很少，又是不连续随机分布的，纤维的粘结性能千差万别，这些都给理论分析带来困难。

1.2 钢纤维和基体的粘结强度不够

这是影响复合材料性能的进一步提高的重要原因。在进行钢纤维混凝土试验时，往往是纤维被拔出而不是被拉断，纤维的增强效果并未完全发挥。因此必须进一步改善和提高纤维与基体的粘结强度，才能显著地改善复合材料的性能[1]。

1.3 钢纤维混凝土的拌和，振捣，成型比较困难

虽然目前已有不少成功的经验，但在实际应用时，仍会碰到不少困难。

1.4 纤维价格太高

这是影响钢纤维混凝土推广应用的主要障碍。因此改进钢纤维生产方式，提高产量，降低成本，是发展和推广钢纤维混凝土必须解决的关键问题。

2 再生混凝土性能研究

通过大量实验研究表明，再生混凝土的基本性能如下：

（1）再生混凝土外层由于包裹砂浆，孔隙率比较低。经实验研究证明，中低强度混凝土中用再生骨料取代粗骨料强度损失很小。再生混凝土和普通混凝土的强度差值随期龄增加而减小。

（2）再生骨料抗折强度较普通混凝土强度低，但满足工程需要（4-6Mpa），抗折强度随水灰比增加而增加。水泥用量少会导致抗折强度降低[2]。

（3）再生混凝土的弹性模量为基体混凝土的70%-80%，表现为受力时韧性增大，具有良好的抗震抵抗力和抵抗运动荷载的能力。弹性模量随再生骨料取代率的增大而减小，而极限应变随取代率的增大而缓慢增大。再生混凝土较普通混凝土徐变增大40%-80%，在拌合时需要加入粉煤灰和适量外加剂。

（4）再生混凝土较普通混凝土抗渗性差，需要降低水灰比和碾压作用来控制。抗磨性随原生混凝土的提高而提高，随骨料尺寸的减小而明显降低。吸水性很大，一般用水量要多出5%，在配合比设计时要加入减水剂。

综上所述，再生混凝土具有良好的延性，钢纤维的加入刚好可以弥补再生混凝土强度上的缺陷，而且再生骨料其表面粗糙且不规则，有利于与钢纤维之间产生较大的摩擦力和机械咬合力，在受力的过程中能在一定程度上阻止钢纤维的拔出，如果再加以适当的碾压作用，进一步提高钢纤维和骨料之间的相互作用，那么，再生混凝土完全有可能具有比普通混凝土更加优越的性能。

3 结语

国内外研究表明混凝土的受压破坏与受拉破坏均源自材料内部的先天缺陷处发生裂纹扩展，因此这是再生混凝土抗拉强度要低于天然混凝土的主要原因。纤维间距理论认为要想增强馄凝土(尤其是再生混凝土)这样本身带有缺陷的脆性材料的抗拉强度，必须尽可能地减小缺陷的尺寸，提高韧性，降低裂缝尖端的应力强场强度因子。一般可以通过提高钢纤维体积率减小缺陷尺寸，在体积率为1．5%-2．0%时，钢纤维对再生混凝土的增强效果则要明显高于天然混凝土。而其他减小再生骨料内部缺陷的方法还需要继续研究。

钢纤维再生混凝土的尺寸效应在国内外研究很少，目前的成果表明，试件尺寸越小，试件端面与试验机垫板之间的摩擦对钢纤维混凝土抗压强度的影响越大，同时由于钢纤维的边壁效应，使边壁的约束作用随尺寸的减小而提高。钢纤维再生混凝土和普通钢纤维混凝土的尺寸效应系数大致相等，具体关系还有待于进一步验证[3]。

由于钢纤维的成本较高，通过提高钢纤维体积率来增强再生混凝土抗拉强度的方法显然不符合经济发展的要求。而且虽然钢纤维的加入使再生混凝土内部受力更均匀，但混凝土的最终破坏往往使由于硬化水泥浆与骨料界面的破坏，因此钢纤维再生混凝土断裂韧度整体上要低于天然钢纤维混凝土。碾压作用可以极大提高再生骨料的密实度，增加纤维与骨料之间的咬合，通过高效减水剂的引入，从而达到提高整体性能的目的。本论文的研究特色和创新之处在于对钢纤维再生混凝土进行碾压作用，对碾压后的混凝土断裂性能进行分析，同时总结其尺寸效应变化规律。如果能得到提高钢纤维再生混凝土断裂性能的途径，本论文将具有一定的应用价值。