改性再生混凝土动力性能研究

2021-12-20王永贵李帅鹏HughesPeter范玉辉高向宇

振动与冲击 2021年23期

王永贵,李帅鹏,Hughes Peter,范玉辉,高向宇

(1.河南理工大学土木工程学院，河南焦作 454000；2.河南理工大学生态建筑与环境构建河南省工程实验室，河南焦作 454000；3.北京工业大学建筑工程学院，北京 100122)

再生混凝土(recycled concrete，RC)有利于降低建筑垃圾的污染和自然资源的保护，逐渐成为研究热点。与普通混凝土相比，再生混凝土含有较多的界面过渡区，其力学性能普遍较低，已成为制约再生混凝土工程应用的瓶颈。为提升再生混凝土的力学性能，拓展其应用空间，部分学者对再生混凝土进行改良。主要包括两种类型：其一，再生粗骨料预处理[1-2]，常见方法有高温煅烧法、机械研磨法、酸洗法及裹浆法等，此类方法虽可提升再生粗骨料的力学性能，但工序较为繁琐，且含有较大的环境污染隐患，应用前景受限；其二、添加纤维或超细矿物材料[3-7]，纤维类型主要集中于钢纤维、聚丙烯纤维及玄武岩纤维等。玄武岩纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐高温、污染小，且产品废弃后可直接在环境中降解，无任何危害等多种优异性能，是一种名副其实的绿色环保材料。玄武岩纤维可减轻早期原生微裂纹的产生和发展，减少混凝土裂纹间的相互连通，钝化原生微裂纹尖端应力集中的作用，可较明显地提高混凝土的延性；超细矿物材料主要包括硅灰和纳米材料等，借助超细矿物材料的火山灰效应和填充效应增强界面过渡区的黏结性能。一般来说，矿物材料粒径越小，其增强效果越显著。纳米材料因其粒径较小，更易发挥矿物材料的火山灰效应和填充效应，更有利于提高界面过渡区性能和砂浆密实度，进而提高混凝土的宏观力学性能。混凝土中添加的纳米材料主要包括纳米氧化硅、纳米氧化铝[8]、纳米二氧化钛[9]、纳米碳酸钙等，纳米氧化硅更具活性，因此被广泛应用于土木工程中。

在实际工程中，混凝土建筑物受到荷载作用的情况非常复杂，除了承受静态荷载作用外，其服役过程中还可能会遭遇爆炸、冲击等动态荷载作用。这些动态荷载一旦出现则会对结构产生强烈的破坏作用，通常成为结构设计的控制因素[10]。均匀分布的纤维在混凝土内部形成致密的网状结构，限制了混凝土内部微裂纹的产生和发展，对混凝土的冲击性能具有一定的改善效果。研究表明，纤维有利于提高再生混凝土的抗冲击性能、延性和韧性；随纤维含量的增大，再生混凝土的峰值应力、能量耗散均增大。玄武岩纤维对混凝土的增强、增韧效果总体上优于钢纤维[11]。纳米材料有利于提高混凝土的静态力学性能和动态力学性能，随应变率的增大，纳米材料有利于峰值应变的增大；高应变率下，纳米颗粒更有效发挥其对混凝土的增韧优势。较之纳米碳酸钙，纳米氧化硅更有助于促进水泥水化，产生C-S-H凝胶，进而更有效提高静动态抗压强度及冲击韧性；随应变率的增大，纳米氧化硅对抗压强度的影响降低，峰值应变增大[12]；纳米氧化硅的添加可降低动态增强因子及应变率敏感性。

为充分发挥玄武岩纤维和纳米氧化硅的优势，实现纤维在细宏观上和纳米材料在微观上对再生混凝土的复合增强作用，部分学者通过玄武岩纤维和纳米氧化硅复合增强了混凝土。研究表明，玄武岩纤维和纳米氧化硅可显著改善混凝土的力学性能[13]。由于再生混凝土和普通混凝土的力学性能有较大差异，因此，需另行研究玄武岩纤维和纳米氧化硅对再生混凝土力学性能的影响。王永贵等的研究表明，玄武岩纤维和纳米氧化硅可以改善砂浆内部微观结构及玄武岩纤维与砂浆基体的黏结性能，进而提高再生混凝土的静态力学性能。然而，现有的研究较少涉及玄武岩纤维与纳米氧化硅复合改性再生混凝土的动态力学性能。随着再生混凝土应用范围的扩大，在其生命周期内不但承受静载作用，还有可能遭受爆炸、冲击等动荷载作用。鉴于此，有必要对玄武岩纤维与纳米氧化硅复合增强再生混凝土的静动态性能进行对比研究。本文通过河南理工大学土木工程学院直径50 mm的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar ，SHPB)和立方体静载抗压试验，对比分析了玄武岩纤维与纳米氧化硅复合改性再生混凝土静动态抗压性能，初步探索了玄武岩纤维和纳米氧化硅对再生混凝土静动态抗压性能影响，以期为拓展再生混凝土的工程应用提供理论基础。

1 试验概况

1.1 原材料性能

水泥由焦作丹阳水泥公司生产的普通硅酸盐水泥(P.O 42.5)，其性能指标见表1。玄武岩纤维(basalt fiber,BF)由海宁安捷复合材料公司生产，其性能指标见表2(厂家提供)。纳米氧化硅(nano-silica,NS)由南宫市锐腾合金材料有限公司提供，其性能指标见表3(厂家提供)。细骨料选取中等粒径河砂，其细度模数为2.46，表观密度为1 996 kg/m3。天然粗骨料(natural aggregate,NA)为连续级配碎石，其物理性能指标见表4；再生粗骨料(recycled aggregate,RA)由河南理工大学结构试验室废弃混凝土构件经人工破碎而成，其原始设计强度等级为C30，其物理性能指标见表4。试验过程用水均为城市自来水。

表1 水泥性能指标Tab.1 Performance indexes of cement

表2 玄武岩纤维性能指标Tab.2 Properties of basalt fiber

表3 纳米氧化硅颗粒物理性能指标Tab.3 Physical properties of Nano-SiO2 particles

表4 粗骨料物理性能指标Tab.4 Physical properties of coarse aggregate

1.2 配合比设计

为探讨取代率、BF及NS掺量变化对RC力学性能的影响，本文以再生骨料取代率(r)、BF及NS掺量为控制参数进行配合比设计，其中，再生粗骨料取代率为RA占粗骨料总量的体积比，分别设计0、50%、100% 3种变化情况；BF质量掺量共设计0、1 kg/m3、2 kg/m33种变化情况；NS掺量为其占水泥质量比，分别设计0、3%、6% 3种情况。基于上述设计变量变化情况，共设计了27种工况的混凝土配合比，每种工况的配合比对应一个编号，编号包含3组数字，其中:第一组数字代表取代率;第二组数字代表BF掺量;最后一组数字表示NS掺量;比如编号R100-1-6表示取代率为100%、BF掺量为1 kg/m3、NS掺量为6%时的配合比。上述配合比中用水量及水灰比保持不变，仅取代率、BF及NS掺量变化，取R0-0-0为基准混凝土，其配合比如表5所示。为消除因RA与NA吸水率不同所带来的影响，试验前将粗骨料均用水浸泡24 h，晾至表干后再及时拌制混凝土。

表5 基准混凝土配合比

Tab.5 Reference mix proportion

(kg·m-3)

为使BF及NS均匀分散于混凝土基体中，在前期研究基础上，根据文献[14]的建议，采用分段投料法拌制混凝土，主要流程如图1所示。

图1 改性再生混凝土拌制流程Fig.1 RAC mixing procedure

将经过上述流程所形成的混合料及时装入塑料试模内，经过振动台振动1 min，运至温度为(20±1)℃的标准养护室内，同时覆盖塑料薄膜，24 h后拆模，而后将试块放入到恒温水池内进行养护，于试验前一天取出晾至表干，以进行静态抗压试验及霍普金森压杆试验。静态试验中试块尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，每组3块试块。为准确反映混凝土材料的动态力学性能，霍普金森压杆试验时试块的长径比L/D=0.4～1.0。因此，将养护后的试块送到试块加工厂进行加工，采用SHM-200型双端面磨石机对试块进行精细加工打磨，试块直径尺寸控制在(50±1)mm，长度控制在(25±1)mm，表面不平整度小于0.02 mm。每组18个试块，分别测试3种应变率下的动态性能试验，每种应变率下均测试6个试块。

1.3 力学性能试验

力学性能试验试验包括静态抗压性能试验和冲击性能试验。静态抗压性能试验在量程为1 000 kN的液压机上进行，加载速率为0.2 MPa·s-1，加载过程按照GB/T 50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》要求进行。冲击试验在河南理工大学土木工程学院结构试验室直径为50 mm的分离式霍普金森压杆上进行。分离式霍普金森压杆系统主要由压杆系统、数据测量与采集系统、以及数据处理系统组成，其中数据采集及处理系统采用东华高科公司生产的DHDAS8302动态数据采集分析系统进行数据采集与处理，试验加载系统如图2所示。

图2 分离式霍普金森压杆试验系统Fig.2 SHPB test system

为降低霍普金森压杆的“弥散效应”，提高试块中应力的均匀程度，减小波形的震荡，经过对比橡胶、铝片、铜片等材料，试验中选用黄铜片作为波形整形器对入射波形的形状进行控制，黄铜片形状为6 mm×6 mm×1 mm的长方体。同时，为消除试块端部摩擦力的不利影响，将试块两端面涂抹高级润滑油。试验过程中，通过调整气压值来设定不同的子弹冲击速度，进而实现相应的应变率测试。经过波形整形后的典型波形曲线如图3所示，可以发现，通过波形整形后，入射波前沿上升时间明显增加，弥散效应降低，有效实现了高频滤波。

图3 部分试块波形曲线Fig.3 Strain waveform of samples

2 结果及分析

2.1 破坏形态

从断裂力学的角度来看，混凝土材料的破坏主要是由于内部微裂纹发展合并，进而贯通形成宏观破坏裂纹所致。不同应变率、纤维和氧化硅含量下的破坏形态如图4～图7所示。

(a)40.38 s-1

(a)72.59 s-1时的R50-0-0

(a)73.01 s-1时的R50-2-0

(a)侧面

通过对比不同工况下的破坏形态可发现，静态受压时，再生混凝土与普通混凝土破坏结果相似，整体上表现为粗骨料与水泥胶体之间的黏结破坏，较少出现粗骨料断裂，主要是静态荷载作用下，加载速率较慢，裂纹有充足时间沿试块内部薄弱区域扩展。冲击荷载作用下，随应变率增大，试块的破坏形态由完整经破裂向粉碎过渡(见图4)，且应变率较高时，试块破坏时伴有爆裂声，该试验现象亦被李文贵等所观测到。主要是因为不同应变率下微裂纹发展方式略有不同，应变率较低时，不能提供足够能量使微裂纹萌生和扩展，不足以形成数量较多的宏观破坏裂纹，仅少数微裂纹发展、合并，致使破坏时试块较为完整；随应变率的增大，外部输入能量较大，在较短时间内大量微裂纹萌生、发展、合并，迅速形成数量较多的宏观破坏裂纹，因此，试块破碎成较多小块，无主体形态。应变率较低时(比如应变率为75 s-1左右时)，随着纤维的加入，试块破碎时的整体性略有增强(见图5)，主要是由于纤维的桥联效应得以发挥，阻止了裂纹的进一步发展，因此整体性有所增强[15]。应变率较低时，氧化硅含量的加入，试块破碎时的整体性降低(见图6)，其原因是纳米氧化硅颗粒具有较高活性，可充分发挥填充效应和火山灰效应[16]，有利于砂浆基体密实度的增加和界面过渡区性能的改善，使再生混凝土薄弱区结构得以改善，砂浆密实度有所增强，降低了微孔隙和微裂纹含量，冲击荷载下新产生裂纹数量增大。通过对比不同的破坏状态，还可发现，随着应变率的增大，玄武岩纤维及纳米氧化硅含量的影响逐渐降低，应变率较高时，玄武岩纤维及纳米氧化硅含量已不产生明显影响。对比不同取代率下的破坏形态可发现，取代率对试块破坏形态不产生明显影响，其主要原因是，虽然取代率增大使再生混凝土内部薄弱区域增多，但是，在冲击荷载作用下试块受压变形至破坏时间较短，裂纹来不及沿薄弱区发展，而是萌生大量微裂纹，因此，取代率对破坏形态不产生明显影响。

同时，由图7可以看出，由试块侧面来看，裂纹主要沿着界面过渡区发展，较少有裂纹贯穿粗骨料的情况发生；由试块端面来看，裂纹也是主要沿着界面过渡区扩展，但存在部分粗骨料被裂纹贯穿的情况；就试块内部而言，不少粗骨料出现断裂破坏，该现象亦被王立闻等[17]所观测到。应力波在传递过程中，促使裂纹沿着荷载加载方向扩展，即由泊松效应所引起的拉应力破坏，表现为沿轴向的劈裂破坏。上述情况表明，界面过渡区为再生混凝土受力过程中的薄弱环节。

2.2 力学性能

2.2.1 应力-应变曲线

应力-应变曲线全面反映了加载过程中混凝土的应力应变之间的变化关系，是进行其他力学性能分析的基础。部分改性再生混凝土试块的SHPB冲击荷载下应力-应变曲线,如图8所示。其中，动态应力-应变曲线是通过“三波法”计算公式对入射波、反射波及透射波进行换算而得。

(a)R100-1-6

改性再生混凝土为脆性非均质材料，在试块制作、养护及加工过程中，混凝土内部存在尺寸不一的微裂纹和微孔洞等缺陷，裂纹的产生和发展是混凝土破坏的直接原因。在冲击荷载作用下，混凝土受力过程是应变硬化和损伤软化两种效应的综合。由图8可以看出，冲击荷载作用下，表现出一定的应变硬化在相应的应变率下，混凝土内部缺陷(指微孔洞与微裂纹)经历了压密过程，致使混凝土承载力有了相应的提升。随应变率增大，材料的弹性变形段变长，峰值应力相应提高。其原因是裂纹产生所需能量远大于裂纹扩展所需能量，应变率较小时，混凝土经历的压密时间相对较长，微空洞和微裂纹有充足的时间发展和汇合，所对应的峰值应力也就有所降低；应变率越大，压密过程持时越短，混凝土内部没有足够的时间进行能量的累积，也就是变形缓冲作用小，根据冲量定量，混凝土只有增大应力来平衡外部冲量，所以，峰值应力随应变率的增大而增大。由图8可发现，随取代率及玄武岩纤维含量增大，峰值应力附近逐渐趋于平缓，即在较大应变范围内仍保持强度，峰值应力较难辨认，表明玄武岩纤维添加使混凝土表现出较好地变形性能。氧化硅含量对再生混凝土应力-应变曲线形状不产生规律性影响。

由图8(b)可以看出，冲击荷载作用下，部分试块的应力-应变曲线产生一定的波动，主要是冲击过程激发的仪器振动所引起的。

2.2.2 抗压强度

通过动态应力-应变曲线可得不同应变率下的峰值应力、峰值应变及比能量吸收等性能指标，静态抗压强度、动态抗压强度、峰值应变及比能量吸收统计值见表6。

由表6可以看出，静态抗压强度随取代率的增大而降低，玄武岩纤维和纳米氧化硅的加入并不改变该变化趋势，该情况表明，取代率是影响改性再生混凝土力学性能的关键因素。同时，由表6还可以看出，玄武岩纤维有助于再生混凝土抗压强度的提高，主要是玄武岩纤维有利于改善混凝土内部孔结构，降低微裂缝尖端应力，进而抑制微裂缝的形成和发展；玄武岩纤维在混凝土基体中形成空间网状结构，有利于阻止裂纹的扩展。

相同取代率时，随纳米氧化硅含量的增大，抗压强度总体上增大。纳米氧化硅粒子表面具有大量不饱和键，其具有较大的比表面积，因此表现出较高的化学活性。在水泥水化过程中，纳米氧化硅粒子与Ca(OH)2晶体产生如式(1)所示的化学反应，将强度较低的Ca(OH)2晶体转化成强度较高的絮状水化硅酸钙胶凝(C-S-H)；同时，纳米氧化硅颗粒粒径较小，具有较好的填充效应，可填充于混凝土内部微孔隙及微裂缝中。上述因素作用下，砂浆密实度和增强界面过渡区性能得以改善，进而抗压强度有所提高。

SiO2+mH2O+nCa(OH)2=nCaO·SiO2×

(m+n)H2O

(1)

由表6可以看出，随纳米氧化硅含量的增大，抗压强度增长幅度降低。比如，取100%取代率和纤维含量2 kg/m3时，纳米氧化硅含量由0增至3%以及由3%增至6%时，静态抗压强度分别提高5.77%和3.24%。主要原因是，随纳米氧化硅含量的增大，氧化硅颗粒除与Ca(OH)2晶体产生反应生成C-S-H凝胶外，仍有部分氧化硅颗粒未能与Ca(OH)2晶体产生反应，而是作为填料填充于砂浆基体内。因此，氧化硅含量由3%过渡到6%时，再生混凝土抗压强度变化幅度较小。

构成BF的基本结构是四面体[MO4](M=Si4+,Al3+)单元及八面体[MO6](M=Al3+,Mg2+,Fe2+)单元，在碱性环境中，硅氧四面体中的桥氧键与OH-产生反应，桥氧键断裂，纤维表面产生腐蚀，降低纤维与混凝土基体的黏结效果。纳米氧化硅加入后，其先于玄武岩纤维表面与OH-产生反应而生成C-S-H胶凝，降低玄武岩纤维表面腐蚀效果。不同氧化硅含量时的玄武岩纤维表面及砂浆基体SEM照片，如图9所示。

(a)R50-2-0

由图9可知，不添加纳米氧化硅时，砂浆基体松散，纤维表面腐蚀效果严重；添加氧化硅后，纤维表面腐蚀情况大为降低，砂浆基体致密性大为提高；与3%氧化硅含量相比，6%氧化硅含量时纤维表面腐蚀情况及砂浆基体致密性能均没有明显改变。

动态抗压强度是应力-应变曲线上对应的峰值应力，体现了材料的强度指标，是衡量混凝土抗冲击性能的重要指标之一。部分试块的动态受压强度变化率随应变率变化,关系如图10所示。由表6及图10可以看出，随应变率增大，动态抗压强度增大。冲击荷载下，试块由开始变形至破坏的时间较短，大部分裂纹萌生发展得不充分，不足以耗散外部冲击能量，额外的冲击能量只有依靠应力的增加来耗散。应变率越大，试块所需的抵抗应力越大，因此，动态抗压强度就越大。应变率不变时，再生混凝土动态抗压强度不再随取代率的增大而降低。主要原因是虽然随取代率增大，再生混凝土内部微裂纹及微孔洞含量增大，但是由于冲击荷载作用时间较短，试块瞬时面临较大的外部能量输入，裂纹来不及混凝土内部沿薄弱区域发展，而是萌生大量新裂纹，因此，取代率对再生混凝土动态抗压强度不产生规律性影响。

表6 抗压强度、峰值应变及比能量吸收统计值Tab.6 Statistics of peak stress,peak strain and specific energy absorption

由表6及图10还可看出，不同取代率下，不论单掺玄武岩纤维或纳米氧化硅，还是复合添加纤维和氧化硅，动态抗压强度均有不同程度的提高。其主要原因是：纤维的桥联效应阻止了裂纹的进一步发展；纳米氧化硅颗粒有利于砂浆基体密实度的增加和界面过渡区性能的改善，可钝化微裂纹尖端处应力，进而减缓微裂纹的扩展；同时，纳米氧化硅可降低玄武岩纤维表面腐蚀效果。上述因素单独或共同作用下致使改性再生混凝土动态抗压强度较普通再生混凝土动态抗压强度有所提高。

(a)

不同应变率时的抗压强度可通过强度增长因子来反映。强度增长因子(dynamic increase factor,DIF)是试块动态抗压强度与静态抗压强度之比值，反映了冲击荷载下材料抗压强度变化情况，是衡量混凝土应变率效应的一个重要指，可由式(2)表示。各应变率时的动态增强因子如表6所示。

(2)

式中，fcd、fcs分别表示再生混凝土的动态、静态抗压强度。

由表6可以看出，随应变率增大，DIF增大。冲击荷载下，动态抗压强度增大主要归结为下述几点：① 黏性阻力效应，冲击荷载作用下，混凝土强度具有显著的率敏感性，表现为动态抗压强度随应变率增大而增大，此现象为黏性效应。冲击荷载下，水泥基材料所具有的黏性可阻止细微裂纹的进一步发展，应变率越大，黏性效应越显著，动态抗压强度越高。② 横向惯性效应，冲击荷载下，试块将产生压缩变形，但惯性力阻止其压缩变形，惯性力约束下，试块内部处于三向受力状态，当应变率增大，惯性力亦随之增大，试块所需要的破坏荷载就越大，表现为动态强度增大。③ 裂纹演化效应，随应变率的增大，荷载作用时间变短，混凝土用于缓冲变形的时间较短，裂纹来不及扩展，根据冲量定量，只有通过增加应力的办法来平衡外部冲量，因此，强度随应变率的增大而提高。

2.2.3 峰值应变

峰值应力所对应的应变为峰值应变，体现了试块的变形性能，超过峰值应变后试块将出现破坏而丧失承载能力。冲击荷载下再生混凝土的峰值应变随应变率的变化趋势并未取得一致的研究结论。Lu等[18]的研究表明，随应变率的增大，再生混凝土的峰值应变增大；但是Xiao等[19]认为，随应变率的增大，再生混凝土的峰值应变不具有规律性变化。本次试验的峰值应变统计值如表6所示。可以看出，随应变率和取代率的增大，峰值应变不具有规律性。同时，由表6可以得出部分试块的峰值应变变化率随应变率的变化情况，如图11所示。

由表6及图11可以看出，玄武岩纤维和纳米氧化硅有利于提高动态峰值应变。其主要原因是，混凝土的峰值应变包括弹性应变和黏性应变，玄武岩纤维和纳米氧化硅的添加有利于黏性应变的增加，进而导致再生混凝土的峰值应变增大。上述情况表明，在冲击荷载下，玄武岩纤维和纳米氧化硅对再生混凝土变形性能具有一定的增强作用。

2.3 耗能性能

混凝土的耗能性能主要受两个方面影响，即外部的冲击能量和内部的初始损伤状态。外部的冲击能量主要是导致试块破坏的直接原因，裂纹的萌生、发展及贯通等过程均需外部能量；试块内部的初始损伤状态主要是试块经浇筑、振捣及养护等一系列过程中内部所产生的微裂纹和微孔洞等缺陷，还包括原材料内部的初始缺陷，上述初始缺陷导致试块抵抗冲击荷载的能力产生改变，进而影响试块的宏观耗能性能。试块耗能性能的可通过比能量吸收(specific energy absorption,SEA)进行衡量，比能量吸收是评判混凝土耗能性能的重要指标。冲击试验中试块吸收的能量Wa主要包括三部分，即裂纹萌生发展至破坏所耗散的能量Wde，试块破碎后碎块飞溅所耗散的动能Wv，通过热能、声能及电磁能等形式所耗散的能量Wo。施劲松等的研究表明，Wv和Wo占Wa的含量很小，可忽略，因此可认为Wa与Wde相等。因加载过程中在试块两端面上涂抹了高级润滑油，加载过程中试块与入射杆和投射杆之间的摩擦力所耗散的能量可忽略。根据能量守恒定律，比能量吸收可按式(3)表示，比能量吸收统计值如表6所示。

(3)

式中:A及AS分别为杆件和试块的横截面积;E为杆件弹性模量;c为杆中波速，LS为试块初始厚度;εi(t)、εr(t)、εt(t)分别是杆中入射、反射及投射应变;T为试块最终破坏时刻。

(a)

由表6可得出比能量吸收变化率随应变率变化关系，部分试块的比能量吸收变化率随应变率变化关系,如图12所示。由表6及图12可以看出，随应变率的增大，比能量吸收增大，表明比能量吸收具有明显的应变率效应。主要原因是:当应变率较低时，外部输入能量部分被试块破坏所耗散，部分以弹性能方式释放，耗能性能较低；随应变率增大，外部输入能量达到或超过试块破坏所需能量，裂纹来不及沿内部薄弱面发展，而是在较短时间内萌生大量微裂纹来平衡冲击能量，而萌生新裂纹所需要的能量远大于裂纹扩展所耗散的能量，应变率越大，裂纹数量就越多，能量耗散也就越大；应变率较高时，试块内部裂纹充分发展并产生大量微裂纹，致使试块变形性能显著提升，耗能性能也就明显增大。

(a)

可以看出，玄武岩纤维及纳米氧化硅的添加有利于比能量吸收的增大。其原因主要归结为,均匀分散于混凝土内部的玄武岩纤维，其桥联效应得以充分发挥，阻止裂纹的进一步扩展，冲击荷载作用下，面临两种情况：新微裂纹萌生及老裂纹扩展致使纤维拔出，但所需能量均高于裂纹扩展所需能量；纳米氧化硅颗粒具有较高活性，可充分发挥填充效应和火山灰效应，有利于砂浆基体密实度的增加和界面过渡区性能的改善，使再生混凝土薄弱区结构得以改善，降低了微孔隙和微裂纹数量，冲击荷载下新产生裂纹数量增大；同时，砂浆密实度的提高增大了玄武岩纤维拔出和裂纹扩展所需能量。上述因素共同作用下单位体积能耗增多，进而导致再生混凝土的比能量吸收增大。

由表6可以看出，取代率对比能量吸收的影响不具有规律性。冲击荷载作用下，试块由受力直至破坏时程较短，部分裂纹来不及沿混凝土内部薄弱区域扩展，而是在不同区域萌生大量细微裂纹，因此，比能量吸收随取代率的增大不产生规律性变化。该情况趋势也表明，取代率不是影响比能量吸收的主要因素。