不同纤维对再生混凝土力学性能的影响

秦泽轩

摘 要：设计一组素再生混凝土和三组添加不同纤维的再生混凝土试件，通过对试样进行单轴抗压、劈裂抗拉试验分析不同纤维对再生混凝土力学性能的影响以及影响机制。研究结果表明：随着养护龄期的增加，植物纤维对再生混凝土的增强效果逐渐减弱，直聚丙烯纤维会增加再生混凝土的力学性能，曲聚丙烯纤维会减弱再生混凝土的力学性能;且随龄期增加，再生混凝土中植物纤维的结构由紧密板状变为松散絮状，原因是植物纤维受到碱腐蚀，结构发生破坏;曲聚丙烯纤维通过影响纤维周围的裂隙发育情况来影响再生混凝土的力学性能。

关键词：再生混凝土;不同纤维;单轴抗压;劈裂抗拉

中图分类号：TU528     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）4-0070-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.04.015

Effect of Different Fibers on Mechanical Properties of Recycled

Concrete

QIN Zexuan

（Henan Angang Zezhong Metallurgical Design Co.， Ltd.， Zhengzhou 450003， China）

Abstract： A group of plain recycled concrete and three groups of recycled concrete specimens with different fibers were designed， and the effects of different fibers on the mechanical properties of recycled concrete were analyzed through uniaxial compression and splitting tensile tests. The results show that with the increase of curing age， the enhancement effect of plant fiber on recycled concrete gradually weakens. Straight polypropylene fiber will increase the mechanical properties of recycled concrete， while curved polypropylene fiber will weaken the mechanical properties of recycled concrete. And with the increase of age， the structure of plant fiber in recycled concrete changes from compact plate to loose flocculent， because the plant fiber is corroded by alkali and the structure is damaged. Curved polypropylene fibers affect the mechanical properties of recycled concrete by affecting the development of cracks around the fibers.

Keywords： recycled concrete; different fibers; uniaxial compressive strength; tensile splitting

0 引言

再生混凝土的应用较好地解决了建筑垃圾处理问题及天然砂石资源短缺问题[1-5]，然而，由于再生骨料强度低，易破碎，耐久性差等问题限制了其在建筑行业的推广[6]。而纤维可以均匀分布于混凝土内部形成三维网状结构，改善了再生混凝土的力学性能。因此，研究纤维再生混凝土的力学性能具有重要的理论和工程实践意义。

现阶段，学者们在再生混凝土、纤维混凝土的试验和理论研究方面积累大量的经验。针对再生混凝土，郭远新等[7]研究了再生混凝土配合比设计问题，分析了用水量、水胶比及再生骨料品质对配合比设计的影响。周静海等[8]通过有限元软件研究了再生骨料分布对再生混凝土抗拉性能的影响，研究发现再生骨料分布均匀性对抗拉强度影响明显。针对纤维混凝土，Banthia等[9]将不同纤维混合加入普通强度混凝土中，研究了聚丙烯纤维在提高混凝土韧性方面的作用。佟钰等[10]研究了聚丙烯纤维对水泥土的增強增韧作用，研究发现聚丙烯纤维可以提高水泥基材料的力学性能。

值得注意的是，目前针对再生混凝土及纤维混凝土方面的研究较多，但在纤维再生混凝土方面还缺乏系统的研究。因此，笔者将不同纤维加入再生混凝土中，研究不同纤维对再生混凝土力学性能的影响。

1 试验概述

1.1 试验材料

该再生混凝土试验主要原料为废砖块、废混凝土、水泥和不同纤维。废砖块和废混凝土为拆除建筑物产生的建筑垃圾;水泥密度为3.10 g/cm3，初凝时间130 min，终凝时间310 min，28 d抗折、抗压强度分别为8.8 MPa、52.2 MPa。水泥成分如表1所示，植物纤维和聚丙烯纤维在网上购置，纤维基本性能参数如表2所示。试验中，将废砖块中粒径在5～15 mm的材料作为粗骨料，将粒径在5 mm以下的材料作为细骨料。

1.2 试样制备

根据《再生混凝土结构技术标准》（JGJ/T 443—2018）[11]，经计算得再生混凝土材料配合比为水∶水泥∶粗骨料∶细骨料∶聚丙烯纤维=0.95∶1∶3.59∶2.20∶0.003，将再生混凝土加工成100 mm×100 mm ×100 mm的非标准立方体试件，24 h后试块脱模，在湿度为95%的条件下养护28 d。

1.3 试验方案

该试验分为四组试样，分别为K1、K2、K3和K4，具体的材料组成如表3所示。

试样根据轴向抗压试验和劈裂抗拉试验分为两批，第一批是再生混凝土养护7 d时进行试验，第二批是再生混凝土养护28 d时进行试验。

2 试验结果与分析

2.1 试块破坏形态分析

图1为再生混凝土试样破坏形态。由图1可知，K1和K4再生混凝土试样破坏程度非常严重，主要出现的是脆性破坏。其中，K1试样的边缘破坏较为严重，而K4试样的中心以及下部破坏较为严重;相对而言，K2和K3再生混凝土试样出现延性破坏，试样表面出现一些未贯通的裂隙，但整体性较好，破坏不太严重，基本上未发生脱落和破碎现象。由此可知，植物纤维和直聚丙烯纤维都可以抑制再生混凝土的破坏，而曲聚丙烯纤维不能抑制再生混凝土的破坏，反而会影响再生混凝土的内部结构。

2.2 试块应力应变曲线分析

图2为不同养护时间下再生混凝土试块应力应变曲线，由图2可知：养护7 d时，K2再生混凝土试样的抗压强度和劈裂抗拉强度比K1大，其中抗压强度增大幅度分别为8.9%和22.8%，抗拉强度增大幅度分别为17.7%和21.0%;养护28 d时，两者强度非常接近，说明养护时间增加，植物纤维的作用越来越小;同时K3试样的抗压强度和劈裂抗拉强度大于K1试样，增大幅度接近30%，而K4试样的抗压强度和劈裂抗拉强度小于K1试样，抗压和抗拉强度的增大幅度均为负值。

通过上述分析发现：直聚丙烯纤维可以有效增强再生混凝土的力学性能，而曲聚丙烯纤维能削弱再生混凝土的力学性能，原因是曲聚丙烯纤维因为波动而不能较好地和水泥浆体进行胶结，未胶结的曲聚丙烯纤维会成为再生混凝土结构的薄弱点，在外力作用下容易发生破坏;植物纤维养护初期可以增强再生混凝土的力学性能，但是养护后期增强作用基本上消失，原因是再生混凝土内部呈碱性环境，而植物纤维处于碱性环境中，随着养护时间的增加会不断地受到腐蚀，导致强度和结构受到破坏，进而不能增强再生混凝土的力学性能。

3 结论

①植物纤维和直聚丙烯纤维都可以抑制再生混凝土的破坏，曲聚丙烯纤维不能抑制再生混凝土的破坏，反而会破坏再生混凝土的内部结构。

②养护初期，植物纤维可以增强再生混凝土的峰值强度和变形模量，养护28 d时，植物纤维的增强效果减弱。通过扫描电镜可以看出，在混凝土的养护过程中，再生混凝土中植物纤维的结构由紧密变为松散，这种变化与植物纤维处于再生混凝土的碱性环境中有关。故混凝土中的植物纤维需要特别注意碱腐蚀。

③直聚丙烯纤维可以增强再生混凝土的峰值强度和变形模量，单轴抗压强度和劈裂抗拉强度的增大幅度接近。

④曲聚丙烯纤维会削弱再生混凝土的峰值强度和变形模量，单轴抗压强度和劈裂抗拉强度的削弱幅度差异较大。结合扫描电镜可以看出，曲聚丙烯纤维通过影响纤维周围的裂隙发育情况来影响再生混凝土的力学性能。

参考文献：

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[2] 馬明轲.城市建筑垃圾资源化多元协作性治理研究[D].西安：长安大学，2019.

[3] 付士峰，张广田，刘娟红.再生轻骨料自密实混凝土力学和耐久性能研究[J].建筑结构，2016，46（12）：41-44.

[4] 刘立新，胡新安，谢丽丽，等.再生混凝土多孔砖砌体抗压强度试验研究[J].郑州大学学报（工学版），2007，28（3）：9-11，43.

[5] 郝彤，张兴昌，刘立新.再生混凝土多孔砖砌体抗剪强度试验研究[J].新型建筑材料，2006（7）：51-53.

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[8] 周静海，边晨，王凤池，等.再生骨料的分布对再生混凝土抗拉性能的影响[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2015，31（2）：267-275.

[9] BANTHIA N. Micro-fiber reinforced cement composites. II. Flexural response and fracture studies[J].Canadian Journal of Civil Engineering，1995，22（4）：668-682.

[10] 佟钰，刘阳，罗超，等.聚丙烯纤维改性水泥土的力学性能研究[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2020，36（3）：507-513.