比例混杂纤维再生混凝土力学性能试验

摘要：通过控制两种纤维在再生混凝土的总掺入量，改变聚丙烯腈纤维和聚丙烯仿钢纤维的掺入比例，来探究其对混凝土力学性能的影响。结果显示，单掺聚丙烯腈纤维或聚丙烯仿钢纤维对再生混凝土抗压及抗折强度都有提升作用，当其比例为1：1时，提升效果最为明显；对于混凝土的劈裂抗拉强度，由于聚丙烯腈纤维的抗拉强度较好，单掺聚丙烯腈纤维提高效果更为显著。

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

我国目前处于城市建设高峰期，随着城市化进程的加快，据统计，我国建筑能耗比例达到35%左右，非常多的建筑物达到使用年限，需要拆除重建，建筑垃圾应运而生。建筑垃圾资源化处置已经成为近年来的研究热点，国内已经有很多将废弃混凝土破碎再利用的先例，但制成的再生混凝土有早期强度低、易开裂、抗冲击性能差等缺点。还有，随着我国经济的快速发展废弃毛线、废弃针织物（纯纺或与羊毛混纺）和废弃机织物等物品的量也增加，而这些物品中都以纤维制成。部分的纤维都具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度，卓越的抗冲击性能等物理力学性能［1-2］。为了降低环境污染，有效再利用工业废料和建筑垃圾，本文通过改变废弃聚丙烯腈纤维（以下简称PAN）和聚丙烯仿钢纤维（以下简称PPTF）的掺入比例，分析再生混凝土的力学性能。

1试验方案设计

1.1试验方案设计及方法

本实验中的水胶比采用0.35，用30%破碎而成的再生粗骨料代替天然粗骨料，减水剂掺率为胶凝体总质量的1%，纤维总掺量控制为0.3%，为了改善再生混凝土的各项性能，本实验通过改变聚丙烯腈纤维和聚丙烯仿钢纤维的掺入比例，共设计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，并在规定的龄期参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）的试验方法测试再生混凝土的抗折强度、抗压强度、劈裂抗拉性能等。

1.2试验原材料

（1）水泥：延吉市P.042.5型号普通硅酸盐水泥，其密度为3150kg/m3；（2）纤维：聚丙烯腈长度为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；（3）天然粗骨料：碎石，粒径为5~25m，含水率为2.4%；（4）再生粗骨料：废弃混凝土先经过人工破碎成中等尺度的碎块，之后用颚式破碎机破碎，再生粗骨料的粒径为5~25mm，含水率为5%;（5）砂：延吉市本地天然黄砂，中砂，级配良好，细度模数为2.9，含水率为2.4%；（6）减水剂：聚羧酸高效减水剂，减水率为20%。

2试验结果与分析

2.1抗压强度分析

如图1所示，随着聚丙烯腈纤维（以下称为PVA纤维）掺率的增加，混凝土的28d抗压强度呈有起伏，但幅度不大的趋势。其中在P25F75时达到最大值，为77.40MPa，其次为P0F100，P100F0，P25F75，P75F25。综合来看，PAN纤维掺入比例为50%，PPTF纤维掺入比例为50%时，再生混凝土的抗压强度最高。

2.2抗折强度分析

由图2中可知，随着PAN纤维的掺率的增加，再生混凝土的抗折强度呈先增后减的趋势。其中在P25F75组强度达到最大值，为10.4MPa，其次为P50F50，P75F25，P100F0，P0F100顺序。可以看到，单掺PAN纤维、PPTF纤维对基体混凝土的增强效果有限，而PAN纤维和PPTF纤维混掺则能更好地取长补短，将两者的优势充分发挥出来，PAN纤维掺量为25%，PPTF纤维掺量为75%时，混杂纤维对混凝土抗折强度的增强效果最佳［3］。

2.3劈裂抗拉强度分析

如图3所示，随着PAN纤维掺率的增加，再生混凝土的劈裂抗拉强度呈先减后增的趋势。其中在P100F0组强度达到最大值，为1.97MPa，其次为P75F25，P25F75，P50F50，P0F100顺序。这是因为PAN纤维的抗拉强度较大。

3结论

（1）PAN纤维与PPTF纤维掺入比例为1：1时，再生混凝土的抗压强度达到最大值。（2）在素混凝土中单掺PAN纤维或PPTF纤维对其抗折强度的增强效果并不显著，相比而言，混杂纤维对混凝土抗折强度的增强效果更佳，本实验中，PAN纤维掺量为25%，PPTF纤维掺量为75%时，增强效果达到最大化。（3）掺入PAN纤维可以作为提高混凝土劈裂抗拉强度的有效方法之一，这是因为其抗拉强度较大。

参考文献

［1］杨成蛟，黄承逵，王伯昕.混杂纤维混凝土的力学性能及抗渗性能［J］.建筑材料学报，2008，11（1）：89-93.

［2］徐礼华，梅国栋，黄乐，等.钢-聚丙烯混杂纤维混凝土轴心受拉应力-应变关系研究［J］，土木工程学报，2014，47（7）：35-45.

［3］刘慈.不同掺入率混杂纤维对再生混凝土性能的影响，混凝土与水泥制品，2016（12）：53-56.

作者：韩慧优 迟翠萍 裴长春 单位：延边大学工学院