不同钢纤维对再生混凝土基本力学性能的影响.pdf

中国科技核心期刊 新 建蟓 不同钢纤维对再生混凝土 基本力学性雒的影响 杨粉 ， 陈爱玖， 王静 ( 华北水利水 电学院， 河 南 郑州4 5 0 0 1 1 ) 摘要 ： 以普通混凝土的配合比设计原则为基础， 研究了再生粗骨料取代率为4 0 时， C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5 共 4 种强度等级下， 铣 削型、 剪切 型钢纤维对再生混凝土基本力学性能的影 响及变化规律。 试验结果表明， 加入钢纤维后的再生混凝土立方体抗压强度较 基体混凝土提高约 1 3 一 1 1 5 ，抗折强度提 高约 2 1 1 5 1 ，抗压 弹性模量提高约 0 3 一 1 0 4 ，劈裂抗拉强度提高约 7 1 2 6 O ， 轴心抗压强度提高约 1 O 一 1 3 4 ； 剪切型钢纤维对新拌混凝土的坍落度及 2 8 d 龄期时基体力学性能的影响程度大于铣削 型纤维 。 关键词： 配合比； 钢纤维； 再生混凝土； 强度 中图分类号： T U 5 2 8 5 7 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 4 4 0 3 Th e i mp a c t o f d i ffe r e n t s t e e l fi b e r s o n t h e b a s i c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d c o n c r e t e Y A N G F e n ， C H E N A ij i u ， W AN G 1 i n g ( No ah C h i na Un i v e r s i t y o f Wa t e r Re s o u r c e s a n d E l e c t ric P o we r ， Zh e n g z h o u 4 5 0 01 1 ， He n a n， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d w i t h t h e o r d i n a r y c o n c r e t e d e s i g n p ri n c i p l e s ， t h e i n f l u e n c e o f mi l l e d a n d s h e a r t y p e s t e e l fi b e rs o n t h e me c h an i c a l p r o p e r t i e s of t h e r e c y c l e d c o n c r e t e an d t h e c h a n g e l a w we r e s t u d i e d wh e n t h e r e p l a c e me n t r a t e o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e - g a t e i s 4 0 ， an d u n d e r f o u r k i n d s o f s t r e n g t h g r a d e s a s C2 0， C2 5， C3 0 and C3 5 T h e e x p e rime n t a l res u l t s s h o w t h a t a f t e r t h e a d - d i t i o n o f fib e r t h e c u b e c o mp r e s s i v e s t ren gth o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e i mp r o v e d a b o u t 1 3 -1 1 5 t h a n t h e s u b s t r a t e c o n c r e t e， t h e fl e x u r a l s t r e n gth i n c r e a s e d a b o u t 2 1 - 1 5 1 ， t h e i n c r e a s e o f t h e c o mp r e s s i v e e l a s t i c mo d u l u s Was abo u t 0 3 -1 0-4 ， a n d t h e s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n gth i n c r e a s e d a bo u t 7 1 - 2 6 O ： t h e a x i a l c o mp r e s s i v e s tre n gth i nc r e ase d a b o u t 1 0 -1 3 4 T h e i n flu e n c e d e g r e e of t h e s l ump of f r e s h c o n c ret e and t h e b a s e d b a s i c me c h an i c a l p r o p e rti e s of 2 8 d a y s b y t h e s h e ar t y p e s t e e l fi b e r i s gre a t e r t h an t h a t b y t h e mi l l e d t yp e s t e e l fib e r Ke y wo r d s ： m i x t u re r a t i o ； s t e e l fi b e r ： r e c y c l e d c o n c r e t e ： s t r e n gth 随着城市建设的迅速发展，每年产生大量的建筑废料和 垃圾， 由此引发很多环境问题， 再生混凝土材料的研究开发具 有广阔的发展前景， 再生混凝土抗压强度和抗折强度随着再生 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 5 0 7 7 9 0 1 8 ) ； 河南省科技厅科技攻关资助 ( 1 0 2 1 0 2 2 1 0 0 9 6 ) ； 郑州市科技攻关资助( 1 1 2 P P T G Y 2 2 2 3 、 1 0 P T G S 5 0 7 3 ) ； 河南省杰 出人才 ( 0 9 4 2 0 0 5 1 o 0 l 1 ) ； 郑州市科技领军人才项 目( 0 9 6 S Y J H 2 3 1 0 5 ) 收稿 日期： 2 0 1 2 0 8 2 1 作者简介： 杨粉， 女， 1 9 8 6 年生， 河北石家庄人， 硕士研究生， 研究方 向土木工程。地址： 郑州市北环路 3 6 号， E m a i l ： y a n g f e n 0 9 1 7 1 6 3 1 7 m 4 4 新型建筑材料 2 0 3 3 2 骨料掺量增加而降低， 在混凝土中掺入钢纤维是提高混凝土抗 裂、 阻裂能力的有效途径。 国内外学者对钢纤维混凝土的性能 进行了大量的试验研究， 并取得了一系列的研究成果 1 - 7 ， 但 不同类型钢纤维对再生混凝土基本性能影响的研究还很少。 因此， 本文通过再生粗骨料取代率4 0 时， 加入铣削型、 剪切 型钢纤维， 研究再生混凝土的基本力学性能， 从而得出2 种纤 维对再生混凝土的影响及变化规律。 1 试验材料 C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 配合比采用强度等级为3 2 5的普通硅酸 盐水泥， C 3 5 配合比采用强度等级为4 2 5的普通硅酸盐水 泥。水泥的强度见表 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨粉， 等： 不同钢纤维对再生混凝土基本力学性能的影响 表 1 试验用水泥的物理力学-陛能 天然粗骨料采用新密产碎石， 再生粗骨料来源于废弃的钢 筋混凝土梁； 砂采用鲁山产河砂， 细度模数 2 8 6 ， 含泥量1 8 。 粗、 细骨料的物理性能见表2 。 表 2 粗、 细骨料的物理性能 采用2 种钢纤维， 分别为铣削型( 等效直径0 7 5 m m ， 长 度 4 0 m m ， 长径比5 3 3 ) 和剪切端钩型( 等效直径0 6 m m， 长 度 3 2 m m， 长径比5 3 3 ) ， 生产厂家为郑州禹建钢纤维有限公 司。 减水剂采用河北省混凝土外加剂厂生产的D H 1 3 聚羧酸 系高性能减水剂( H P wR ) ， 减水率为2 0 。 混凝土拌和用水为自 来水。 2 试验方案 选用4 0 再生粗骨料替代率及纤维体积率均为0 5 的 2 种钢纤维， 进行C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5 强度等级的钢纤维再生 混凝土配合比设计， 共 1 2 组配合比， 钢纤维再生混凝土配合 比及混凝土拌合物和易性试验结果如表3 所示。 表 3 钢纤维再生混凝土配合比及拌合物的工作性能 3 试验结果与分析 对标准养护至2 8 d 的混凝土试件进行力学性能测试， 结 果见表4 。 表 4 钢纤维再生混凝土强度试验结果 编 号 强 强 震 篇 P 强 P 篓 簇 至 晕G P a 3 1 钢纤维种类对混凝土力学性能的影响 由表4可知， 掺加铣削型钢纤维， 强度等级分别为C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5的再生混凝土比基体混凝土的立方体抗压强 度分别提高2 8 、 5 3 、 1 3 、 1 0 0 ， 抗折强度分别提高2 1 、 4 1 、 5 7 、 5 3 ，劈拉强度分别提高7 1 、 1 2 6 、 1 3 9 、 1 7 8 ， 轴心抗压强度分别提高3 4 、 3 0 、 1 0 、 5 1 ， 弹性 模量分别提高4 5 、 1 7 、 0 3 、 3 8 ； 掺加剪切端钩型钢纤 维， 强度等级分别为C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5的再生混凝土比基体 混凝土的立方体抗压强度分别提高9 5 、 1 1 5 、 4 2 、 1 0 4 ， 抗折强度分别提高4 2 、 1 0 2 、 1 5 1 、 1 4 0 ， 劈拉强 度分别提高 1 6 0 、 1 9 2 、 2 6 0 、 2 4 1 3 ， 轴心抗压强度分别 提高 1 3 4 、 8 7 、 3 4 、 9 2 ， 弹性模量分别提高4 9 、 3 0 、 0 6 、 1 0 4 。 由以上数据可见， 同普通混凝土相似， 再生混凝土的抗压 强度及弹性模量对钢纤维不敏感，但钢纤维的掺入可明显改 善其劈拉和抗折强度。 3 2 不同强度等级混凝土的力学性能 由表4可知， 2 种类型的钢纤维对 C 3 0 再生混凝土的力 学性能均影响较小。其主要原因如下： 由于C 3 0 再生混凝土 采用P 0 3 2 5 水泥， 水灰比较小， 在此情况下， 纤维的加入给 搅拌和成型带来一定困难， 同时容易引进新的缺陷； 再者， 由 于水灰比 的降 低， 其基体强 度提高， 使 裂纹在基体中 扩 展时 所 消耗的能量增加，从而使跨过纤维能量屏障所需的能量占总 能量的比例下降， 从而削弱了钢纤维的增强效果。 N E W BUl L DI NG M AT ER I AL S 45 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨粉， 等： 不同钢纤维对再生混凝土基本力学性能的影响 由表4 还可以看出， 虽然钢纤维的体积率较小， 不能较为 明显地反映出钢纤维对再生混凝土的增强效应，但在钢纤维 掺量和基体混凝土配比相同的情况下， 2 种钢纤维对基体的 增强效应有 着较为显著的 差异。 由 表3 和表4 可见， 在2 种钢 纤维体积率和长径比基本相同的条件下，钢纤维在混凝土拌 合物坍落度测试时表现出显著的“ 棚架” 效应， 对再生混凝土 拌合物的流动性具有约束作用，而剪切型钢纤维长度相对较 短 致使同 体积混 凝土中 钢纤维的 数量增多，作 用效应随 钢纤 维 长度的 减小而 增强， 导致剪 切型 钢纤维再生 混凝土的 坍落 度比铣削型钢纤维再生混凝土小。钢纤维对混凝土基体的增 强增韧作用是通过钢纤维与混凝土基体间的粘结得以实现 的， 在钢纤维和混凝土基体强度得以保证的条件下， 纤维与基 体的粘结强度直接决定着钢纤维传递应力的水平和能力， 剪 切型纤维的端钩使纤维锚固力大幅提高， 因此， 剪切型钢纤维 对新拌混凝土的坍落度及2 8 d 龄期时基本力学性能的影响 程度大于铣削型纤维。 4 结语 ( 1 ) 与普通混凝土相似， 再生混凝土的抗压强度、 弹性模 量对钢纤维不敏感，但钢纤维的掺入可明显改善其劈拉及抗 折强度。加入钢纤维后的再生混凝土立方体抗压强度较基体 混凝土提高约1 3 1 1 5 ， 抗折强度提高约2 1 一 1 5 1 ， 抗 压弹性模量提高约O 3 1 0 4 ， 劈裂抗拉强度提高约7 1 一 2 6 0 ， 轴心抗压强度提高约1 0 1 3 4 。 ( 2 ) 剪切型钢纤维对新拌混凝土的坍落度及2 8 d 龄期时 基本力学性能的影响程度大于铣削型纤维。 参考文献： 1 】 高丹盈， 楼志辉， 王占桥 钢纤维再生混凝土抗压强度试验研究 J 郑州大学学报 ( 工学版) ， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 2 ) ： 5 - 1 0 【 2 】 李长永， 赵顺波， 钱晓军 砂率对剪切型钢纤维增强混凝土性能 的影响 J 建筑材料学报， 2 0 0 7 ， 1 0 ( 2 ) ： 2 4 7 2 5 2 3 韩建 国， 阎培渝 粗骨料和钢纤维对混凝土 中裂纹扩展模式的影 响f J 】 混凝土， 2 0 1 2( 5 ) ： 1 - 4 【 4 朱海 堂， 高丹盈 ， 楼志辉 ， 等 钢纤维再生混凝土坑折性能试验研 究 J 】 新型建筑材料， 2 0 0 8 ， 3 7 ( 1 ) ： 6 8 7 1 【 5 】 石国柱， 韩菊红大粒径钢纤维混凝土劈拉性能研究 J 混凝土， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 8 7 8 8 ， 9 4 6 张茜， 刁波， 杨松霖， 等 哑铃 形钢纤维增强超高性能混凝土力学 模型研究 J 】 混凝土， 2 0 0 9( 1 ) ： 8 - 1 0 【 7 陈爱玖 ， 王静 ， 杨 粉 钢纤维再生混凝土抗压 强度试验 研究【 J 混 凝土 ， 2 0 1 2 ( 4 ) ： 6 4 6 6 - A ( 上接第 4 O页) 在复合发泡水泥板生产过程中， 以调整干密度控制导热系 数。导热系数不大于0 0 6 W ( m K ) 时， 干密度宜控制在2 7 0 k g m 以下。 3 结语 ( 1 ) 憎水剂的 掺入使复 合发 泡水泥板的吸 水率快速降 低， 抗压强 度也随 之降低。 但当 憎水剂的掺 量大于5 k g m 3 时， 其 掺量的增 加对吸水率的降 低无明 显效果， 而会使其抗 压强度 明 显下降。 综合抗压强 度、 孔径 和吸水率等因素， I 型 配合比 憎水剂最 佳掺量为4 k g m ， ，1 1 型 配合比 憎水剂最佳掺 量为5 k g m 3 。 ( 2 ) 苯丙乳液的掺入对复合发泡水泥板抗压强度影响较 小、 抗拉 强度略有 提高， 但 对其体积吸水 率有所改 善。 综 合力 学性能、 裂纹现象等因素， I 型配合比苯丙乳液最佳掺量为 4 6 新型建筑材料 2 0 1 3 2 0 6 ， I I 型配合比苯丙乳液最佳掺量为0 3 。 ( 3 ) 在一定范围内， 水料比越大， 其抗压强度和抗拉强度 越小， 吸水率越高。 在提高复 合发泡水泥 板性能和 满足料浆可 操作性的情况下， 水料比适宜的范围为0 4 0 0 4 5 。 ( 4 ) 掺加憎水剂、 苯丙乳液和降低水料比， 能大幅度降低 复合发泡水泥板的吸水率， 提高其强度和表面硬度， 克服了复 合发泡水泥板易粉化、 强度低和吸水率高的缺陷。 ( 5 ) 复合发泡水泥板导热系数不大于0 0 6 W ( m K ) 时， 干密度宜控制在2 7 0 k g m 以下。 参考文献： 1 闫振 甲， 何艳君 泡沫混凝土实用生产技术【 M】 北京 ： 化 学工业 出 版社 ， 2 0 0 6 f 2 】 周顺鄂 ， 卢忠远 ， 严云 泡沫混凝土导热系数模型研 究【 J J 材料 导 报， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 6 9 7 3 ， 8 3 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m