废弃纤维再生混凝土强度的试验研究.pdf

2 0 1 3年 第 3期 ( 总 第 2 8 1期 ) 混 凝 土 Nu mb e r 3 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 1 ) Co nc r e t e 理论研究 T HE0R ETI CAL RES EARCH 废弃纤维再生混凝土强度的试验研究 周静海 。 。李婷婷 。杨国志 ( 沈阳建筑大学 a 建筑节能研究院 ；b 土木工程学 院，辽宁 沈 阳 1 1 0 1 6 8 ) 摘要 ： 基于再生混凝土与纤维混凝土的研究成果， 提出了废弃纤维作为再生混凝土的增强纤维 ， 形成了废弃纤维再生混凝土 。 试验针对不同纤维长度 、 不同纤维掺量以及不同再生骨料取代率对废弃纤维混凝土的力学性能进行了测试 。 通过试验研究表明在 再生混凝土 中掺人废弃纤维可以有效改善其力学性能 ， 提高其强度 ， 对于提高废弃纺织纤维的利用率 、 建筑垃圾的再生利用具有 重要的意义 ， 达到“ 以废治废” 的 目的。 关键词 ： 废弃纤维 ；再生骨料 ；力学性能 ；节约环保 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 0 1 0 4 Exper i ment al r es e ar ch on m e cha ni c al pr oper t i e s of w a s t e f i ber r e c yc l e d c oncr e t e ZHOU J i n g- ha i a , LITi n g- t i n g 。 YANG Gu o - z h i ( a De p a r t me n t o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y； b S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e ri n g ， S h e n y ang J i a n z h uUn i v e r s i t y， S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8 ， Ch i n a ) Abs t r ac t ： Ba s e d o n t h e r e s e a r c h o f t he r e c y c l e d c o nc r e t e a n d t h e fib e r c o n c r e t e， p ut f o r ward a c o nc e p t t ha t u s i n g the wa s t e fi be r a s the r e i n f o r c i n g fib e r i n r e c y c l e d c o n c r e t e c o ul d f o r m t he wa s t e fi be r r e c y c l e d c o n c r e t e I t t e s t e d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s of the wa s t e fibe r r e - c y c e l e d c o nc r e t e wi th d i f f e r e n t fi be r l e ng t h， di f f e r e n t fibe r r e pl a c e d r a t e an d di ffe r e n t r e c yc l e d a g g r e g a t e r e pl a c e d r a t e Th e e x p e rime n t a l r e - s e arc h s h o we d tha t t h e r e c yc l e d c o n c r e t e wi th wa s t e fi be r c o u l d e ffe c t i ve ly i mp r o v e i t s me c h an i c a l p r o p e rti e s and i mp r o v e i t s s ge n g t h At t h e s a me t i me， i t c o ul d a l s o i mp r o ve the u t i l i z a t i o n r a t e of wa s t e t e x t i l e fib e r I t i s mo r e me an i ng f ul f o r the r e c y c l i n g o f the c o n s t r u c t i o n wa s t e I t i s a be s t wa y t o t r e a t wa s t e Ke y w o r d s ： wa s t e fi b e r ； r e c y c l e d a g g r e g a t e ； me c h an i c a l p r o p e r t i e s ； e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n 0 引 言 目前 ， 混凝土以其高强 、 耐久 、 价格低廉 的特点成为建 筑材料的主导 ， 但是 ， 结构终有其寿命 ， 寿终 的建筑 就成为 建筑垃圾 ， 我 国 目前 的废弃 混凝 土量 已超过 2 0 0 0 万 t ， 这就使对于废弃混凝土的回收利用迫在眉睫。 国内外的学 者将研究重点放在废弃混凝土作为再生集料 的技术上 。 然 而 ， 混凝土 内部存在一些缺 陷 ， 使 其抗拉强度低 、 韧性低 ， 可通过在混凝土 中加入少量的短纤维有效弥补这些缺陷2 。 丙纶纤维具有耐酸碱性好 、 质量轻 、 不 吸水 的特性 ， 可以在 不改变混凝土 的配合 比的基础上作为混凝土 的增强纤维 ， 有效 的改善混凝土 的性能 3 。 每年 国内外作为垃圾处理 的 纺织废料 、 废 I E I H 装 、 地毯等纺织品中 ， 有大量 的不可降解 的丙纶 、 涤纶 ， 它们的处理方式多以填埋为主 ， 这样 不仅 占 用大量 的土地 资源 ， 也对环 境造成 了污染 。 采用丙纶材质 的废 旧纺织地毯作为混凝土 的增强纤维 ， 废弃混凝 土经破 碎和分级 ， 按 一定 比例配合 成再生骨料 ， 以此部分或全部 代替天然粗骨料 ， 形成废弃纤维再生混凝土。 针对其抗压 强度 、 劈裂抗拉 强度 等力学性能进行试验研究 ， 以期在改 善混凝土力学性能 的基础上 ， 达到节 约资源 、 保 护环境 的 目的。 1 试 验 概 况 1 1 试验原材料 试 验 所采用 的水泥 是本 溪 山水工 源 水泥 厂 生产 的 P O 4 2 5 R级水泥 。 再生混凝 土粗 骨料 采用 沈 阳建筑大学 结构试验室废弃混凝土 ， 其原始强度 为 C 4 0 。 经过人工破碎 成为最大粒径为 2 5 r n l T l 具有连续级配 的再生混凝土粗骨 料 。 天然 混凝土粗骨料采 用粒径 为 5 2 5 1 T I 1 T I 具有连续 级 配的碎石 。 细骨料采用天然 中细河砂 ， 细度模数为 2 8 0 。 试 验用水采用饮用 自来水 。 废弃纤 维采用废 旧丙纶地毯 ， 经 过人工分散成为试验所用的纤维 。 1 2试验设计 试验重点在于研究废弃纤维的长度 、 掺量 和再生混凝 土骨料掺量对废弃纤维再生混凝 土的抗压强度 、 劈裂抗拉 强度的影响。 因此 ， 纤维长度选取 l 2 、 1 9 、 3 0 m m三个长度标 准 ， 纤 维 的体 积掺量为 0 , 0 0 8 、 O 1 2 、 0 1 6 ， 再生 骨料 的掺人量为 0 、 5 0 、 1 0 0 。 混凝土的设计强度为 C 4 0 ， 砂率 收稿日期：2 0 1 2 0 9 - 2 2 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 1 7 8 2 7 5 ) ； 沈 阳市科技计划( F 1 1 - 1 6 5 9 - 0 0 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 为 3 8 ， 水灰 比为 0 5 。 同时 ， 为减少再生粗骨料 吸水率大 对废弃纤维再生混凝土强度影响 ， 依据再生粗骨料 的吸水 率 ， 对废弃纤维再生混凝土的配合 比设计 进行调 整 ， 根据 D G T J 0 8 2 0 1 8 2 o 0 7 再生混凝土应用技术规程 中提出 将再生混凝土的用水量分为净用水量和附加用水量两部分 的配合 比设计方法问 ， 将废弃纤维再生混凝土的用水量分为 自由水与附加水两部分 。 为了减少其他 因素对废弃纤维再 生混凝土的影响未添加减水剂。 试验的配合比见表 1 所示。 表 1 废弃纤维再生混凝土配合比设计 为了防止在混凝土搅拌过程 中出现纤维分散不均匀 、 纤维成团的现象 ， 拌制混凝土时采用干拌法圈 ， 即先投入水 泥、 砂 、 碎石 、 再生粗骨料 ， 混合均匀后再投入废弃纤维 ， 搅 拌 1 0 m i n 左右 ， 将废弃纤维充分打散后再加入水 ， 搅拌直 至均匀 。 将混合均匀 的混凝土放入提前涂油的试 模 中， 混 凝土集料应高出试模 1 2 mm， 放在振动台上振捣 ， 同时应 注意不要过振。 成型后养护 2 8 d 后进行试验。 2 试验结果与分析 2 1 废 弃纤维再 生混凝土的破 坏形 态 在抗压强度试验 中， 随荷载的不断加 大 ， 试件 表层出 现裂纹 ， 并不断向试件内部扩展。 对于未掺废弃纤维的试件 ， 随荷载的加 大出现裂纹不断增多 ， 有碎片掉落 ， 甚至 出现 轻微 的混凝土外崩 的现象 。 对 于掺入废弃纤维 的试件 ， 由 于纤维在混凝土中杂乱分布 ， 有效的抑制了裂纹的发展 ， 使 试件保持 了完整性 ， 虽有裂纹产生 ， 但其他裂纹主要分布 在主裂纹周围 ， 裂而不碎 ， 并没有混凝土外崩的现象。 在劈裂抗拉强度试验 中， 对 于未掺人纤维的试件会沿 着劈裂面完整 的断开 ， 而掺入纤维 的试 件只是沿着劈裂面 有一条十分 明显的裂纹 ， 保持了整体性 。 出现这种情况的原因在于再生骨料 的表面会 包裹着 硬化 的水泥砂浆 ， 并且在人工或机械破碎过程 中不可避免 的会对再生骨料 内部产生一定的损失 ， 使其 内部有具有一 定数量 的小裂 纹或者 缺陷 ， 鉴 于这种原 因， 导致 了再生骨 料 比天然骨料 的吸水率大 ， 吸水速率快 ， 这对配制再生混 凝土有一定 的不利 因素旧 。 试验所采用的是丙纶地毯 ， 具有 延性好 、 强度高 、 耐久性好以及价格低廉等特点。 低掺量的 合成纤维可以有效 的改善混凝土 的泌水性 ， 不仅可以抑制 混凝土早期 的塑性收缩裂缝的产生 ， 还可以减少和防止混 凝土后期硬化干缩 的裂纹 。 将废弃 的纤 维加入到再生混凝 土中， 不仅可 以解决 资源 、 环境 的问题 ， 还可 以使其取得 比 天然骨料混凝土较为明显 的效果 。 2 I 2 废 弃纤维再 生混凝土抗压强度试验 2 2 1 纤维长度的影响 从 图 1 可以看 出 ， 对于加入废弃纤维 时 ， 无论 所加入 何种纤 维长度 、 加入纤维体积掺量是多少 ， 均对基体混凝 土的抗压强度有所 提高 。 其 中废弃纤维再生混凝土的抗压 强度最大提高幅度达到了 1 6 3 ， 究其原因在于废弃纤维 能够较好的与基体间黏结 ， 以至基体的黏结强度增加 的缘 故 ， 同时 ， 再生 骨料 的表 面比较粗糙 ， 棱角分 明， 更加有利 2 于界面之间的黏结作用 ， 大大增加 了废弃纤维与骨料之间 的摩擦力与机械咬合力 8 1 。 49 4 6 皇 43 吲 4 0 3 7 49 46 窖 b 43 嘣 出 40 37 l 9 3 0 废 弃纤维 长度L m m ( a ) 再生骨料掺人量为5 0 l Z l 9 3 U 废 弃纤 维长度L mm ( b ) 再生骨料掺人量为1 0 0 图 1 不同纤维体积掺量情况下废弃纤维再生混凝土抗压强度 2 2 2 纤维掺量 的影响 从 图 2 可 以看出 ， 当再生骨料掺人量为 5 0 和再生骨 料掺人量为 1 0 0 时 ， 废弃纤维再生混凝土抗压强度的总体 趋势是 随废弃纤维 的体积掺人量增加而增加 ， 但当纤维体 积掺人量为 0 1 6 时 ， 废弃纤维再生混凝土的抗压强度下 降 ， 这是 由于纤维掺人量过多时 ， 纤维分散不均匀 ， 纤维成 团， 削弱 了废弃纤维再生混凝土的抗压强度。 2 2 - 3 再生骨料掺入量 的影响 对于未加入废弃纤维时 ， 混凝土的抗压强度随再生骨料 的掺入量的增多而减小。 这是 由于再生骨料的强度不如天然 骨料的强度因素的影响。 从 图 3 ( a ) 可 以看 出， 当纤维长度为 1 9 m m， 纤维体积掺入量为 0 0 8 时， 再生骨料掺入量为 5 0 和 1 0 0 0 的废弃纤维再生 昆 凝土比未掺入纤维的再生混凝土 强度分别降低了2 7 2 和6 1 5 。 从图3 ( b ) 中可以看出， 当纤 维掺人量为 0 0 8 时 ， 废弃纤维再生混凝土的抗压强度随纤 维长度 的增加而增加 ， 当纤维长度从 1 2 mm增加到 1 9 m m 时 ， 抗压强度增长幅度 比较大 ， 但当纤维长度从 1 9 m m增加 到 3 0 r l l r n时， 抗压强度增长幅度有下降的趋势。 随着纤维长 度的增加 ， 纤维在混凝土中的分散问题成为一个难题。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 纤维体积掺量， ( a )再 生骨 料掺入 量为5 0 纤维 体积 掺量 ， ( b ) 再生 骨料掺 人量 为1 0 0 图 2 不同纤维长度情况下废弃纤维再生混凝土抗压强度 纤 维体积 掺量 ( a ) 纤维 长度 为1 9 mm 废 弃 纤 维 长 度 L mm ( b ) 纤 维体 积 掺量 为0 0 8 图 3 不 同再生骨料掺入量情况下废弃纤维再生混凝土抗压强度 2 3 废弃纤维再生混凝土劈裂抗拉强度试验 废弃 纤维再 生混凝土劈裂抗拉强度试验结果 可以看 出， 掺入废弃纤维后 的废弃纤维再 生混凝土劈裂抗拉强度 比未掺入纤维的废弃纤维再生混凝 土强度有所提高 ， 从试 验现象 中也 可以看出 ， 加入纤维后的试件不易破碎 ， 这是 由于废弃纤维抗拉强度 高、 极限延 伸率大 的特点起 到了很 好 的抗拉效果。 当试件未掺人纤维 时， 混凝土的劈裂抗拉强度随再生 骨料掺入量 的增多而降低 ， 当再生骨料掺入量为 1 0 0 时 ， 劈裂抗拉强度降低 1 2 4 。 从图 4可以看 出无论再生骨料 掺入量为 5 0 或 1 0 0 ， 掺入何种纤维的长度及纤维的掺入 量为多少 ， 废弃纤维再生混凝土的劈裂抗拉强度 均有所提 山 = b 鳗 瓠 山 皇 b 醴 蔷 lR 纤维体积掺量 ， ( a ) 再 生骨料 掺人量 为5 0 纤 维体 积掺量 ， ( b ) 再 生骨料 掺入 量为 1 0 0 , 图4不同纤维长度情况下废弃纤维再生混凝土的劈拉强度 高。 同时 ， 随着废弃纤维掺量 的增多 ， 废弃纤维再生 混凝土 的劈裂抗拉强度不断增大。 这是由于纤维掺量增多， 降低 了 纤维 的分散 ， 有些纤维成团 ， 形成薄弱区。 所 以并非纤维掺 量越多越好 。 2 4 废弃纤维再生混凝土拉压比分析 检验混凝土材料的胞 I生 指标之一就是拉压 比， 即劈裂抗 拉强度与抗压强度的比值 ， 拉压 比越小则说明混凝土的脆性 越大。 本试验中， 当水灰 比为 0 5 ， 废弃纤维长度为 1 9 mm时 ， 废弃纤维再生混凝土 的拉压 比如图 5 所示 。 丑 迥 U U U U 12 U 1 b 纤 维体积 掺量 图 5 废弃纤维再生混凝土拉压 比 从 图 5中可 以看 出 ， 在未掺人纤 维的情况下 ， 随再生 骨料 的掺人量的增多混凝土的拉压 比不断减小 ， 由此可以 得出再生骨料 的掺入不仅降低 的混凝土 的抗压强度和劈 裂抗拉强度 ， 同时在表现上混凝土 的脆性增加 。 当掺入纤 维后 ， 基本上能够改变混凝 土的脆性 ， 尤其对 于再生骨料 掺人 量为 O ， 纤维体积掺人量为 0 1 2 时 ， 废弃纤维再生混 凝土的抗压强度增加 7 2 ， 而劈裂抗 拉强度 增加 1 1 8 ， 拉压 比增大了 5 。 其 总体趋势是 随着废弃纤维 的掺人增 加 ， 废弃纤维再生混凝土 的拉压 比不断增加。 总的来说 ， 由 于再生骨料的加入使混凝土的性能减弱 ， 但是废弃纤维 的 加入可 以在一定程度上减少这种缺陷 ， 改善 了再生混凝 土 的脆性 。 0 0 ，O O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3结 论 ( 1 ) 当未掺入废弃纤维 时 ， 混凝 土的抗压强度和劈裂 抗拉强度都 随再生骨料的增多而减小 ， 其 中抗压强度减小 幅度小于劈裂抗拉强度。 ( 2 ) 无论掺入何种纤维长度 、 何种纤维掺量 、 何种再生 骨料掺量 ， 废弃纤维再生混凝土的劈裂抗压强度和劈裂抗 拉强度均有所提高。 ( 3 ) 综合各方面因素 ， 纤维长度为 3 0 i n n l ， 纤维体积掺 入量为 0 1 2 的废弃纤维再生混凝土 的抗压强度最好 ； 纤 维长度为 1 9 m m， 纤 维体积掺入量为 0 1 2 的废弃 纤维再 生混凝土的劈裂抗拉强度最好 。 ( 4 ) 将再生粗骨料作 为混凝土骨料虽然降低 了混凝土 的物理性能 ， 但是加入废弃纤维后 ， 具有比较明显的增强效 果， 很好的改善了其抗压强度和劈裂抗拉强度， 提高了再生 混凝土的拉压比， 改善了混凝土的脆性 ， 这说明再生粗骨料 和废弃纤维作为新兴 的混凝土材料是可行的 ， 能够很好的 解决环境问题 ， 从而创造出更大的经济效益和社会效益 。 参考文献： 1中国建筑材料科学研究院 绿色建材与建材绿色化 M】 - E 京： 化 墨翻圃 各有关单位 ： 学工业出版社， 2 0 0 3 ： l 8 1 9 【 2 】 蔡洛芬 谈玻璃纤维增强水泥的研究与开发 J _ 玻璃纤维 ， 1 9 9 4 ( 2 ) ： 2 1 2 6 3 姚武， 李杰 聚丙烯纤维对混凝土抗拉强度的影0 IN J 混凝土， 2 0 0 1 ( 1 0 ) ： 4 0 4 2 【 4 】 史巍 ， 候景鹏 再生混凝土技术及其配合比设计方法 J 】 建筑技 术开发 ， 2 0 0 1 ， 2 8 ( 8 ) ： 1 8 2 0 5 陈富强 聚丙烯纤维混凝土的研究应用 D 大连： 大连理工大学， 2 0 0 5 6 6 刘莹 再生骨料及再生混凝土 的改性研 究【 J 1 再生资源研究 ， z o o 5 ( 1 ) ： 3 3 3 9 7 曹诚， 刘兰强关于聚丙烯纤维对混凝土性能影响的几点认识 混凝土 ， 2 0 0 0 ( 9 ) ： 4 9 5 1 【 8 】肖建庄 再生混凝土 M 京： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 8 ： 5 2 5 3 作者简介 ： 联系地址 ： 联 系 电话 周静海( 1 9 6 5 一 ) ， 男 ， 博士生导师 ， 研究方向： 主要从事 废弃纤维再生混凝土力学性能的研究。 沈阳市浑南新区浑南东路 9 号 沈阳建筑大学建筑节 能研究院( 1 1 0 1 6 8 ) 1 3 90 4 0 5 7 59 0 深圳市住房和建设局关于对 3 1 家违法预拌混凝土生产企业的处理决定 经我局调查核实， 深圳市东大洋建材有限公司等 3 1 家预拌混凝土生产企业( 站点) 违反 建设工程质量管理条例 、 深圳市预拌混凝土和预拌砂浆管理规定 、 建筑业企业资质管理规定 及有关规定， 现决定 ： 一 、对使用不合格海砂生产预拌混凝土的下列企业( 站点 ) 作如下处理 ： 1 、 吊销深圳市东大洋建材有限公 司的资质证书 ； 2 、 责令 8 家企业 ( 站点 ) 停业整顿一年 ： 深圳市天地混凝土有 限公司( 南山区西丽镇茶光路北站 ) 、 华润文伟混凝土有 限公 司、 深圳港创建材股份有限公 司( 南 山区沙河建材工业 区站 ) 、 深圳 市金智源混凝土有 限公 司、 深圳市金 鑫混凝土有限公司 、 深圳市圣威宝混凝土有 限公 司、 深 圳市宝泰源混凝土有 限公 司、 深圳市 尚龙混凝土有 限公 司( 龙岗区宝龙工业城站 ) 。 3 、 责令 6 家企业( 站点 ) 停业整顿 6 个月以上 ： 深圳市港龙混凝 土有 限公司 、 深圳 市利建混凝土有限公 司、 深圳市润强混凝土有限公 司 、 深圳市富通混凝土有 限公 司、 深圳市鹏锦生混凝土有限公司、 深圳市永强混凝土有限公司。 经整改符合要求的， 被责令停业整顿的企业( 站点) 可以向我局申请恢复生产。 在整改期 内， 有关工程建设 、 施工单位不得向上述企业( 站点 ) 购买预拌混凝 土。 二 、 撤回 1 6 家预拌混凝土生产企业的资质证书( 在 2 0 1 2年全市预拌混凝土生产企业资质动态核查 中发现 ， 已不符合 资质条件要求 ， 现一并予以发布 ) ： 深圳宝创建材有限公 司、 深圳市金天龙实业有 限公司 、 深圳市西港混凝土制品有限公 司、 深圳现成混凝土有限公司、 深圳市国全混凝土有 限公司 、 深圳华丽生混凝土有 限公司 、 深圳市罗建混凝土有 限公司 、 深圳 内恒山混凝土有 限公司 、 深 圳市新力源建材实业有限公司、 深圳市盐田港混凝土有限公司、 深圳华润生成混凝土有限公司、 深圳市百利年建材实业 有 限公司 、 深圳市成城混凝土有 限公司 、 深圳市 岗宏城基混凝土有限公 司、 深圳市 巨成实业有 限公司 、 深圳天地远东混凝 土有限公司。 深圳市住房和建设局 2 0 1 3年 3月 1 5日 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m