基于玄武岩纤维的再生混凝土性能试验分析.pdf

PDF下载68合成纤维SyntheticFiberinChina2023年第5 2 卷第7 期基于玄武岩纤维的再生混凝土性能试验分析程丽，李少春，李万刚（1.云南省综合交通发展中心，云南昆明650000;2.云南省公路科学技术研究院，云南昆明650000)摘要：为探究再生混凝土在掺入玄武岩纤维后的力学和耐久性能变化，以玄武岩纤维作为研究对象，开展力学性能与干燥收缩试验，从抗压与抗折强度、干燥收缩性能以及抗氯离子渗透性能等角度出发，对比分析了不同玄武岩纤维质量分数对再生混凝土性能的影响。试验结果表明：在玄武岩纤维质量分数低于3%时，再生混凝土的力学和耐久性能均可得到显著改善；当玄武岩纤维质量分数超过3%时，再生混凝土的抗折强度、干燥收缩性能以及抗氯离子渗透性能的提升效果不再明显，且抗压强度存在一定程度的下降。因此，为实现最佳的再生混凝土力学及耐久性能改善效果，玄武岩纤维质量分数选择3%为宜。关键词：再生混凝土；玄武岩纤维；力学性能；干燥收缩；抗氯离子渗透中图分类号：TU528文献标志码：A文章编号：1 0 0 1-7 0 5 4(2 0 2 3)0 7-6 8-0 4当前，可持续发展已成为我国重要的资源利用政策，在桥梁、隧道及公路等项目施工中，再生混凝土凭借环保、资源节约等特点得到广泛应用，但针对其强度与耐久性的研究尚不充分，这导致所设计的相应路面在后期运营中时常发生病害，如收缩变形、裂缝等 1-3 。因此，研究改善再生混凝土的强度和耐久性，从而实现再生混凝土路面的安全运营具有重要意义 4-6 。近年来，针对混凝土的性能改善问题，相关学者已取得较多的研究成果 7-8 。杜婷等1 9 为实现再生混凝土的性能提升，如抗冲击韧性、力学强度(抗压与抗折)以及抗冻性等，将质量分数5%的橡胶粉掺至混凝土中，达到了预期效果。杨朋等1 0 针对二次衬砌混凝土抗裂性能不足问题，在混凝土配制时掺入外加剂与粉煤灰，使得水泥砂浆与骨料间的黏结程度更大，结构内部的孔隙构造得以改善，最终提升了混凝土结构致密度与抗裂能力。顾万等以聚丙烯纤维与玄武岩纤维为对象，对混凝土劈裂抗拉强度和抗折强度开展研究，发现纤维混掺能实现混凝土强度提升的目的，并抵消冻融损伤造成的力收稿日期：2 0 2 3-0 2-2 3修回日期：2 0 2 3-0 4-2 3作者简介：程丽（1 98 5 一），湖南安乡人，本科，高级工程师，研究方向为公路工程。学强度负面作用，使混凝土的干燥收缩变形降低。由此可见，当前研究中的混凝土性能改善途径一般借助增强剂，如外加剂、纤维或橡胶粉等，但针对再生混凝土的相关性能提升研究还相对较为缺乏1 2-1 3 。为此，本文以玄武岩纤维为增强材料，采取室内试验的方案，研究玄武岩纤维质量与再生混凝土的力学、耐久性能的关系。1原材料强度等级为42.5 的普通硅酸盐水泥，比表面积为3 42 m/kg，密度为2.7 8 g/cm。依托某公路路面翻新项目，使用碎石机将施工时的废弃混凝土破碎处理，选取粒径5 2 0 mm的碎石作为再生粗骨料，其主要性能参数根据JTGE42一2 0 0 5 公路工程集料试验规程相关规定测得，如表1 所示。选择表观密度为2.6 7 g/cm的天然河砂作为细骨料，细度模数为2.8 2，堆积密度为1.6 2 g/cm。玄武岩纤维，纤维长度6 mm，直径1 2 m。减水剂采用减水率为15%25%的聚羧酸高效减水剂。水为自来水。2试验方案及配合比设计2.1试验方案根据GB/T500812002普通混凝土力学性能2023,52(7)69程丽，李少春玄武岩纤维的再生混凝土性能试验分析7风表1 再生粗骨料主要参数表观密度/针片状压碎含水含泥坚固洛杉矶磨(kgm)含量/%值/%率/%量/%性/%耗值/%2.537.916.86.90.748.224.5试验方法标准规定，采用电子万能试验机对养护龄期为7、1 4、2 8 d的再生混凝土试件进行测试，获得相应的抗折和抗压强度根据GB/T50082一2 0 0 9普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准规定，采用干燥收缩试验方案对再生混凝土的收缩性能进行测试。采用真空泵与多功能混凝土耐久性综合测定仪，将再生混凝土内部一定时间内的电通量作为衡量标准，对再生混凝土的抗氯离子渗透性能进行测试评价。通过上述试验，完成再生混凝土耐久性能分析。2.2配合比设计为研究玄武岩纤维的影响，基于变量控制理论，保持原材料中的水泥、再生粗骨料、细骨料、减水剂与水等用量恒定(依次为3 6 8、1 1 7 8、6 92、4.27、1 42 k g/m），玄武岩纤维质量分数取0 4%(按1%递增)，分别制备相应的再生混凝土试件，并按照所述的测试方案开展不同玄武岩纤维质量分数的再生混凝土的性能分析。3力学性能分析3.1抗压强度由图1 可知，龄期为7 d和1 4d的再生混凝土试件随玄武岩纤维质量分数的增大，其抗压强度均表现为先降后升再降的发展趋势，相比未掺纤维的混凝土试件，掺入玄武岩纤维的混凝土试件的抗压强度改善效果不明显，甚至发生一定程度的下降；龄期2 8 d时，试件的抗压强度随玄武岩纤维质量分数增大表现为先升后降的趋势，且相较于未掺纤维的混凝土试件，掺入纤维后的抗压强度更大。可见，掺入玄武岩纤维后，再生混凝土前、中期的抗压强度未能得到有效改善，但后期抗压强度得到明显提高。在各养护龄期下，对于试件的抗压强度而言，均有一个最合适的玄武岩纤维质量分数，即但玄武岩纤维质量分数为3%时，再生混凝土试件取得最优抗压强度，表明适量掺加玄武岩纤维能改善再生混凝土抗压强度，以3%为最佳质量分数。7d6514d+28d6055504501234纤维质量分数/%图1 抗压强度变化曲线3.2抗折强度由图2 可知，不同龄期条件下的再生混凝土的抗折强度均与玄武岩纤维质量分数呈现正相关关系，表明不管是前、中期，还是后期，再生混凝土的抗折强度均有改善。对于7、1 4、2 8 d龄期的再生混凝土，当玄武岩质量分数由0 增至4%时，其抗折强度增幅依次为4.3%、1 5.5%、2 4.4%，表明再生混凝土的抗折强度改善显著的是中、后期。当玄武岩质量分数由3%增加到4%时，其抗折强度变化较为平稳，即玄武岩纤维质量分数大于3%后，继续掺入纤维对再生混凝土抗折强度的改善作用将非常微小。综上所述，适当地掺入玄武岩纤维能显著提高再生混凝土的抗折强度，最佳质量分数为3%。12-7d11-14d28d109860234纤维质量分数/%图2 抗折强度变化曲线4耐久性能分析4.1干燥收缩性能对再生混凝土的2 8 d龄期内的试件进行干燥收缩试验研究，准确记录不同玄武岩纤维质量分数的70合成纤维SyntheticFiberinChina2023年第5 2 卷第7 期再生混凝土试件的收缩率，具体见图3。65+-OX/率期h403-1%+2%23%-4%051015202530龄期/d图3 收缩率变化曲线由图3 可知：对于不同玄武岩纤维质量分数的再生混凝土，其收缩率与试件龄期均表现为正相关关系；对于各龄期的再生混凝土收缩率，玄武岩掺量增大时，其收缩率均相应减小。玄武岩纤维质量分数由0 增至1%时，混凝土收缩率发生大幅下降，表明掺入纤维能显著减小再生混凝土的干燥收缩率。而当纤维质量分数由2%增至3%时，混凝土收缩率再次大幅下降，但纤维质量分数继续从3%增大至4%时，混凝土收缩率的降幅非常微小。因此，玄武岩纤维质量分数的增大能有效降低再生混凝土的收缩，质量分数以3%为最优，继续增加纤维质量分数，改善效果将不再显著。4.2抗氯离子渗透性能以再生混凝土试件6 h内的电通量作为衡量标准，评价其抗氯离子渗透性能，测试数据见图4。55050045040035030025020001234纤维质量分数/%图4电通量变化曲线由图4可知，随着玄武岩纤维质量分数的增大，电通量呈现先降后升趋势，相较于未掺纤维的试件电通量，掺入纤维后的各再生混凝土电通量均更小，表明掺入玄武岩纤维能增强再生混凝土的抗氯离子渗透性能。将不掺纤维的再生混凝土电通量作为基准，纤维质量分数由1%增到4%，试件电通量依次降低了3.1%、7.2%、5 7%和1 3.3%，其中以玄武岩纤维质量分数取3%时的电通量降幅最为显著，表明改善再生混凝土抗氯离子性能的最佳玄武岩纤维质量分数为3%。5结语本试验通过开展力学性能与耐久性能试验，从抗压与抗折强度、干燥收缩性能以及抗氯离子渗透性能等角度出发，对比分析了不同玄武岩纤维质量分数对再生混凝土性能的影响，得到以下结论。(1)对于抗压强度，再生混凝土在玄武岩纤维掺入的前、中期未能得到有效改善，但后期的抗压强度明显增强，在玄武岩纤维质量分数为3%时效果最优。(2)适当掺入玄武岩纤维能显著提高再生混凝土的抗折强度，玄武岩纤维质量分数大于3%后对再生混凝土抗折强度的改善作用非常微小。(3)增加玄武岩纤维质量分数能有效减小再生混凝土的收缩率，且质量分数为3%时最优。(4)掺入玄武岩纤维有助于降低再生混凝土6 h内的电通量，且质量分数为3%时的降幅最显著，此时有相对较好的再生混凝土抗氯离子性能参考文献1徐启利.沥青混凝土路面常见病害的处置及路面材料的再生利用J.交通节能与环保,2 0 1 9,1 5(5):8 2-8 4.2杨俊，李晓峰，相飞飞，等。废弃混凝土用作再生路面的试验研究J深圳大学学报(理工版),2 0 1 7,3 4(3):2 5 2-2 5 8.3周鹏，刘永军，基于正交试验的聚丙烯纤维再生混凝土力学性能分析 J.合成纤维,2 0 2 2,5 1(1):5 3-5 6.4刘灿,刘春晖.基于弯拉强度设计的路面再生混凝土耐久性能试验研究 J.武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2 0 2 2,46(3):5 2 8-5 3 1.5魏达，朱平华，王新杰，等.再生粗骨料附着砂浆含量对再生混凝土抗冻耐久性的影响 J.硅酸盐通报,2 0 2 1,40(3)：7 6 5-7 7 4.6冯博，赵壮.废弃混凝土再生集料在路面基层材料中的应用 合成材料老化与应用，2 0 1 6,45(3)：7 0-7 3.7刘震宇，秦鸿根,刘冠国，等.再生混凝土力学性能提升技术与应用 J.水利水电科技进展,2 0 1 7,3 7(1):90-94.E上接第6 7 页2023,52(7)程丽，李少春万刚.基于玄武岩纤维的再生混凝土性能试验分析718牟新宇，于子浩，鲍玖文，等自密实再生混凝土工作及力学性能研究进展 J.硅酸盐通报，2 0 2 2,41(5)：16 3 8-16 48.9杜婷，张斌伟，郭志坚.橡胶粉再生混凝土路用性能试验研究 混凝土与水泥制品，2 0 18(8)：9 7-10 0.10杨朋，杨飞，韩宁旭，等.粉煤灰和外加剂对二次衬砌混凝土抗裂性能影响研究 J.混凝土，2 0 18(9)：119-12 2,151.11顾万，肖鹏，康爱红，等.混掺纤维混凝土桥面铺装材料性能试验研究 J.混凝土与水泥制品，2 0 19(6)：53-58.12孔祥清，何文昌，邢丽丽，等.钢纤维对再生混凝土抗冲击性能的影响 J.材料科学与工程学报,2 0 2 2,40(2):2 8 4-2 9 1,3 3 9.13曹周阳，关晓迪，徐恭，等.不同纤维种类对再生混凝土劈裂抗拉强度的影响研究 J.合成纤维，2 0 2 2,51(11)：6 3-6 8.Experimental Analysis of Recycled Concrete Performance Based on Basalt FiberCHENG Li,LI Shao-chun,LI Wan-gang(1.Yunnan Comprehensive Transportation Development Center,Kunming 650000,Yunnan,China;2.Yunnan Institute of Highway Science and Technology,Kunming 650000,Yunnan,China)Abstract:In order to explore the mechanical and durability changes of recycled concrete after adding basaltfibers,taking basalt fibers as the research object,through carrying out mechanical properties and dry shrink-age tests,from the perspective of compressive and flexural strength,dry shrinkage performance and chlorideion permeability resistance,the influence of basalt fibers mass fraction on recycled concrete was comparedand analyzed.The test results show that when the mass fraction of basalt fibers is less than 3%,the mechani-cal and durability properties of recycled concrete can be significantly improved;when the mass fraction ofbasalt fibers is more than 3%,the flexural strength,dry shrinkage and chloride ion permeability of recycledconcrete will not improve significantly with the continuous addition of fibers,and the compressive strengthwill decrease to a certain extent.Therefore,in order to achieve the best mechanical and durability improve-ment effect of recycled concrete,the mass fraction of basalt fibers should be 3%.Key words:recycled concrete,basalt fiber,mechanical property,drying shrinkage,resistance to chlorideion penetrationEffect of Graft Content on Properties of GF/PP Composites for High-Rise BuildingsLIN Yong-hua1,2(1.Qingdao Technological University,Qingdao 266520,Shandong,China;2.Qingjian Group Corporation,Qingdao 266520,Shandong,China)Abstract:In order to improve the mechanical properties of high-rise building materials,maleic anhydridegrafted polypropylene(PP-g-MAH)and maleic anhydride grafted polyolefin(POE-g-MAH)were added intoglass fiber(GF)reinforced polypropylene(PP)material by melt blending method,and the effects of the graftscontent on the tensile properties,bending properties and impact properties of the composites were analyzed.The results show that when the addition amount of POE-g-MAH or PP-g-MAH is 4 g,the composites fluid-ity is obviously improved and the maximum melt flow rate is reached.When the grafts content in the matrixincreases,the tensile strength of the composites increases first and then decreases,and the bending strengthand bending elastic modulus increase first and then decrease,and reach the maximum when the grafts con-tent is 4 g.The impact strength of the composites containing POE-g-MAH increases rapidly when the thegrafts content in the composites increases.Scanning electron microscopy shows that there is obvious adhe-sion on GF surface after adding grafts,and good compatibility between GF and PP matrix is formed.Key words:polypropylene,glass fiber,tensile property,bending property,impact property