钢纤维再生混凝土劈拉、抗折强度试验研究.pdf

2 0 1 2 年 第 1 2期 (总 第 2 7 8 期 ) Nu mb e r 1 2 in 2 0 1 2 ( T o t a l No ． 2 7 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEoRETI CAL R ES EARCH d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ．i s s n ． 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ． 2 0 1 2 ． 1 2 ． 0 0 5 钢纤维再生混凝土劈拉、 抗折强度试验研究 杨粉 ，陈爱玖 ，王静 ，孙晓培 ( 华北水利水 电学院 ，河南 郑州 4 5 0 0 1 1 ) 摘要 ： 选用 0 、 4 0 ％、 7 0 ％、 1 0 0 ％四个再生骨料掺量及 0 、 O 5 ％、 1 ％三个 钢纤维掺量 ， 对 C 2 0 、 C2 5 、 C 3 0 、 C 3 5不 同强度等级 的钢纤维再生 混凝土进行了 4 8 组 配合比试验研究 ， 分析 了再生骨料 和钢纤 维掺量这两个配合 比因素对钢纤维再生混凝土劈裂抗拉强度及抗折强度 的 影响。 试验结果表明： 当钢纤维掺量为 O ． 5 ％、 1 ％时， 再生混凝土抗折强度分别增加 1 0 ％～ 2 7 ％、 1 7 ％- 4 0 ％， 劈拉强度分别增加 9 ％ 1 4 ％、 1 5 ％～ 21 ％ 。 关键词 ： 再生骨料 ；钢纤维 ；劈拉强度 ；抗折强度 中图分类号 ： T U5 2 8 ． 5 7 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 1 2 — 0 0 1 1 一 O 4 Ex per i men t s o f s pl i t t i ng t e ns i l e an d f l ex ur a l s t r e ng t h mec ha ni c al pr ope r t i e s o f s t ee l f i b er r e c yc l e d c onc r e t e Y A NGF e n ， C HE NAi -j i u ， WANGJ i n g ， S U NX i a o -p e i ( De p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， I n s t i t u t e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o w e r ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 1 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： R e g e n e r a t i o n a g g r e g a t e w h i c h h a d d i ff e r e n t p r o p o r t i o n ( 0 ， 4 0 ％， 7 0 ％， 1 0 0 ％) wa s s e l e c t e d ， a t t h e s a me t i me ， s t e e l t e x t i l e f i b e r s r a t i o Wa S 0， O．5 ％ ， 1 ％ ， wi t ht h e p u r po s e o f r e s e a r c h i n gt h e 4 8 gro u p s d i ffe r e n t c o n c r e t e p r o p o r t i o n whi c h h a d i n t e n s i t yl e v e l s a s C2 0， C2 5， C3 0， C3 5 ． Th e n a n a l y s i s t h e e ffe c t o n s p l i t t i ng t e ns i l e s t r e n 【g t h a n d fle x u r a l s t r e n g t h wh a t d e r i v e d f r o m t h e r e g e n e r a t i o n a g gre g a t e a n d t h e s t e e l t e x t i l e fib e r ． Th e a l l o c a t e d p r o p o r t i o n t e s t r e s u l t s ho we d! wh e n t h e p r o po r t i o n o f s t e e l fib e r wa s O． 5 ％ t h e fle x ur a l s tre n g t h o f r e c y c l e d c o n c r e t e i n c r e a s e d 1 0 ％- 2 7 ％ ． t h e s p l i t t i n gt e n s i l e s t r e n g t h o f r e c y c l e d c o n c r e t e i n c r e a s e d 9 ％-1 4 ％ ； wh e nt h e p r o p o rt i o no f s t e e l fi b e r w a s 1 ％ t h ef l e x u r a l s t r e n gth o f r e c y c l e d c o n c r e t e i n c r e a s e d 1 7 ％- 4 0 ％， 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 o f r e c y c l e d c o n c r e t e i n c r e a s e d 1 ％- 2 1 ％． K e ywo r d s ： r e c y c l e d a g gre g a t e ； s t e e l fi b e r ； fl e x u r a l s tr e n g t h ： s p l i t t i n gt e n s i l e s t r e n gth 0 引 言 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， 对社会产生很大的危害。 再生混凝土材料 的研究开发具有广阔的发展前景， 目前对与普通混凝土配合比相 同的再生混凝土基本性能的研究比较普遍， 但对同时掺人钢纤维 的再生混凝土抗折、 劈裂强度的研究不多。 高丹盈【 -q 试验得出在混 凝土中掺入钢纤维可以对其劈拉强度及抗折强度有明显的提高。 为了提高再生混凝土的抗折、 劈裂强度， 在查阅上述相关 资料的基础上 ， 在再生混凝土中加入铣削波纹型钢纤维 ， 利用 钢纤维的增强与增韧作用来改善再生混凝土的劈拉及抗折力 学性能。 通过 4 8组配合 比试验找出不同再生骨料掺量及钢纤 维掺量对再生混凝土劈拉、 抗折强度性能的影响规律， 得出满 足再生混凝土强度要求和良好经济性的最佳配合比。 1 原材料 C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0配 合 比试 验采用 P C 3 2 ． 5级水 泥 、 C 3 5配 合比试验采用 P O 4 2 ． 5 级的水泥。 普通河砂 ， 细度模数为 3 ． 0 ； 天然粗骨料为连续级配的碎石 ； 再生粗骨料为废弃钢筋混凝 土梁破碎加工制成 ， 抗压强度在 2 5 ～ 3 5~V I P a 之间， 基本性能见 表 1 ； 郑州市饮用 自来水作混凝土拌和与养护用水； 钢纤维为 郑州 禹建 钢纤 维有 限公 司生产 的铣削 波纹 型钢纤 维 ， 长径 比 为 5 3 。 表 1 粗 骨料技术性能 2试 验 方 案 本试验选用 0 、 4 0 ％、 7 0 ％、 1 0 0 ％四个再生骨料掺量及 0 、 0 ． 5 ％、 1 ％三个钢纤维掺量 ， 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4 8 组配合比试验。 其中C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5这四组基准混凝土的配合 比见表 2 ， 劈拉 、 抗折 强度试验结果见表 3 ， 配合比编号中 R代表再生骨料掺量 ， S代 表钢纤维掺量 。 3 试验 结果分析 3 ． 1 劈拉 强度 根据表 3中的数据计算出： 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 6 — 1 2 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 0 0 1 1 ) ； 郑州市科技领军人才项 目( 0 9 6 S YJ H2 3 1 0 5 ) 1l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2基准混凝土配合 比 自里 劈拉强度 抗折强度 泊 劈拉强度 抗折强度 编号 ／ MPa ／ M Pa 编 号／ M Pa ／ M P a 对 C 2 0强度等级的钢纤维再生混凝土， 当再生骨料掺量为 4 0 ％、 7 0 ％、 1 0 0 ％时 ， 其劈拉强度分别降低约 4 ％～ 6 ％、 7 ％～ 1 1 ％、 1 0 ％～ 1 5 ％； 当钢纤维掺量为 0 ． 5 ％、 1 ％时， 其劈拉强度分别增加 9 ％-1 3 ％ 、 1 5 ％- 2 3 ％ 。 对 C 2 5 强度等级的钢纤维再生混凝土， 当再生骨料掺量为 4 0 ％、 7 0 ％、 1 0 0 ％H ~ ， 其劈拉强度分别降低约 4 ％～ 5 ％、 1 0 ％ 1 3 ％、 1 0 ％～ 1 4 ％； 当钢纤维掺量为 0 ．5 ％、 1 ％时， 其劈拉强度分别增加 9 ％ -1 4 ％ 、 1 7 ％ ～ 21 ％ 。 对 C 3 0强度等级的钢纤维再生混凝土 ， 当再 生骨料掺量 为 4 0 ％、 7 0 ％、 1 0 0 ％时， 其劈拉强度分别降低约 1 ％～ 3 ％、 5 ％- 6 ％、 1 0 ％～ 1 3 ％； 当钢纤维掺量为 0 ．5 ％、 1 ％时 ， 其劈拉强度分别增加 9 ％ ～ 1 3 ％ 、 1 5 ％ - 2 1 ％ 。 对 C 3 5 强度等级的钢纤维再生混凝土， 当再生骨料掺量为 4 0 ％、 7 0 ％、 1 0 0 ％时， 其劈拉强度分别降低约 3 ％～ 6 ％、 1 0 ％～ 1 2 ％、 1 4 ％～ 1 6 ％； 当钢纤维掺量为 0 ． 5 ％、 1 ％时， 其劈拉强度分别增加 9 ％-1 2 ％ 、 1 6 ％ — 2 0 ％ 。 综上可得出， 对于钢纤维再生混凝土 ， 当再生骨料掺量为 4 0 ％、 7 0 ％、 1 0 0 ％时 ， 其劈拉强度分别 降低约 3 ％～ 6 ％、 5 ％～ 1 3 ％、 1 0 ％～ 1 6 ％； 当钢纤维掺量为 0 ． 5 ％、 1 ％时， 其劈拉强度分别增加 9％～1 4％ 、 1 5％～21 ％ 。 1 2 根据表 3中的数据绘制不同钢纤维及再生骨料掺量与再 生混凝土劈拉强度的关系图， 如图 1 ~ 4所示。 日 ＼ 黑 欲 再 生粗 骨料掺量 ， ％ 图 1 C 2 0不 同钢纤维、 再生骨料掺量与劈拉强度关系图 3 3 3． 0 要2 ． 7 曼 2 4 瓠 2． 1 o 2 0 4 0 6 0 8 0 1 o o 再生粗 骨料掺 量 ， ％ 图 2 C2 5不同钢纤维 、 再 生骨料掺量与劈拉强度关系图 ＼ 越 憩 辑 敞 3 9 3． 6 2 4 2． 1 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 o o 再生 粗骨料 掺量 ， ％ 图 3 C 3 0不 同钢纤维、 再生骨料掺量与劈拉强度关系图 3 9 3． 6 要3 ． 3 曼 s ．o 2 7 2 4 o 2 o 4 0 6 0 8 0 l 0 O 再 生粗骨 料掺量 ， ％ 图 4 C3 fi不 同钢纤维 、 再生骨料掺量与劈拉强度关系图 3 ． 2 抗折 强度 根据表 3中的数据可以计算出： 对 C 2 0强度等级的钢纤维再生混凝土， 当再生骨料掺量为 4 O ％、 7 0 ％、 l 0 O ％时， 其抗折强度分别降低约 8 ％ 1 1 ％、 1 3 ％ 2 5 ％、 1 7 ％~ 2 6 ％； 当钢纤维掺量为 0 ． 5 ％、 1 ％时， 其抗折强度分别增加 1 1 ％～1 9 ％ 、 1 8 ％- 3 7 ％ 。 对 C 2 5 强度等级的钢纤维再生混凝土， 当再生骨料掺量为 4 0 ％、 7 0 ％、 1 0 0 ％时， 其抗折强度分别降低约 3 ％～ 5 ％、 6 ％～ 1 2 ％、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 掺 入了大量的微细筋 ， 因纤维可 以阻止裂缝在水泥基 中的产 生 和发展， 同时纤维对裂缝 、 孔隙等也起连接作用， 使整个结构成 为有机的整体， 减少了在内部 固有缺陷的应力集中， 从而使再 生混凝土的抗折、 劈裂性能得到很大程度的提升。 通过对抗折试 验结束后的试件进行 C T扫描试验， 截面的扫描图片如图 9 所示 ， 从图 9中可以清晰地看到钢纤维在再生混凝土内部的分布情 况， 其中有对裂缝起连接作用的部分钢纤维贯穿其中。 4结论 ( 1 ) 对于钢纤维再生混凝土， 当再生骨料掺量为4 0 ％、 7 0 ％、 1 0 0 ％时， 其抗折强度分别降低约 3 ％v l 1 ％、 1 3 ~／o ~ 2 5 ％、 1 4 ~／ ~3 6 ％； 当钢纤维掺量为 0 ． 5 ％、 1 ％时， 其抗折强度分别增加 1 0 ％- 2 7 ％、 1 8 ％ - 4 0 ％ 。 ( 2 ) 对于钢纤维再生混凝土， 当再生骨料掺量为 4 0O ／O、 7 0 ％、 1 0 0 ％时， 其劈拉强度分别降低约 3 ％～ 6 ％、 5 ％～ 1 3 ％、 1 0 ％～ 1 6 ％； 当钢纤维掺量为 0 ． 5 ％、 1 ％时， 其劈拉强度分别增加 9 ％～ 1 4 ％、 1 5 ％～21 ％ 。 ( 3 ) 对钢纤维再生混凝土劈拉强度与抗折强度试验数据进 行了回归分析， 得出钢纤维再生混凝土抗折强度与劈拉强度的 关 系。 ( 4 ) 通过 C T扫描试验分析了钢纤维掺量这个配合比因素 上接第 1 0页 2 ． 3 Ca ( oH) ， 含 量 的 变化 在软水溶蚀的过程中， 水泥硬化浆体中的C a ( O H) ： 晶体首 先被溶蚀 ， 然后当孔溶液的碱度降低到一定程度时， 硬化浆体中 的C ． S H凝胶才会因不稳定而分解 ， 其他物质 AF t 、 A F m, C a C O 等也会有部分溶出。 图6是两组水泥硬化浆体中C a ( O H) 含量 随溶蚀时问变化的曲线。 可以看出， C1中的C a ( O H) 含量在溶 蚀 2 8 d内变化很小， 之后明显降低， 1 8 0 d时已降低到初始值的 7 4 ． 8 ％。 C 2中的C a ( O H) 含量在溶蚀的过程中并没有发生降低， 却略有增长， 从理论上推断 ， 一方面是由于 C a ( OH) ： 溶出的过 程比较缓慢， 另一方面是由于未水化的水泥颗粒进一步水化生 成 C a ( OH) ： 。 从 C a ( O H) ： 含量的变化可以看出， 软水溶蚀作用 对于C 2的劣化程度远低于对 c 1的劣化程度。 巷 删 抽 0 r ．9 溶蚀 时l可， d 图 6 硬化 浆体 中 Ca ( OH) 。 含量的变化 3结 论 水泥硬化浆体遭受软水溶蚀后 ， 表现出一定程度的质量损 失和微观结构劣化。 而低较水灰比的水泥硬化浆体抗软水溶蚀 的能力明显强于高水灰比的水泥硬化浆体。 高水灰比的水泥硬 化浆体在软水溶蚀作用下的质量损失大、 C a ( O H) 含量降低快、 孔结构劣化明显， 抵抗软水溶蚀的能力较弱。 降低水灰比是增强 1 4 对钢纤维再生混凝土劈拉强度及抗折强度有所提高的原因。 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 J ．郑 州大学学报： 工学版， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 2 ) ： 5 - 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b a s e d ma t e r i a l s ． C e me n t C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 0 ( 3 0 ) ： 1 9 6 1 — 1 9 6 8 ． [ 5 ] 阮燕， 方坤河， 曾力， 等．水工混凝土表面 建筑材料学报， 2 0 0 7 ( 1 0 ) ： 5 2 8 — 5 3 3 ． 【 6 】 谭克锋． 水灰比和掺合料对混凝土抗冻性能的影D I~ [ J I ．武汉理工大学 学报 ， 2 0 0 6 ， 2 8 ( 3 ) ： 5 8 — 6 0 ． 【 7 】 杨志强， 李爱霞， 张瑞生．水灰比和养护温度对硬化水泥浆体渗透性 的影响咖． 山东科技大学学报： 自然科学版， 2 0 0 2 ， 2 1 ( 2 ) ： 9 4 — 9 6 ． [ 8 】 方祥位， 申春妮 ， 张伟．试件水灰比和胶砂比对混凝土硫酸盐侵蚀速 度影响[ J 】 ． 后勤工程学院学报， 2 0 0 7 ， 2 3 ( 2 ) ： 9 2 — 9 6 ． p】G A I T E R O J J ， C A MP I L L O I ， GU E R R E R O A．R e d u c t i o n o f t h e c a l c i u m l e a c h i n g r a t e o f c e m e n t p a s t e b y a d d i t i o n o f s i l i c a n a n o p a r t i e l e s [ J ] ． C e — m e n t C o n u r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 8 ( 3 8 ) ： 1 1 1 2 — 1 1 1 8 ． 作者简介： 刘仍光( 1 9 7 9 一 ) ， 男， 博士研究生， 研究方向： 土木工程材料。 联系地址： 北京市海淀区清华大学土木系建材所( 1 0 0 0 8 4 ) 联 系电话 ： 0 1 0 — 6 2 7 8 5 8 3 6 4 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m