馮 霄，張騰元*，吳佳明，張浩原

（六盤(pán)水師范學(xué)院土木與規(guī)劃學(xué)院，貴州 六盤(pán)水 553004）

引言

混凝土是人類(lèi)使用最廣泛的建筑材料，但其大量使用也對(duì)人類(lèi)居住環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了負(fù)面影響。如今我國(guó)每年產(chǎn)生的廢棄混凝土已達(dá)到3 億噸[1]。因此，開(kāi)展再生骨料混凝土的性能研究具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義[2-5]。

吳全強(qiáng)[6]等人也發(fā)現(xiàn)鋼纖維過(guò)量會(huì)造成纖維的粘結(jié)作用降低，導(dǎo)致再生混凝土的強(qiáng)度及收縮性能下降。而李丹丹[7]等人研究發(fā)現(xiàn)，鋼纖維的摻入可使再生骨料摻量在30%～40%之間配制的再生混凝土達(dá)到普通混凝土的收縮。主要針對(duì)廢棄混凝土作為粗骨料后摻入鋼纖維的再生骨料混凝土力學(xué)性能研究，并通過(guò)試驗(yàn)選取最優(yōu)配合比。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：采用烏蒙山水泥，水泥型號(hào)為P.O42.5 普通硅酸鹽水泥。細(xì)骨料：采取人工砂，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)為2.64，表觀密度為2 532 kg/m3。減水劑：粉末狀聚羧酸減水劑，摻量：0.8%。粗骨料：再生粗骨料、天然碎石。將廢棄混凝土使用顎式破碎機(jī)進(jìn)行破碎，按照《再生混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[8]要求，利用振篩機(jī)篩選粒徑在10 mm～20 mm 的連續(xù)級(jí)配再生骨料。再生骨料見(jiàn)圖1，相關(guān)參數(shù)詳見(jiàn)表1。采用銑削型鋼纖維（MF）為外摻料。

表1 再生骨料技術(shù)參數(shù)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

抗壓試件配合比見(jiàn)表2。試驗(yàn)步驟按照《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[9]進(jìn)行，鋼纖維再生骨料混凝土的制備依據(jù)《纖維混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[10]和《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[11]，采用干拌法制備混凝土，強(qiáng)制式攪拌，振動(dòng)臺(tái)搗實(shí)、抹平，24 h 后脫模、編號(hào)，為了切合實(shí)際施工，本次試驗(yàn)采取自然養(yǎng)護(hù)。由抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得知，再生骨料的替代率在30%時(shí)，最為經(jīng)濟(jì)且強(qiáng)度最為穩(wěn)定，所以劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)采再生骨料替代率30%制作試件。

表2 鋼纖維再生骨料混凝土配合比

1.3 試驗(yàn)方法與設(shè)備

混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)按照《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[12]和《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[13]對(duì)鋼纖維混凝土進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備為DYE-2000 型電液式壓力試驗(yàn)機(jī)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 變形破壞特征

在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，A-0-0 組試件上部和底部出現(xiàn)縱向裂縫，四面膨脹，周?chē)炷链罅棵撀?。A-0-0.6組試件混凝土脫落較少。A-0-0.9 組試件幾乎沒(méi)有混凝土脫落。A-0-1.2 組試件出現(xiàn)少許混凝土脫落，兩側(cè)膨脹較大。鋼纖維普通混凝土試塊受壓后形態(tài)變化見(jiàn)圖2。再生混凝土變形破壞特征與普通混凝形態(tài)變化相似，再生骨料混凝土內(nèi)部破壞及外部破壞嚴(yán)重，裂縫較多。隨著鋼纖維摻量的增加再生骨料混凝土脫落程度越來(lái)越少。

2.2 抗壓強(qiáng)度分析

(1) 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)表明隨著再生骨料替代率的增加，抗壓強(qiáng)度依次降低0.27 MPa、0.03 MPa、0.04 MPa。不加鋼纖維的20%、30%、40%再生混凝土的抗壓強(qiáng)度接近普通混凝土的抗壓強(qiáng)度，所以再生骨料可以取代一部分的天然骨料制作混凝土。

(2) 根據(jù)抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)繪制圖3。折線呈上升趨勢(shì)，這以說(shuō)明鋼纖維的加入能提高普通混凝土的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)鋼纖維達(dá)摻量達(dá)到0.9%后會(huì)出現(xiàn)下降趨勢(shì)。且由曲線斜率可以看出，鋼纖維摻量為0.9%時(shí)對(duì)再生混凝土強(qiáng)度的提升最為明顯。

(3) 將鋼纖維摻量作為定量繪制成圖4?？箟簭?qiáng)度隨著再生骨料替代率的增加而降低，當(dāng)鋼纖維摻量為0%時(shí)，普通混凝土與再生混凝土的抗壓強(qiáng)度變化不足1%。在鋼纖維摻量為0.9%和0.6%折線圖中，20%與30%再生骨料混凝土兩組抗壓強(qiáng)度接近，經(jīng)濟(jì)角度思考選取30%再生骨料作為最佳。

(4) 劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)。劈裂抗拉強(qiáng)度隨著鋼纖維摻量的增加而增大，當(dāng)鋼纖維摻量為0%時(shí)，再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度降低了4.1%，在加入鋼纖維之后得到了明顯的提升，鋼纖維摻量為0.6%、0.9%、1.2%時(shí)劈裂抗拉強(qiáng)度各提升了6.61%、10.12%、14.01%。

2.3 成本分析

鋼纖維摻量為0%的再生骨料混凝土的制作成本詳見(jiàn)表3。

表3 鋼纖維摻量為0%的再生骨料混凝土的制作成本

由抗壓強(qiáng)度分析得到30%與20%再生骨料混凝土相比，添加0.9%的鋼纖維時(shí)兩者的抗壓強(qiáng)度接近，0%鋼纖維再生骨料混凝土強(qiáng)度上都能滿足C30 強(qiáng)度要求，所以將選擇30%的再生骨料替換率較為經(jīng)濟(jì)。

3 結(jié)論

(1) 再生骨料混凝土強(qiáng)度都能滿足C30 強(qiáng)度，再生骨料混凝土的鋼纖維摻量在0.6%時(shí)的抗壓強(qiáng)度能滿足C40 普通混凝土的抗壓強(qiáng)度。隨著再生骨料的增多，耐久性也隨之減弱。為保證建筑物質(zhì)量和使用壽命，建議使用30%的再生骨料。

(2) 隨著鋼纖維的摻量的增加，混凝土脫落程度以及裂縫寬度隨之降低，鋼纖維摻量為0.9%的再生混凝土受壓時(shí)形態(tài)變化最小。鋼纖維對(duì)再生混凝土形態(tài)變化程度有很好保護(hù)效果。

(3) 將再生骨料替代率作為定量，鋼纖維摻量作為變量，鋼纖維摻量為0.9%的再生混凝土抗壓強(qiáng)度最高。

(4) 由劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)可得，鋼纖維的摻入量可以直接影響再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度，隨著鋼纖維的摻量增加，劈裂抗拉強(qiáng)度也隨之增加。

(5) 對(duì)于建筑材料采取30%的再生骨料替代率可以節(jié)約30%左右的粗骨料費(fèi)用?？山档统杀?，還可以抑制資源開(kāi)發(fā)，達(dá)到節(jié)約資源效果。我國(guó)建筑垃圾已達(dá)到頂峰，可在廢物利用環(huán)節(jié)上開(kāi)發(fā)新項(xiàng)目。