不同有机纤维组合再生砂浆力学性能试验研究

赵越超 郑泽宇 刘 瀚 李珍淑 裴长春

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)



不同有机纤维组合再生砂浆力学性能试验研究

赵越超 郑泽宇 刘 瀚 李珍淑*裴长春

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

为有效利用工业废弃物及建筑垃圾，以粉煤灰代替部分水泥，以再生细骨料代替部分天然砂拌制了基准再生砂浆，通过改变基准再生砂浆中聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、仿钢纤维3种纤维组合，分析了其稠度及各项力学性能，得出了一些有意义的结论。

再生砂浆，有机纤维，抗压强度，抗折强度，抗冲击性

0 引言

我国城市化建设飞速发展，建设规模逐步扩大，同时产生大量的建筑垃圾。据统计，近几年我国每年建筑垃圾的排放总量约为35.5亿t，占城市垃圾的比例约为40%，而我国建筑废弃物资源化再生利用步伐缓慢，综合高效利用率尚不足5%[1]。这些废弃物除一小部分用于道路和建筑物的新拌混凝土中外，大部分未经处理直接运往郊外堆放或填埋，占用大量的土地。还有，热电厂、集中供热站等地由于以煤为燃料，因此发生大量的粉煤灰、煤渣，造成严重的环境污染。本文以降低环境污染、有效利用这些废弃物为目的，以同时大掺粉煤灰和再生细骨料的再生砂浆作为基准砂浆(以下简称Plain)，并对Plain砂浆改变有机纤维的不同种类组合，分析再生砂浆塑性性能及硬化后的各项力学技术指标，为建筑垃圾及工业废弃物的扩大再利用提供参考。

1 试验方案设计及方法

1.1 试验方案设计

本试验采用水胶比为0.35，胶砂比为1∶3，胶凝材料中掺入20%(胶凝材料中的质量百分比)粉煤灰代替部分水泥，在细骨料中掺入50%(总细骨料中的质量百分比)再生砂代替部分天然砂，配制出一组基准再生砂浆(简称Plain)。对Plain组砂浆，有机纤维总掺入率定为0.1%(体积比)，分别改变聚丙烯腈纤维(简称A纤维)、聚乙烯醇纤维(简称B纤维)、仿钢纤维(简称C纤维)等3种有机纤维在总纤维掺入量中的所占比例，配制不同有机纤维组合再生砂浆。本试验共计划了16组试验，具体试验配合比如表1所示。

表1 不同组合有机纤维再生砂浆配合比

1.2 试验原材料

本试验采用的水泥为吉林省鼎鹿牌P.O42.5型号普通硅酸盐水泥，密度为3 150 kg/m3；粉煤灰为吉林省延吉市发电厂生产，密度为2 200 kg/m3。试验用的减水剂为吉林省延吉市方胜建材有限公司的棕黄色液体聚羧酸高效减水剂，固含量为20%，减水率25%。试验用天然砂为吉林省延吉地区天然河砂，密度为2 650 kg/m3；试验用再生细骨料为废弃试块用颚式破碎机破碎而成，废弃混凝土的强度为20 MPa～40 MPa，密度为2 280 kg/m3。

1.3 试验方法

本试验先将胶凝材料、细骨料及混杂有机纤维机械干搅拌60 s，然后把水和减水剂倒入搅拌桶中，继续搅拌180 s。稠度试验按照JGJ/T 70—2009建筑砂浆基本性能试验方法标准测定，砂浆抗压强度及抗折强度按照GB/T 17671—1999水泥胶砂强度检测方法测定。砂浆抗冲击试验按ACI 544委员会推荐的方法[2]进行抗冲击性能试验。

2 试验结果与分析

2.1 稠度

图1是不同有机纤维组合再生砂浆的稠度。首先掺入粉煤灰及再生骨料的Plain组砂浆稠度值为87.8 mm，得到比较良好的流动性。这是因Plain组砂浆中的粉煤灰起滚珠效应，提高了水泥颗粒间相对滑移的能力。同时，细度小的粉煤灰颗粒填充在细度较大的水泥颗粒之间，改善了胶凝材料颗粒的级配，从而提高了砂浆的流动性。随着不同有机纤维组合变化，砂浆的稠度略有起伏，但相差不大，而且绝大多数都小于Plain。这是由于有机纤维比表面积大，导致更多的胶凝材料附着在其表面。因此在加入有机纤维后，砂浆的流动性普遍降低[2]。其中仅有A25B50C25和A50B0C50砂浆稠度值极为接近Plain的稠度值。

2.2 抗压强度

图2和图3分别是不同有机纤维组合再生砂浆7 d，28 d的抗压强度。首先，Plain组砂浆7 d，28 d的抗压强度分别为24.8 MPa，41.1 MPa，得到比较低的强度。但随着养护龄期的增加，后期抗压强度得到明显地提高。这是因为Plain砂浆中粉煤灰的早期水化缓慢、机械破碎得到的再生细骨料自身外形不规则及自带许多裂纹，导致了砂浆的强度降低。随着不同有机纤维组合变化，A25B0C75和A0B0C100组砂浆抗压强度提高幅度较为明显。即当龄期7 d时，砂浆抗压强度分别得到31.9 MPa，34.2 MPa，相对Plain分别提高28.8%，37.9%。在龄期28 d，上述两组砂浆抗压强度分别为45.7 MPa，46.4 MPa，比Plain分别提高11.3%，13.1%。由此可见，加入上述有机纤维对砂浆的早期抗压强度的提高比较明显，对后期抗压强度也有提高作用。原因是根据复合材料理论，有机纤维的弹性模量与砂浆试块中胶凝材料的弹性模量比值愈大，有机纤维在砂浆中愈能有效发挥抗拉作用。即聚丙烯腈纤维有效地提高砂浆的抗拉强度来抵御试块的横向变形，继而提高了砂浆的抗压强度[3]；仿钢纤维密度小、质地较硬、有棱角波纹，与砂浆形成良好的握裹力，且自身能够在承担纵向压应力的同时也能对试块横向产生一定的拉应力，阻碍其横向变形。

2.3 抗折强度

图4和图5分别是不同有机纤维组合再生砂浆7 d，28 d的抗折强度。首先，Plain组砂浆7 d，28 d的抗折强度分别为5.8 MPa，7.2 MPa。随着不同有机纤维组合变化，在A25B0C75和A25B25C50组砂浆得到相对较高的抗折强度。即在龄期7 d，A25B0C75和A25B25C50组砂浆抗折强度分别为6.5 MPa，6.6 MPa，相对Plain均提高12.1%；而在龄期28 d，分别得到7.3 MPa，7.2 MPa。与Plain抗折强度相差不大。由此可见，加入上述有机纤维对再生砂浆的早期抗折强度提高幅度比较明显，而对后期抗折强度并不明显。这是因为这两种纤维组合可以有效的在砂浆中形成三维乱向支撑体系，自动填补砂浆中因水分蒸发而形成的裂缝，有效的抑制了裂缝的形成和扩展，进而减缓了砂浆内部的应力集中现象，从而提高了砂浆的抗折强度[4]。

2.4 抗冲击性

图6是不同有机纤维组合再生砂浆28 d抗冲击次数比。随着不同有机纤维组合变化，再生砂浆的抗冲击次数比有较大的起伏，其中A25B0C75，A50B50C0和A0B25C75三组砂浆的抗冲击性能得到明显的提高，其抗冲击次数比分别是Plain组的2.2倍，2.0倍和1.6倍。这是由于通过纤维对裂缝的桥接作用，有效抑制了砂浆裂缝的开展。当冲击荷载在试块中传递时，其部分能量被有机纤维吸收消耗；当冲击荷载传递结束后，纤维回弹，使裂缝收缩。所以以上三种不同有机纤维组合都可以有效地提高砂浆的抗冲击性能，降低砂浆的脆性，延缓冲击裂缝的形成和开展[5]。

3 结语

本文为了提高建筑垃圾和工业废弃物的扩大再利用、降低环境污染，在再生砂浆中改变不同有机纤维组合，分析其稠度各项力学性能，其结果如下：1)不同组合有机纤维的再生砂浆稠度普遍发生降低现象，但降幅不大。其中，在A25B50C25和A50B0C50组砂浆得到比较良好的稠度值。2)Plain组砂浆的抗压强度及抗折强度较低，随着不同有机纤维组合变化，在A25B0C75组再生砂浆得到较高的抗压强度及抗折强度。3)随着不同有机纤维组合变化，再生砂浆的抗冲击次数比有较大的起伏，其中在A25B0C75，A50B50C0和A0B25C75等3组砂浆得到比较大的抗冲击次数比。

总结以上不同有机纤维组合再生砂浆的各项性能分析，可得出在本试验范围内A25B0C75组砂浆的稠度及强度、抗冲击性能提高幅度较为明显。

[1] 杨医博，黄玉清.全再生细骨料对砂浆性能影响的实验研究[J].混凝土与水泥制品，2015(12):94-98.

[2] 刘运学，王 旭.有机纤维对“客运专线”用C40高性能混凝土性能的影响[J].沈阳建筑大学学报，2014,30(3):483-490.

[3] 龙娈珍，方坤河.聚丙烯腈纤维砂浆性能研究[J].振动与冲击，2006(2):33-36.

[4] 李国忠，田 颖，赵 帅.芳纶纤维砂浆的抗折强度与抗塑性收缩开裂[J].建筑材料学报，2009，12(1):93-96.

[5] 王 璞，黄 真.碳纤维混杂纤维混凝土抗冲击性能研究[J].振动与冲击，2012,31(12):14-18.

Research on the effect of recycled aggregate mortar of mechanical property with mixed organic fiber combination

Zhao Yuechao Zheng Zeyu Liu Han Li Zhenshu* Pei Changchun

(CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

In this paper, in order to effectively utilize industrial and construction waste, pulverized fuel ash taking the place of the part cement and reclaimed sand taking the place of the part natural sand make fiducial recycled mortar. Afterwards, fiducial recycled mortar is changed the kinds of organic fiber including PAN, PVA and MPP. Then, analyzes recycled mortar’s consistence and various mechanical property, draws some significant results.

recycled mortar， organic fiber， compression strength， rupture strength， impact resistance

1009-6825(2016)24-0119-03

2016-06-17

赵越超(1992- )，男，在读本科生

李珍淑(1965- )，女，副教授

TU578.1

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