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钢-聚丙烯纤维混杂纤维再生骨料混凝土力学性能研究
张浩原;张腾元;冯霄;杨豪杰;李冰涛;李勤
【期刊名称】《造纸装备及材料》
【年(卷),期】2024(53)2
【摘要】为了实现废弃混凝土的资源化利用,文章通过掺入钢纤维和聚丙烯纤维来改性再生骨料混凝土的力学性能,对改性再生骨料混凝土试件进行抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验。
研究结果表明,当再生骨料最佳替代率为30%时,单独掺入钢纤维时的最佳纤维掺量在0.9%左右,而聚丙烯纤维掺量至少为0.3%;当钢纤维掺量为1.2%、聚丙烯纤维掺量为0.3%时,抗压强度和劈裂抗拉强度均达到最高值,且对再生混凝土的破坏形态影响最为显著。
【总页数】3页(P67-69)
【作者】张浩原;张腾元;冯霄;杨豪杰;李冰涛;李勤
【作者单位】六盘水师范学院土木与规划学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU528
【相关文献】
1.钢-聚丙烯混杂纤维再生混凝土力学性能试验研究
2.纤维掺量及混杂比对钢-聚丙烯混杂纤维高强混凝土力学性能影响研究
3.钢-聚丙烯混杂纤维轻骨料混凝土劈裂抗拉强度研究
4.聚丙烯纤维全再生粗骨料混凝土力学性能试验研究
5.混杂玄武岩-聚丙烯纤维增强再生混凝土力学性能研究
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C55聚丙烯纤维高性能混凝土配合比设计及性能研究摘要：随着我国基础设施建设的加快，混凝土需求量越来越大，混凝土的集料砂、石材料的需求越来越大，特别是天然砂的供应满足不了发展需求，并且对河道生态环境影响较大，我们必须采用其他途径来弥补需求，本文主要从配合比设计思路、原材料的选用、试拌及现场质量控制来介绍机砂拌制C55聚丙烯纤维高性能混凝土。
关键词：机制砂、配合比、掺合料、施工质量控制1引言实践及研究都表明，在混凝土中加入聚丙烯纤维可作为一种有效的混凝土温差补偿抗裂手段。
潼荣高速TJ2标涪江特大桥主跨为100+180+100m的连续刚构箱梁，为了提高箱梁混凝土耐久性，确保混凝土工程质量，满足施工需要，减少高标号混凝土因温度变化导致混凝土出现微裂纹，连续箱梁0#块采用C55聚丙烯高性能混凝土。
按照设计要求，本课题利用本地材料（机制砂）设计满足使用要求的C55聚丙烯高性能纤维混凝土配合比，并通过对施工全过程的研究，填补集团公司相关施工经验上的空缺，为后续类似项目施工提供理论及经验依据。
2 C55聚丙烯纤维高性能混凝土配合比设计阶段2.1配合比设计思路基于聚丙烯纤维高性能混凝土耐久性和抗裂性能的要求，掺入优质矿物掺合料和高效减水剂是配制高性能混凝土的主要技术思路。
以耐久性和强度为主要设计指标，对于水胶比、矿物掺合料掺量、含气量、砂率等参数采用全体积法进行配合比设计，严格控制碱含量和氯离子含量，通过大量试验不断进行调整，及时总结施工中产生问题的影响因素。
2.2配合比设计与普通混凝土相比，聚丙烯纤维高性能混凝土在配制方法上趋向低水胶比、低碱含量、低氯离子含量。
按《普通混凝土配合比设计规程》进行设计，确定初步配合比为：mc0：ms0：mg0：mw0：mf0：mk0：mj0：mx0＝346∶741∶1067∶148∶74：74：6.42：1为了进一步优化配合比，在理论配合比基础上保持用水量不变，砂率增加和减少1%，以理论配合比水胶比0.30±0.03进行试拌两个配合比进行对比试验。
全国中文核心期刊中国科技核心期刊不同纤维增强水泥稳定碎石混台料路用性能与耐久性研究王文彬（山东理工大学，山东淄博255012）摘要:研究了聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维和聚酯纤维对水泥稳定级配碎石混合料力学性能的影响，并确定各纤维的最佳掺量。
基于干缩与温缩试验、冻融循环试验、动水冲刷试验、三分点弯曲疲劳试验,研究纤维对水泥稳定级配碎石混合料水稳定性和疲劳性能的增强作用，并采用SEM分析了增强机理。
结果表明，掺加纤维能显著提高水泥稳定级配碎石混合料的无侧限抗压强度、劈裂强度与弯拉强度，同时显著改善水泥稳定级配碎石混合料的温缩与干缩性能、抗冻性与抗冲刷性能，掺加纤维显著提高了水泥稳定级配碎石混合料的抗疲劳性能，降低了疲劳寿命对应力强度比的敏感性。
关键词：道路工程;水泥稳定级配碎石;纤维;增强作用；路用性能;耐久性能中图分类号:TU528.37文献标识码:A文章编号：1001-702X（2021）03-0057-06Study on road performance and durability of different fiber reinforced cement stabilized crushed stone mixtureWANG Wenbin(Shandong University of Technology,Zibo255012,China)Abstract:The effects of polyvinyl alcohol fiber,polypropylene fiber,basalt fiber and polyester fiber on the mechanical properties of cement stabilized graded crushed stone were studied,and the optimal content of each fiber was determined.Based on the dry shrinkage and temperature shrinkage test,freeze—thaw cycle test,dynamic water scour test,and three-point bending fatigue test to study the fiber reinforced cement stabilized graded stone mixture water stability and fatigue performance,and then based on the SEM test revealed the enhancement mechanism.The results show that the addition of fiber can significantly enhance the unconfined compressive strength,splitting strength and bending strength of cement stabilized graded crushed stone mixture,and at the same time significantly improve the temperature shrinkage and dry shrinkage properties,frost resistance and erosion resistance of cement stabilized graded crushed stone,the addition of fiber significantly improves the fatigue resistance of cement stabilized graded crushed stone mixture,and reduces the sensitivity of fatigue life to stress intensity ratio.Key words:road engineering,cement stabilized graded crushed stone,fiber,reinforcement,road performance,durability0引言基层是公路路面的主要承重层，基层的使用寿命决定公路路面的使用寿命与耐久性。
聚丙烯纤维砂浆的抗压性能研究0绪论0。
1课题背景水泥与水泥基材料是当今最大宗的人造材料,带来了很大的耗能和环境污染。
本着可持续发展的原则,水泥基材料必须向高性能发展，向减少用量，延长寿命，增加功能，尤其向降低环境代价的方向努力[1]。
中国工程院院士吴中伟教授认为［1],复合化是水泥基材料高性能化的主要途径,复合化的技术思路—超叠加效应，对材料的高性能化有重要的意义，可用公式1+2≥3表示。
纤维增强是其核心。
1980年美国国家材料顾问委员会（NMAB）首先提出“水泥基复合材料"（Cement-basedCompositeMaterials）这一名词，它包括一切以水泥为基材的复合材料。
其中的纤维增强水泥基复合材料是以水泥、水、细（或粗细混合)集料形成的混合物为基体,以各种有机、无机或金属的不连续短切纤维为增强体组成的材料，即纤维增强砂浆/混凝土。
水泥砂浆在浇筑后，由于其表面水分的蒸发速率超过内部水渗透到表面的速率，以及其早期抗拉强度达不到砂浆收缩所产生的应力，往往造成砂浆表而在材料硬化前失水收缩而引起拉力，故而产生不可恢复的塑性收缩裂缝,也干燥收缩裂缝.环境温度越高、湿度越低、空气流动速度越大，砂浆中水分的蒸发量也就越大,所产生的塑性收缩裂缝也就越严重，这必然对后期的结构受力、抗渗等产生不良影响，甚至会威胁到结构的安全［2].在实际应用中，如果不采取有效的抗裂措施，砂浆固有的微裂纹在内外应力的作用下发展为更大的裂纹，以致最终形成贯通的毛细孔道及裂缝.造成结构设计强度远未能充分发挥，严重的甚至威胁到工程的安全使用。
由于普通的水泥砂浆难以防止墙体裂缝的出现和发展，给住宅及厂房的建筑质量形成很大的隐患，每年造成几百亿元的浪费。
普通砂浆由于抗拉强度低、收缩率大、变形能力低、抗冲击性差等缺点,己远远不能满足人们对其的要求，必须加以改进.改善砂浆抗裂、抗渗性的方法主要有改变砂浆组分、改变养护方式、添加聚合物及掺入纤维等方法[3]，与其他方法相比，掺加聚合物和纤维具有施工安全方便、作用效果好、价格低廉等优点，纤维在提高砂浆性能方面扮演着日益重要的角色［4].现代混凝土的应用已向着高抗压、高抗拉、大流动度方向发展，同时要求建筑物在建造时容易施工，并能长期保持高强、高韧性、高抗渗性等性能，即高性能混凝土.由于水泥石、砂浆或混凝土的抗拉强度低、极限延伸率小、性脆，拌和物在日照、风吹的等情况下,没有足够的时间形成抗拉强度以抵抗由于快速蒸发产生的毛细孔收缩应力，容易产生塑性收缩开裂.特别是高强混凝土的抗拉强度与抗压强度之比仅为6％，脆性显著，塑性明显下降，因为脆性破坏会随时产生,高强混凝土结构的跨度不能增幅太大。
价值工程0引言二灰碎石是一种广泛应用于路面结构层的半刚性基层材料，有强度高、变形小、价格低廉、施工方便以及耐久性好等特点，但有些半刚性基层的沥青路面仅使用1-2年即出现早期路面损害，造成了较大的经济损失，其主要原因是二灰碎石基层开裂引起的反射裂缝[1]。
聚丙烯纤维作为一种低弹性模量纤维，在极低的掺量下虽不能提高强度，但能抑制温缩裂缝和塑性收缩裂缝的产生与发展[2-4]。
根据二灰碎石材料收缩特性等相关研究[5]，合适的纤维能限制其早期裂缝的生成与发展，增强抗裂性。
1材料与试验方案1.1原材料试验采用石灰为Ⅲ级消石灰，粉煤灰为扬州热电厂的湿排灰，石灰岩质集料，纤维选用深圳维特耐生产的WKX 型聚丙烯纤维。
1.2材料组成设计试验采用石灰、粉煤灰、集料的质量比为5：13：82，二灰碎石的矿料级配见表1，聚丙烯纤维的掺入量分别为混合料质量的0.05%、0.10%、0.15%和0.20%。
1.3试验方案对掺聚丙烯纤维二灰碎石的性能进行多项室内试验，采用无侧限抗压强度试验、劈裂强度试验、抗弯拉强度试验分析其强度特性；采用抗冲刷试验、抗冻性试验分析其稳定性；采用抗压回弹模量试验、干缩试验分析其抗裂性能。
根据试验结果评价聚丙烯纤维对二灰碎石材料性能的影响，并对其作用机理进行探索。
2试验结果及分析依据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTGE51-2009）[6]，进行强度特性试验、稳定性试验、抗裂性能试验对掺聚丙烯纤维的二灰碎石性能进行研究。
2.1强度特性试验结果及分析2.1.1无侧限抗压强度试验结果将养生后的不同纤维掺量、不同龄期的试件用HDLQ —Ⅱ型路面材料强度试验仪，进行无侧限抗压强度试验。
压力加载速率有效控制在1mm/min ，记录试件破坏时的最大压力P （N ），试验结果见图1。
2.1.2劈裂强度试验结果在路面材料强度试验仪的升降台安装劈裂试验夹具，将不同龄期的试件水平放置在两压条之间，进行劈裂强度试验。
压力加载速率有效控制在1mm/min ，记录试件破坏时的最大压力P （N ），试验结果见图2。
2.1.3弯拉强度试验结果由于目前还没有针对半刚性材料抗弯拉强度的测试方法，因此试件抗弯拉强度的测试参考JTG E3O —2005规定的公路工程水泥混凝土抗弯掺聚丙烯纤维的二灰碎石性能研究Research on Performance of Lime-fly Ash Macadam Mixture Adding Polypropylene Fiber吴正光WU Zheng-guang ；杨钊YANG Zhao ；肖鹏XIAO Peng（扬州大学建筑科学与工程学院，扬州225127）（College of Civil Science and Engineering ，Yangzhou University ，Yangzhou 225127，China ）摘要：针对沥青路面结构中二灰碎石基层材料引起的反射裂缝问题，提出在二灰碎石中掺加聚丙烯纤维来改善其物理力学性能。
通过室内无侧限抗压强度、劈裂强度、抗弯拉强度、抗压回弹模量、抗冲刷性能、抗冻性能及干缩系数性能的测试，分析聚丙烯纤维对二灰碎石的性能影响。
试验结果表明，聚丙烯纤维的掺入对二灰碎石的强度、稳定性及抗裂性有一定程度的提高，并推荐二灰碎石中聚丙烯纤维的最佳掺量范围为0.10%~0.15%。
Abstract ：According to the reflection crack problems of lime-fly ash macadam mixture in asphalt pavement,this paper proposed to add polypropylene fiber to improve the physical and mechanical properties.Through the performance tests of unconfined compressive strength,splitting strength,flexural strength,compressive modulus of resilience,scouring -resistance,frost resisting and dry shrinkage coefficient,this paper analyzes the influence of polypropylene fiber on the performance of the lime-fly ash macadam mixture.Experimental results show that the adding of polypropylene fibers improves the strength,stability and crack resistance of lime-fly ash macadam mixture to a certain degree.The optimum recommend range of polypropylene fiber in the lime-fly ash macadam mixture is 0.10%~0.15%.关键词：二灰碎石；聚丙烯纤维；性能改善Key words ：lime-fly ash macadam mixture ；polypropylene fiber ；performance improvement 中图分类号：U416.2文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）33-0124-03———————————————————————作者简介：吴正光（1970-），男，江苏高邮人，讲师，道路工程，目前担任扬州大学建筑科学与工程学院工程实验中心主任；杨钊（1987-），男，江苏高邮人，硕士研究生，研究方向为建筑与土木工程。
表1二灰碎石的矿料级配筛孔尺寸/mm 31.526.519.0通过百分率/%10097.557.99.54.75 2.36 1.180.60.07529.216.011.27.03.11.5图1不同聚丙烯纤维掺量二灰碎石在不同龄期的无侧限抗压强度00.050.10.150.2聚丙烯纤维掺量（%）7d 14d 28d 60d无侧限抗压强度（M P a ）4.543.532.521.510.50·124·DOI:10.14018/13-1085/n.2014.33.070Value Engineering拉强度试验方法[7-8]。
不同聚丙烯纤维掺量的二灰碎石在35d龄期时的抗弯拉强度测试结果如表2所示。
2.1.4强度特性试验结果分析试验结果表明，随着聚丙烯纤维的掺入，不能明显地提高二灰碎石无侧限抗压强度及其二灰碎石早期劈裂强度，但二灰碎石劈裂强度随龄期增加明显加强。
二灰碎石的抗弯拉强度随着纤维掺量的增加而增大，当掺量为0.20%时，二灰碎石的抗弯拉强度相比素二灰碎石的增幅达到了70%左右。
由此可见，在二灰碎石中掺加一定量的聚丙烯纤维是提高其强度的有效途径之一。
2.2稳定性试验结果及分析2.2.1抗压回弹模量试验结果抗压回弹模量试验是在路面材料强度试验仪顶板上对称安放两个位移计测形变量。
不同比例的聚丙烯纤维掺入二灰碎石后，在测试14d 和28d 的抗压回弹模量，试验结果如图3所示。
2.2.2抗冲刷试验结果抗冲刷试验采用改造后的维勃稠度仪振动台对不同聚丙烯纤维掺量的二灰碎石试件进行了抗冲刷试验。
抗冲刷振动试验台如图4。
振动台振动频率为50HZ ，5分钟后将钢容器中残留物收集并烘干称重，计算冲刷量。
28d 龄期时的抗冲刷试验结果如表3所示。
2.2.3稳定性试验结果分析试验结果表明，随着聚丙烯纤维掺量的增加，二灰碎石的回弹模量值整体呈下降趋势，抗冲刷能力也有所提高，但随着纤维掺量的增加，二灰碎石的抗压回弹模量和冲刷率有反弹上升的趋势。
由此可见，聚丙烯纤维对二灰碎石的稳定性有一程度的改善作用，但改善的效果主要取决于纤维的掺量，0.10%~0.15%这个范围时二灰碎石稳定性相对效果较好。
2.3抗裂性能试验结果及分析2.3.1抗冻性试验结果抗冻性是评价基层材料抗裂性能好坏的标准之一，抗冻性试验采用养生30d 的圆柱体试件进行冻融循环试验。
试件经5次冻融循环后的无侧限抗压强度R 冻，冻前无侧限饱水抗压强度Rc ，抗冻系数K 冻即为两者之比。
不同聚丙烯纤维掺量的二灰碎石试件在30d 龄期时的抗冻系数如表4所示。
2.3.2干缩试验结果干缩试验一组6个试件，其中三个试件用以测定含水量，其他三个试件用于测定收缩变形。
达到龄期时，浸水lh ，使之达到饱和状态，然后将一组试件置于25℃恒温室内以避免温度变化对试验的影响。
养生7d 后，将试件竖直放置在特制的平台上，顶端放置一块普通硅酸盐玻璃，并在其上架立千分表测量试件收缩变化的量，试验装置见图5。
干缩系数为干缩应变与失水率之比，测试3个试件的级差与3个试件的平均值不超过30%时，为有效试验，取平均值作为二灰碎石的平均干缩系数，见图6。
纤维掺量/%0.000.050.10平均破坏力/kN 抗弯拉强度/MPa0.9380.2811.3090.3931.3910.4170.150.201.4510.4351.6770.503表2抗弯拉强度试验结果纤维掺量/%0.000.050.10冲刷率/g/min6.1616.1395.8800.150.205.2325.964表328d 抗冲刷试验结果表430d 抗冻试验结果纤维掺量未冻试件保水强度/MPa 冻融循环后强度/MPa 抗冻系数0.00%0.05%0.10%0.15%0.20%1.551.891.611.691.341.261.591.431.421.230.8140.8310.8870.8400.921图5干缩试验照片图2不同聚丙烯纤维掺量二灰碎石在不同龄期的劈裂强度聚丙烯纤维掺量（%）7d14d 28d 60d劈裂强度（M P a ）0.60.50.40.30.20.100.050.10.150.2图3不同聚丙烯纤维掺量二灰碎石的抗压回弹模量聚丙烯纤维掺量（%）14d28d抗压回弹模量值（M P a ）60050040030020010000.050.10.150.2图6聚丙烯纤维掺量与二灰碎石平均干缩系数的关系图聚丙烯纤维掺量（%）7d10d 15d平均干缩系数（10-6）3503002502001501005000.050.10.150.2图4抗冲刷振动试验台容器内径240mm 内高200mm附加荷载6500g试件水深50mm橡胶垫块频率50HZ·125·价值工程2.3.3抗裂性能试验结分析试验结果表明，随着聚丙烯纤维掺量增加，二灰碎石的抗冻系数先升高后降低，平均干缩系数总体变化是下降的，且下降的规律比较相似。
