混雜纖維長(zhǎng)度對(duì)無(wú)熟料再生砂漿強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究

董家豪　鄭世鵬　夏松林　李珍淑*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉　133002)

普通硅酸鹽水泥生產(chǎn)過(guò)程耗能大，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，隨著國(guó)家環(huán)保政策日益嚴(yán)格。近年來(lái)，針對(duì)礦渣、粉煤灰和建筑垃圾在砂漿中應(yīng)用研究日益增多，在堿性激發(fā)劑作用下利用礦渣、粉煤灰完全取代水泥并用再生砂取代部分天然砂制成的無(wú)熟料水泥砂漿可以更充分的利用工業(yè)廢料和建筑垃圾，但此類砂漿抗壓、抗折和抗沖擊強(qiáng)度較差。目前，混雜纖維對(duì)普通砂漿強(qiáng)度影響的研究較多，但是混雜纖維對(duì)無(wú)熟料再生砂漿強(qiáng)度影響的研究較少。聚丙烯腈纖維具有抗拉強(qiáng)度高,彈性高、拉伸強(qiáng)等特點(diǎn)，聚丙烯纖維具有強(qiáng)度高、韌性好、易分散等特點(diǎn)，兩種纖維混和摻入可以有效改善無(wú)熟料再生砂漿的力學(xué)性能。本試驗(yàn)主要研究混雜纖維摻率不變，不同長(zhǎng)度對(duì)無(wú)熟料砂漿強(qiáng)度的影響，探究最佳長(zhǎng)度組合，為改善無(wú)熟料水泥再生骨料砂漿強(qiáng)度提供參考。

1　原材料及試驗(yàn)方法

1.1　試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)水膠比為0.4，以47.5%的粉煤灰、47.5%的礦渣和5%生石灰等質(zhì)量取代全部水泥，以25%再生砂等質(zhì)量取代天然砂，并按重量比例為2∶1加入0.35%的NaOH和KOH，PP代表聚丙烯纖維，PAN代表聚丙烯腈纖維(見(jiàn)表1，表2)。

表1　砂漿配合比　kg/m3

表2　各組纖維長(zhǎng)度　mm

1.2　原材料

1)再生細(xì)骨料：堆積密度為1 460 kg/m3；

2)天然砂：延吉市的天然河沙，堆積密度為1 550 kg/m3；

3)礦渣：河北靈壽潤(rùn)發(fā)礦銷售的S95級(jí)?；郀t礦渣微粉；

4)粉煤灰：延吉市生產(chǎn)的Ⅰ粉煤灰；

5)激發(fā)劑：NaOH和KOH試劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%，86%；

6)水:延吉市本地自來(lái)水；

7)生石灰：汪清縣大興溝鎮(zhèn)廟嶺白灰廠生產(chǎn)。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為Q/WSB.01—1996；

8)纖維：PP和PAN纖維，性能如表3，表4所示；

9)減水劑：延吉方正建筑有限公司的聚羧酸減水劑。

表3　PP纖維主要技術(shù)參數(shù)

表4　PAN纖維主要技術(shù)參數(shù)

1.3　試驗(yàn)方法

先把膠凝材料和細(xì)骨料及混雜纖維機(jī)械干拌60 s，后加入激發(fā)劑的水與減水劑倒入攪拌鍋中，繼續(xù)攪拌180 s，抗壓和抗折強(qiáng)度按照GB/T 17671—1999水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法測(cè)定，抗沖擊采用ZGW-0309落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)定。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1　抗折強(qiáng)度

圖1，圖2表示7 d和28 d無(wú)熟料再生砂漿抗折強(qiáng)度。從7 d和28 d齡期可以看出，不同長(zhǎng)度的PP和PAN纖維對(duì)抗折強(qiáng)度有一定影響。7 d時(shí)，隨聚丙烯腈纖維長(zhǎng)度的增加AL和AH組抗折強(qiáng)度先下降后上升；28 d時(shí)，隨PAN纖維長(zhǎng)度的增加AL組抗壓強(qiáng)度逐漸下降，AH組先下降后上升。AZ組在7 d和28 d時(shí)對(duì)抗折強(qiáng)度提升明顯。綜合各齡期強(qiáng)度時(shí)，PP纖維摻率為1 kg/m3,PAN纖維摻率為0.9 kg/m3時(shí)，混雜纖維的最優(yōu)長(zhǎng)度為AL組中長(zhǎng)度為6 mm的PAN纖維和混雜長(zhǎng)度AZ組，分析原因?yàn)椋篜P纖維和PAN纖維分散性較好，能夠很好的分散在再生砂漿基體中，根據(jù)纖維間隔理論,纖維在基體中起到阻止微裂縫的作用，而纖維對(duì)基體的阻裂作用一部分取決于纖維的平均間距S，并要求S>0，當(dāng)纖維分散性良好時(shí)，平均間距S和阻裂性能成反比。在相同摻率時(shí)，平均間距與纖維的長(zhǎng)度成正比，纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，阻裂能力會(huì)下降，進(jìn)而影響再生砂漿的抗折強(qiáng)度。根據(jù)復(fù)合材料觀點(diǎn)，本試驗(yàn)中的礦渣和粉煤灰為基相，再生砂和天然砂為分散相，?；嗪头稚⑾嘟Y(jié)合處會(huì)產(chǎn)生結(jié)合縫,不同長(zhǎng)度的混雜纖維能夠很好的阻止不同裂縫的發(fā)展,從而更好的提升砂漿的強(qiáng)度[1]。

2.2　抗壓強(qiáng)度

圖3，圖4表示7 d和28 d無(wú)熟料再生砂漿抗壓強(qiáng)度。從各組強(qiáng)度可以看出7 d和28 d混雜纖維長(zhǎng)度的改變對(duì)抗壓強(qiáng)度有一定的波動(dòng)性。7 d時(shí)，隨PAN纖維長(zhǎng)度的增加AL和AH組抗壓強(qiáng)度逐漸下降；28 d時(shí)，隨PAN纖維長(zhǎng)度的增加AL組抗壓強(qiáng)度逐漸下降，AH組先下降后上升，混摻長(zhǎng)度的纖維AZ組各齡期抗壓強(qiáng)度都有明顯上升。PP摻率為1 kg/m3,PAN纖維摻率為0.9 kg/m3時(shí)，AL組中長(zhǎng)度為6 mm的PAN纖維對(duì)無(wú)熟料再生砂漿抗壓強(qiáng)度的提升作用要大于其他各組長(zhǎng)度的纖維，這表明無(wú)熟料再生砂漿摻入的纖維長(zhǎng)度存在最優(yōu)值，分析原因?yàn)椋涸谝欢〒铰蕰r(shí)，PP和PAN纖維能夠很好的分散在再生砂漿中起到微配筋作用，增強(qiáng)了再生砂漿的抗壓性能；處于最優(yōu)值的纖維長(zhǎng)度與再生砂漿界面有很好的粘結(jié)性能，當(dāng)纖維長(zhǎng)度超過(guò)臨界點(diǎn)時(shí)，纖維與再生砂漿界面的粘結(jié)力和機(jī)械咬合力相對(duì)下降，從而影響了再生砂漿的抗壓強(qiáng)度[2]。

2.3　抗沖擊強(qiáng)度

圖5為56 d無(wú)熟料再生砂漿抗沖擊次數(shù)比，與A0組相比加入混雜纖維后的無(wú)熟料再生砂漿抗沖擊能力明顯增強(qiáng)，增強(qiáng)幅度在25%～88%之間，AZ組和AH6組的增強(qiáng)幅度最明顯，增強(qiáng)幅度

均為88%?？梢缘贸觯涸诶w維摻量一定的情況下,隨著聚丙烯腈纖維長(zhǎng)度的增加,試件的抗沖擊性能逐步提高[3]，而隨著聚丙烯纖維長(zhǎng)度的增加，試件的抗沖擊性能逐漸下降[4]，本試驗(yàn)抗沖擊性能較好的為AH6和AZ組。

3　結(jié)語(yǔ)

1)PP和PAN纖維能有效提高無(wú)熟料再生砂漿的抗壓性能，并且纖維長(zhǎng)度存在最佳值，超過(guò)該值混雜纖維對(duì)再生砂漿抗壓的增強(qiáng)效果會(huì)下降，本試驗(yàn)AL6組抗壓性能最好。

2)PP和PAN纖維能有效提高無(wú)熟料再生砂漿的抗折性能，根據(jù)復(fù)合材料理論和纖維間距理論，在纖維摻量一定，纖維長(zhǎng)度較短時(shí)，纖維間距會(huì)減小有利于抗折強(qiáng)度的增加，而不同長(zhǎng)度的混雜纖維有利于阻止砂漿中不同裂縫的發(fā)展，本試驗(yàn)AZ和AL6組抗折性能較好。

3)纖維能增強(qiáng)砂漿的抗沖擊能力，對(duì)抗沖擊能力的提升隨PAN纖維長(zhǎng)度增長(zhǎng)而上升，隨PP纖維長(zhǎng)度增長(zhǎng)而下降，本試驗(yàn)抗沖擊性能較好的為AH6。