混摻纖維增強(qiáng)橡膠混凝土的力學(xué)性能研究*

黎曉輝 李麗娟 李彥龍 盧俊杰 趙忠宇 鄭英明 劉 鋒 鐘根全

(1.廣東工業(yè)大學(xué)土木與交通工程學(xué)院, 廣州 510006; 2.廣州市泰和混凝土有限公司, 廣州 510450)

0 引 言

由于具有良好的可塑性、安全性和耐久性,混凝土依舊是世界上最常用的建筑材料。在混凝土中粗、細(xì)骨料體積占比約為70%。由于大量使用混凝土導(dǎo)致河砂等天然骨料被過度開采,造成了生態(tài)環(huán)境的破壞。因此,近年來許多學(xué)者在研究一些適合替代天然骨料的材料[1-2]。與此同時,我國每年報廢的廢舊橡膠輪胎大約有2 000萬t,橡膠具有難降解、易燃和有毒等危害。因此,有學(xué)者提出用橡膠顆粒來替代混凝土中的天然骨料[3-4]。橡膠顆粒加入到混凝土中,除了能提高混凝土耐磨、吸能、隔熱、隔聲和抗凍效果[5-7]外,還可以在力學(xué)方面提高其韌性、抗沖擊和延展性[8-9]。這些性能表明橡膠混凝土是一種適用于路面的材料。

強(qiáng)度和剛度是結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要考慮的兩個重要因素[10-11],但由于橡膠的彈性模量小,且與混凝土基體黏結(jié)界面薄弱,加入橡膠后的混凝土強(qiáng)度和剛度都會有一定程度的下降[12]。為了增強(qiáng)橡膠混凝土,加入纖維是一種有效的物理改性方式。在橡膠混凝土中加入纖維后,纖維通過橋接裂縫,防止了裂縫的繼續(xù)發(fā)展,使混凝土的韌性得到改善,從而增強(qiáng)其抗裂性能和耐久性[13]。朱江等在橡膠混凝土中添加了1.0%、1.5%和2.0%的鋼纖維[14],抗壓強(qiáng)度分別提高了0%、1%和6%,劈裂抗拉強(qiáng)度分別提高了6%、13%和17%,抗折強(qiáng)度分別提高了13%、28%和35%。呂志恒等在混凝土中分別添加了0.45%、0.9%和1.35%的玻璃纖維[15],抗壓強(qiáng)度增量分別為25%,41%和-26%,劈裂抗拉強(qiáng)度增量分別為-3%、38%和7%,抗折強(qiáng)度增量分別為21%、46%和22%。然而,混凝土的開裂破壞是多尺度的[16]。霍彥霖等對混摻鋼-聚乙烯纖維增強(qiáng)混凝土分別進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)抗彎試驗(yàn),[17]發(fā)現(xiàn)混摻纖維有利于提高混凝土的初裂荷載和峰值荷載,同時有利于耗散沖擊動能,提高混凝土的韌性。

混摻纖維混凝土作為近年來新型研究領(lǐng)域,認(rèn)為不同類型的纖維進(jìn)行混合可能產(chǎn)生協(xié)同效果,從而進(jìn)一步增強(qiáng)橡膠混凝土的性能[18-19]。因此,研究了鋼纖維(SF)和玻璃纖維(GF)混摻增強(qiáng)橡膠混凝土的工作性能和力學(xué)性能,研究結(jié)果用于分析鋼纖維和玻璃纖維對橡膠混凝土路用性能的綜合影響,對橡膠混凝土在道路方面的發(fā)展和應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)方案

本研究通過坍落度試驗(yàn)、軸心抗壓試驗(yàn)、劈裂抗拉試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn),測試摻入鋼纖維和玻璃纖維的橡膠混凝土的工作性能和力學(xué)性能。

1.1 材 料

通過混合水泥、水、橡膠、砂、粗骨料、鋼纖維、玻璃纖維和高效減水劑制備混摻纖維增強(qiáng)橡膠混凝土,如圖1所示。水泥采用42.5R的普通波特蘭水泥,其比重為3.11。水為實(shí)驗(yàn)室的自來水,其比重為1.00。最大粒徑不超過5 mm的河砂和20目的橡膠被選作本研究的細(xì)骨料。根據(jù)GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》,通過試驗(yàn)測得砂的參數(shù),如表1所列;橡膠的參數(shù)由供應(yīng)商都江堰市華益橡膠有限公司提供,如表1所列。粗骨料選用經(jīng)機(jī)械破碎的花崗巖,其粒徑范圍在5～16 mm之間。根據(jù)GB/T 14685—2011《建設(shè)用卵石、碎石》,通過試驗(yàn)測得粗骨料的物理參數(shù),如表1所列。本研究選用的砂、橡膠和粗骨料的級配分布如圖2所示。本研究使用的鋼纖維為平直型鍍銅鋼纖維,長度為12 mm。鋼纖維的參數(shù)由供應(yīng)商河南贊格實(shí)業(yè)有限公司提供,如表2所列。為了研究玻璃纖維長度對橡膠混凝土性能的影響,使用了兩種纖維長度為6 mm和12 mm的耐堿玻璃纖維。兩種玻璃纖維除了長度不一樣,其余物理參數(shù)一樣。玻璃纖維的參數(shù)由供應(yīng)商泰山玻璃纖維有限公司提供,如表2所列。最后,減水劑采用的是聚羧酸水溶液,其比重為1.02,固含量為9%。

表1 細(xì)骨料和粗骨料的性質(zhì)

表2 纖維的材料性質(zhì)

圖1 混凝土原材料

圖2 骨料粒徑分布

1.2 配合比設(shè)計

為探究鋼纖維和玻璃纖維對橡膠混凝土的工作性能和力學(xué)性能的影響,在混凝土配合比設(shè)計中采用了4種鋼纖維(SF)摻量(0、0.4%、0.8%和1.2%)、4種玻璃纖維(GF)摻量(0、0.2%、0.4%和0.6%)和2種玻璃纖維長度(6 mm和12 mm)。纖維摻量以混凝土的體積百分比表示?；谀壳暗难芯?橡膠摻量約為10%時,對混凝土力學(xué)性能的影響較小,所以本研究中的橡膠摻量取10%。橡膠摻量以細(xì)骨料的體積百分比表示。減水劑用量表示為水泥質(zhì)量的百分?jǐn)?shù),本研究中固定為0.5%。水灰比固定為0.4,同時在計算配合比的過程中根據(jù)河砂和粗骨料的含水率和吸水率調(diào)整用水量,確保不同配合比中漿體的一致性?？偣苍O(shè)計了28組配合比,如表3所示。每種配合比采用S-G-L的格式標(biāo)記,其中S0、S0.4、S0.8和S1.2分別表示鋼纖維摻量為0、0.4%、0.8%和1.2%;G0、G0.2、G0.4和G0.6分別表示玻璃纖維摻量為0、0.2%、0.4%和0.6%;L0、L6和L12分別表示沒有摻入玻璃纖維、摻入6 mm玻璃纖維和摻入12 mm玻璃纖維。

表3 混摻纖維增強(qiáng)橡膠混凝土的配合比

1.3 試件設(shè)計

抗壓試驗(yàn)所用的試件尺寸為φ100×200;劈裂抗拉試驗(yàn)所用的試件尺寸為φ100×200;抗彎試驗(yàn)所用的試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm,每種試驗(yàn)每種配合比制備3個試件,共252個試件。為了將纖維均勻分布在混凝土中,采取了以下3個步驟:1)首先將水泥、砂、橡膠、纖維倒入攪拌機(jī)內(nèi),干攪60 s,確保混合均勻;2)將稱量好的水和減水劑充分混合后,取70%左右加入攪拌機(jī)中,攪拌60 s;3)將粗骨料和剩下30%的水加入攪拌機(jī)中,攪拌180 s,使其充分?jǐn)嚢杈鶆?。根?jù)GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》,測試混凝土的工作性能,如圖3所示。然后把混凝土澆筑到準(zhǔn)備好的塑料模具中。將樣品在室溫下固化24 h。脫模后,將所有試件保存在水中28 d,然后取出擦干進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)。

圖3 坍落度測試

1.4 力學(xué)試驗(yàn)設(shè)計

1.4.1軸心抗壓試驗(yàn)

軸心抗壓試驗(yàn)的設(shè)置如圖4所示。加載前在試件的上下表面打上石膏。根據(jù)ASTM C39/C39MStandardTestMethodforCompressiveStrengthofCylindricalConcreteSpecimens,試驗(yàn)加載采用位移控制機(jī)制,加載速率為0.18 mm/min。在正式試驗(yàn)前,根據(jù)應(yīng)變片和位移計的讀數(shù)對試件進(jìn)行預(yù)壓和對中處理,確保為軸心受壓后再進(jìn)行正式加載。記錄加載過程中最大的荷載值,可以通過式(1)求出試件的抗壓強(qiáng)度。

(1)

圖4 軸心抗壓試驗(yàn)設(shè)置

式中:C為抗壓強(qiáng)度;Pcmax為軸心抗壓試驗(yàn)加載荷載的最大值;d為圓柱體的直徑。

1.4.2劈裂抗拉試驗(yàn)

劈裂抗拉試驗(yàn)的設(shè)置如圖5所示。加載前在試件上下的加載位置放置墊條。根據(jù)ASTM C496StandardTestMethodforSplittingTensileStrengthofCylindricalConcreteSpecimens,試驗(yàn)加載采用荷載控制機(jī)制,加載速率為1.4 MPa/min。記錄加載過程中最大的荷載值,可以通過式(2)求出試件的劈裂抗拉強(qiáng)度。

(2)

圖5 劈裂抗拉試驗(yàn)設(shè)置

式中:T為劈裂抗拉強(qiáng)度;Ptmax為劈裂拉伸試驗(yàn)加載荷載的最大值;l為圓柱體的高。

1.4.3四點(diǎn)抗彎試驗(yàn)

四點(diǎn)抗彎試驗(yàn)的設(shè)置如圖6所示,其中支座間距為300mm。為了保證加載時試件與設(shè)備接觸良好,采用試件成型時的側(cè)面作為加載面,同時在支座處采用石膏找平。根據(jù)ASTM C78StandardTestMethodforFlexuralStrengthofConcrete(UsingSimpleBeamwithThird-PointLoading),試驗(yàn)加載采用荷載控制機(jī)制,加載速率為1.2MPa/min。記錄加載過程中最大的荷載值,可以通過式(3)求出試件的抗彎強(qiáng)度。

(3)

圖6 抗彎四點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)置

式中:F為抗彎強(qiáng)度;Pfmax為四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)加載荷載的最大值;L為支座跨度;b和h分別為試件的寬和高。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

表4列出了各個配合比的新拌混凝土的坍落度,以及硬化后的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和脆性系數(shù)。表4中的力學(xué)強(qiáng)度結(jié)果取3個相同試件的平均值,并計算各配合比相對于無纖維對照組的變化率。正號表示增加,負(fù)號表示減少。

表4 混凝土工作性能和力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

2.1 工作性能

各配合比新拌的混凝土拌合物的坍落度結(jié)果如表4所列?？梢?當(dāng)單摻鋼纖維(SF)時,坍落度下降至101～202 mm,隨著鋼纖維摻量的增加,坍落度越來越小,這是因?yàn)殇摾w維易產(chǎn)生交叉搭接現(xiàn)象,形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu),起到支撐骨架的作用,使得坍落度減小;當(dāng)單摻6 mm玻璃纖維(GF)時,坍落度下降至51～176 mm;當(dāng)單摻12 mm玻璃纖維時,坍落度下降至50～187 mm,即對于相同長度的玻璃纖維,纖維摻量的增加會顯著降低坍落度,因?yàn)槔w維可以限制新拌混凝土的塑性變形和流動;對于相同摻量的玻璃纖維,其長度的變化對坍落度的影響不明顯。同時,通過對比單摻纖維的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn):當(dāng)摻量為0.4%時,玻璃纖維對坍落度的影響比鋼纖維更明顯。這是因?yàn)橄嗤w積摻量下,玻璃纖維的數(shù)量更多,且總表面積更大,導(dǎo)致包裹纖維所需的漿體增加,從而減少了骨料間的漿體,使得流動性變差。而工作性能差會增加混凝土的空隙率,降低混凝土的力學(xué)性能。

2.2 力學(xué)性能

2.2.1抗壓強(qiáng)度

不同配合比的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度結(jié)果如表4和圖7所示?？梢?隨著玻璃纖維摻量的增加,各系列的抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出單調(diào)遞增或者先增加后減小的規(guī)律,這說明玻璃纖維摻量并不一定越多越好,不同系列具有不同的最佳玻璃纖維摻量。對于不摻入鋼纖維的系列,抗壓強(qiáng)度隨兩種長度的玻璃纖維的摻量增加而增加,當(dāng)玻璃纖維摻量為0.6%時,兩種長度的玻璃纖維使抗壓強(qiáng)度增長率最大,分別為3%和8%。對于摻入鋼纖維的系列,當(dāng)玻璃纖維長度為6 mm、摻量為0.2%時,以及鋼纖維摻量為1.2%時,抗壓強(qiáng)度增長率最大,為24%;當(dāng)玻璃纖維長度為12 mm、摻量為0.4%時,以及鋼纖維摻量為1.2%時,抗壓強(qiáng)度增長率最大,為27%。顯然,玻璃纖維的最佳摻量隨著鋼纖維摻量的增加而減少,故應(yīng)避免纖維總摻量過多。對于6 mm的玻璃纖維,最佳摻量為0.2%,而對于12 mm的玻璃纖維,最佳摻量為0.4%?？傮w而言,12 mm的玻璃纖維對抗壓強(qiáng)度的提高效果更明顯。

a—6 mm玻璃纖維; b—12 mm玻璃纖維。

另外,在僅添加鋼纖維的情況下,當(dāng)鋼纖維摻量為1.2%時,橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度的增長率達(dá)到最大,為11%。在僅添加12 mm玻璃纖維的情況下,當(dāng)玻璃纖維摻量為0.6%時抗壓強(qiáng)度的增長率達(dá)到最大,為8%。然而,在兩種纖維混摻的情況下,當(dāng)鋼纖維摻量為1.2%以及12 mm玻璃纖維摻量為0.4%時抗壓強(qiáng)度的增長率達(dá)到最大,為27%。因此,雖然單摻兩種纖維均能提高橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度,但是混摻能最大程度地提高抗壓強(qiáng)度。強(qiáng)度最高的試件S1.2G0.4L12及其對應(yīng)的單摻試件的破壞模式如圖8所示?？梢钥闯?混摻效應(yīng)是由于兩種纖維的特性不同引起的。鋼纖維由于其高強(qiáng)度和高彈性模量的特點(diǎn),可以在混凝土內(nèi)部形成骨架作用,同時在混凝土裂縫出現(xiàn)的初期起橋接作用,直至裂縫發(fā)展成大裂縫,鋼纖維被拔出失效。加入長徑比更大的玻璃纖維后,混凝土破壞時會有更多的細(xì)小裂紋。這是由于數(shù)量更多的玻璃纖維可以有效減少裂縫尖端應(yīng)力集中的程度,使得應(yīng)力重分布,讓更多基體材料發(fā)揮作用,從而提高混凝土試件的強(qiáng)度和韌性。

a—S1.2G0L0; b—S0G0.4L12; c—S1.2G0.4L12。

橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度并非總是隨鋼纖維和玻璃纖維的摻量增加而提高的。換言之,存在最佳的鋼纖維和玻璃纖維摻量,使得橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度得到最大的提高?？傮w上,兩種纖維的最佳總摻量介于1.4%～1.6%。因?yàn)檫^多的纖維會嚴(yán)重影響橡膠混凝土的工作性能,從而增加混凝土的空隙率,降低橡膠混凝土的抗壓強(qiáng)度。同時,玻璃纖維的最佳摻量介于0.2%～0.4%之間。由于同等摻量下,玻璃纖維對工作性能的影響大于鋼纖維,所以對玻璃纖維的摻量需要更嚴(yán)格的控制。

2.2.2劈裂抗拉強(qiáng)度

不同配合比的混凝土試件的劈裂抗拉強(qiáng)度結(jié)果如表4和圖9所示?？芍?隨著玻璃纖維摻量的增加,兩種長度的玻璃纖維有不一樣的規(guī)律;6 mm的玻璃纖維各系列的劈裂抗拉強(qiáng)度增長逐漸變緩,也就是說隨著鋼纖維摻量的增加,6 mm的玻璃纖維產(chǎn)生的作用越來越小;12 mm的玻璃纖維各系列的劈裂抗拉強(qiáng)度均表現(xiàn)出先增加后減小,這說明玻璃纖維摻量并不一定越多越好,不同系列具有不同的最佳玻璃纖維摻量;對于不摻入鋼纖維的系列,當(dāng)玻璃纖維長度為6 mm、摻量為0.6%時,劈裂抗拉強(qiáng)度增長率最大,為18%;當(dāng)玻璃纖維長度為12 mm、摻量為0.4%時,劈裂抗拉強(qiáng)度增長率最大,為21%。對于摻入鋼纖維的系列,6 mm和12 mm的玻璃纖維都在摻量為0.4%時,以及鋼纖維摻量為1.2%時,劈裂抗拉強(qiáng)度增長率最大,分別為29%和46%。這說明了玻璃纖維的摻入會對劈裂抗拉強(qiáng)度同時造成積極和消極的影響,能否提高強(qiáng)度取決于哪種影響更大。由于不同長度的玻璃纖維對工作性能的影響并不明顯,所以可以假設(shè)不同長度的玻璃纖維對劈裂抗拉強(qiáng)度的消極影響是一樣的,進(jìn)一步說明12 mm的玻璃纖維對劈裂抗拉強(qiáng)度的積極影響更大,可以更有效地抑制裂縫的發(fā)展。

a—6 mm玻璃纖維; b—12 mm玻璃纖維。

另外,在僅添加鋼纖維的情況下,當(dāng)鋼纖維摻量為1.2%時,橡膠混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的增長率達(dá)到最大,為25%;在僅添加12 mm玻璃纖維的情況下,當(dāng)玻璃纖維摻量為0.4%時劈裂抗拉強(qiáng)度的增長率達(dá)到最大,為21%。然而,在兩種纖維混摻的情況下,當(dāng)鋼纖維摻量為1.2%以及12 mm玻璃纖維摻量為0.4%時,劈裂抗拉強(qiáng)度的增長率達(dá)到最大,為46%。因此,雖然單摻兩種纖維均能提高橡膠混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度,但是混摻能最大程度地提高劈裂抗拉強(qiáng)度,且提高效果比抗壓強(qiáng)度好。在開裂荷載前,混凝土能通過黏結(jié)力將部分拉應(yīng)力由纖維承受,此時數(shù)目更多、分布更廣的玻璃纖維可以很好地抑制微裂縫的發(fā)展,延緩形成宏觀裂縫的速度。到達(dá)開裂荷載后,裂縫處起到橋接作用的纖維主要是彈性模量和強(qiáng)度更高的鋼纖維,橋接作用使得裂縫兩端的基體材料能繼續(xù)發(fā)揮作用。

總體上,橡膠混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度隨鋼纖維摻量增加而提高,但并非總隨玻璃纖維的摻量增加而提高。6 mm的玻璃纖維對劈裂抗拉強(qiáng)度的提高效果較差,隨著鋼纖維摻量的增加,玻璃纖維的效果越差,尤其當(dāng)鋼纖維摻量為1.2%時,玻璃纖維的摻入幾乎沒有提高效果。無論鋼纖維摻量多少,12 mm的玻璃纖維最佳摻量為0.4%,超過該摻量會導(dǎo)致混凝土流動性變差,從而降低劈裂抗拉強(qiáng)度。

2.2.3抗彎強(qiáng)度

不同配合比的混凝土試件的抗彎強(qiáng)度結(jié)果如表4和圖10所示。可見:隨著玻璃纖維摻量的增加,各系列的抗彎強(qiáng)度表現(xiàn)出先增加后減小的規(guī)律。這說明不同系列具有不同的最佳玻璃纖維摻量。對于不摻入鋼纖維的系列,當(dāng)玻璃纖維長度為6 mm、摻量為0.4%時,抗彎強(qiáng)度增長率最大,為54%;當(dāng)玻璃纖維長度為12 mm、摻量為0.2%時,抗彎強(qiáng)度增長率最大,為40%。對于摻入鋼纖維的系列,當(dāng)玻璃纖維長度為6 mm、摻量為0.2%時,以及鋼纖維摻量為1.2%時,抗彎強(qiáng)度增長率最大,為142%;當(dāng)玻璃纖維長度為12 mm、摻量為0.4%時,以及鋼纖維摻量為1.2%時,抗彎強(qiáng)度增長率最大,為172%。顯然,存在最佳的玻璃纖維摻量使抗彎強(qiáng)度得到最大提高。對于6 mm的玻璃纖維,最佳摻量為0.2%,而對于12 mm的玻璃纖維,最佳摻量為0.4%?？傮w而言,12 mm的玻璃纖維對橡膠混凝土抗彎強(qiáng)度的提高效果更明顯。

a—6 mm玻璃纖維; b—12 mm玻璃纖維。

另外,在僅添加鋼纖維的情況下,當(dāng)鋼纖維摻量為1.2%時,橡膠混凝土抗彎強(qiáng)度的增長率達(dá)到最大,為90%;在僅添加12 mm玻璃纖維的情況下,當(dāng)玻璃纖維摻量為0.2%時抗彎強(qiáng)度的增長率達(dá)到最大,為40%。然而,在兩種纖維混摻的情況下,當(dāng)鋼纖維摻量為1.2%以及12 mm玻璃纖維摻量為0.4%時抗彎強(qiáng)度的增長率達(dá)到最大,為172%。因此,雖然單摻兩種纖維均能提高橡膠混凝土的抗彎強(qiáng)度,但是混摻能最大程度地提高抗彎強(qiáng)度?；鞊叫?yīng)的原因與劈裂抗拉強(qiáng)度的相似。

總體上,橡膠混凝土的抗彎強(qiáng)度隨鋼纖維摻量增加而提高,但并非總是隨玻璃纖維的摻量增加而提高。當(dāng)與鋼纖維混摻使用時,6 mm的玻璃纖維的最佳摻量為0.2%,12 mm的玻璃纖維的最佳摻量為0.4%,超過該摻量會導(dǎo)致混凝土流動性變差,從而降低抗彎強(qiáng)度。同時,由于四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的裂縫總是會發(fā)生在純彎段中最薄弱的部位,并且大概率向骨料與基體的黏結(jié)面和纖維少的位置發(fā)展,所以使用更長的玻璃纖維可以增加微裂縫經(jīng)過纖維中間部分的概率,提高纖維利用率。

2.2.4脆性系數(shù)

脆性系數(shù)可以用來表示混凝土材料的脆性,其定義為抗壓強(qiáng)度與抗彎強(qiáng)度的比值。脆性系數(shù)越大,表示該材料越脆,反之,表示韌性越好。不同配合比的混凝土試件的脆性系數(shù)結(jié)果如表4和圖11所示?？梢?隨著玻璃纖維摻量的增加,兩種長度的玻璃纖維有不一樣的規(guī)律。對于不摻入鋼纖維的系列,當(dāng)玻璃纖維長度為6 mm、摻量為0.4%時,脆性系數(shù)下降率最大,為34%;當(dāng)玻璃纖維長度為12 mm、摻量為0.2%時,脆性系數(shù)下降率最大,為26%。對于摻入鋼纖維的系列,當(dāng)玻璃纖維長度為6 mm、摻量為0.6%時,以及鋼纖維摻量為1.2%時,脆性系數(shù)下降率最大,為52%;當(dāng)玻璃纖維長度為12 mm、摻量為0.4%時,以及鋼纖維摻量為1.2%時,脆性系數(shù)下降率最大,為53%?？傮w而言,12 mm的玻璃纖維對橡膠混凝土脆性系數(shù)的減小效果更明顯。

a—6 mm玻璃纖維; b—12 mm玻璃纖維。

另外,在僅添加鋼纖維的情況下,當(dāng)鋼纖維摻量為1.2%時,橡膠混凝土脆性系數(shù)的下降率達(dá)到最大,為42%;在僅添加12 mm玻璃纖維的情況下,當(dāng)玻璃纖維摻量為0.2%時脆性系數(shù)的下降率達(dá)到最大,為26%;然而,在兩種纖維混摻的情況下,當(dāng)鋼纖維摻量為1.2%以及12 mm玻璃纖維摻量為0.4%時,脆性系數(shù)的下降率達(dá)到最大,為53%。因此,雖然單摻兩種纖維均能提高橡膠混凝土的韌性,但是混摻能最大程度地提高韌性。

總體上,橡膠混凝土的脆性系數(shù)并非總是隨鋼纖維和玻璃纖維的摻量增加而減小。換言之,存在最佳的鋼纖維摻量和玻璃纖維摻量使得橡膠混凝土的韌性最好。鋼纖維是混凝土開裂后能繼續(xù)承載的主要原因,所以在本研究設(shè)置的摻量范圍內(nèi),1.2%為鋼纖維的最佳摻量。脆性系數(shù)關(guān)于玻璃纖維摻量的規(guī)律比較復(fù)雜,對于6 mm的玻璃纖維,最佳摻量為0.4%～0.6%;對于12 mm的玻璃纖維,最佳摻量為0.4%。

3 結(jié)束語

1)鋼纖維和玻璃纖維摻量的增加會使橡膠混凝土的工作性能變差,且等體積摻量下表面積更大的玻璃纖維對坍落度的影響比鋼纖維更明顯。

2)鋼纖維和玻璃纖維摻量的增加可以有效提高橡膠混凝土的力學(xué)性能,提高效果依次為:抗彎強(qiáng)度>劈裂抗拉強(qiáng)度>抗壓強(qiáng)度。這是由于纖維能夠抑制混凝土受拉區(qū)裂縫的擴(kuò)展,減小裂縫尖端的應(yīng)力集中程度,并減緩裂縫的增長速度。

3)混摻纖維增強(qiáng)橡膠混凝土能獲得比單摻纖維更優(yōu)的力學(xué)性能。鋼纖維在混凝土內(nèi)部形成骨架作用,并在混凝土開裂后提供更強(qiáng)大的橋接作用;而玻璃纖維可以更均勻地分布在試件中,抑制微裂縫發(fā)展成宏觀裂縫,延緩裂縫的發(fā)展。但是由于玻璃纖維對工作性能的不利影響,摻量不宜過多,否則對力學(xué)性能不利。

4)鋼纖維和玻璃纖維摻量的增加可以有效地降低橡膠混凝土的脆性系數(shù)。在混凝土基體出現(xiàn)裂縫的情況下,仍可以繼續(xù)承受一定的荷載,提高橡膠混凝土的變形能力,使其具有更好的韌性。