纤维增强再生骨料混凝土的力学与耐久性能研究现状

再生骨料混凝土材料可实现建筑垃圾的资源化利用,对于解决当下城市建筑垃圾处理难题有着重要的实际意义。然而相比天然骨料,由再生骨料制得的混凝土内部结构复杂,存在孔隙率大、吸水率高等问题,一定程度影响其推广使用。纤维作为一种常用增强材料,可有效提高再生骨料混凝土的力学与耐久性能。鉴于此,本文就各种不同种类纤维在再生骨料混凝土中的研究现状进行综述,总结纤维材料对再生骨料混凝土力学性能、耐久性能的影响规律,并进一步展望了再生骨料混凝土未来的发展方向。     

再生粗骨料粒径对混凝土力学和耐久性能的影响

为了改善粗骨料系统并进一步提高再生混凝土的性能,在不改变天然粗骨料级配的情况下制备了再生粗骨料取代率分别为64%和36%的两个系列再生混凝土,研究了混合粗骨料体系中不同粒径(5～<10 mm、10～<20 mm、20～31.5 mm)天然/再生粗骨料对混凝土工作性、力学性能、耐久性能的影响。结果表明,当再生粗骨料总取代率不变时,随着再生粗骨料取代粒径增大,再生混凝土的坍落度/扩展度不断增大,抗压强度、抗折强度与弹性模量基本呈增大趋势,电通量和碳化深度逐步降低。在再生粗骨料取代率较高条件下,提高20～31.5 mm再生粗骨料的比例,更有利于改善再生混凝土的力学性能与耐久性能。     

粉煤灰对混杂纤维混凝土力学与耐久性能的影响分析

将粉煤灰加入混凝土中可以有效消耗工业固体废弃物,保护环境。基于此,制备了不同粉煤灰掺量的混杂纤维混凝土样品,开展了立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、碳化深度以及冻融循环后的相对动弹性模量和质量损失率测试,分析了混凝土力学与耐久性能随粉煤灰掺量的变化规律。研究结果表明：养护龄期小于14 d时混杂纤维混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增大而减小,养护龄期大于14 d时抗压强度随粉煤灰掺量的增大而增大;60 d养护龄期和12%粉煤灰掺量的混凝土抗拉强度最大;碳化深度随粉煤灰掺量的增大而先减小后增大;粉煤灰掺量小于12%时,掺入粉煤灰的混杂纤维混凝土的抗冻性能要略优于素混杂纤维混凝土。     

玄武岩纤维对混凝土的性能影响

在混凝土中掺加玄武岩纤维,对养护7d、28d混凝土试件进行抗压强度试验、核磁共振试验及抗渗性试验研究玄武岩纤维混凝土的性能变化,分析其孔隙结构对抗压强度、抗渗性的影响。得出结论:玄武岩纤维的掺加使混凝土的抗压强度及抗渗性增强,孔隙率降低;纤维增强混凝土抗压强度效果随养护龄期增加而增加;养护28d纤维混凝土掺加0.2%时,纤维混凝土的抗压强度达到最大值,此时孔隙率也最小;纤维混凝土的抗压强度与孔隙率呈较好的负线性相关关系。     

玄武岩纤维再生混凝土抗冻性能及损伤劣化模型

为了研究纤维再生混凝土的抗冻性能,提高寒区再生混凝土结构服役寿命,试验采用等体积再生骨料替代石子制备了5组不同玄武岩纤维掺量的再生混凝土,分别从质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度和抗拉强度等方面探讨纤维再生混凝土抗冻性能损伤劣化规律。研究结果表明:冻融初期,再生混凝土质量损失率呈现负增长现象,相对动弹性模量、抗压强度和抗拉强度曲线随冻融循环次数的增加呈下降趋势;玄武岩纤维加入能够减缓再生混凝土冻融破坏,掺量为1.2 kg·m~(-3)时再生混凝土的抗冻性能最优;纤维加入对冻融作用下再生混凝土抗拉强度的作用效果优于抗压强度。建立了基于相对动弹性模量和强度为损伤变量的线性及多项式损伤劣化模型,模型可以准确预测纤维再生混凝土冻融损伤劣化程度。     

不同工艺再生骨料对混凝土耐久性能影响研究

采用室内对比试验方法,研究了不同品质的再生骨料对再生混凝土抗氯离子性能、抗裂性能、收缩性能及抗碳化性能的影响。结果表明:再生骨料替代天然骨料比例增大,可以提高再生混凝土的抗氯离子性能、抗裂性能、收缩性能及抗碳化性能;再生骨料品质的提升可以有效降低混凝土氯离子系数、总开裂面积、收缩率和碳化深度,从而提升再生混凝土耐久性。研究结果可为再生混凝土耐久性研究提供理论参考和借鉴。     

再生混凝土的强度及耐久性能研究

基于基本的力学方法和耐久性方法研究了再生混凝土的抗压强度、抗碳化性能和抗冻性能.并采用压汞法对再生混凝土的孔结构进行研究.结果表明:再生混凝土的抗压强度比普通混凝土的抗压强度略有降低,孔隙率相比普通混凝土的孔隙率增加了49.5%;其抗碳化能力小于普通混凝土的抗碳化能力;再生混凝土的抗冻性远远小于普通混凝土的抗冻性,180次循环之后其质量损失率接近普通混凝土质量损失率的3倍.     

玄武岩纤维对磷石膏基复合材料耐久性能的影响

通过在磷石膏基复合材料(PGC)中掺入不同直径、长度和掺量的玄武岩纤维(BF),探究BF对PGC耐久性能的影响。结果表明,BF的掺入能显著降低PGC的溶蚀率。随着BF掺量的增加,试样干湿循环和冻融循环强度整体提高,且与绝干强度变化机制类似,其中干湿循环的抗压和抗折强度较空白组分别提高了约22.3%和100.3%,冻融循环的抗压和抗折强度则分别提高了近46.5%和124.0%。同时,PGC的干湿循环与冻融循环强度系数整体随着BF掺量的增多而增大,干湿循环抗压和抗折强度系数分别上升至0.95和0.92,冻融循环抗压和抗折强度系数分别增长至0.71和0.62,这表明PGC耐久性能得到显著改善。此外,BF直径对PGC耐久性能的影响并不显著。本研究结果可以为纤维改性石膏基复合材料的耐久性能研究提供一定的参考。     

铁路隧道聚丙烯纤维喷射混凝土力学与耐久性能研究

聚丙烯纤维喷射混凝土在铁路隧道中得到了广泛的使用。因此,制备了聚丙烯纤维体积掺量分别为0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.25%的喷射混凝土;开展了不同聚丙烯纤维体积掺量和养护龄期的混凝土抗压强度、抗折强度和抗拉强度测试,不同聚丙烯纤维体积掺量的抗渗性能测试,以及不同聚丙烯体积掺量和冻融循环次数的抗冻性能测试;分析了聚丙烯纤维掺量对喷射混凝土力学与耐久性能的影响规律。研究结果表明：聚丙烯纤维的加入能够提高铁路隧道喷射混凝土的拉压比,提高其抗裂以及抗震能力,聚丙烯纤维体积掺量为0.10%～0.20%时,铁路隧道喷射混凝土的抗压和抗折性能最佳;聚丙烯纤维体积掺量由0增加至0.10%时,铁路隧道喷射混凝土的渗水高度减小幅度最大,抗渗性价比最高;铁路隧道喷射混凝土抗冻性能最佳的聚丙烯纤维体积掺量为0.15%。     

基于玄武岩纤维的再生混凝土性能试验分析

为探究再生混凝土在掺入玄武岩纤维后的力学和耐久性能变化,以玄武岩纤维作为研究对象,开展力学性能与干燥收缩试验,从抗压与抗折强度、干燥收缩性能以及抗氯离子渗透性能等角度出发,对比分析了不同玄武岩纤维质量分数对再生混凝土性能的影响。试验结果表明：在玄武岩纤维质量分数低于3%时,再生混凝土的力学和耐久性能均可得到显著改善;当玄武岩纤维质量分数超过3%时,再生混凝土的抗折强度、干燥收缩性能以及抗氯离子渗透性能的提升效果不再明显,且抗压强度存在一定程度的下降。因此,为实现最佳的再生混凝土力学及耐久性能改善效果,玄武岩纤维质量分数选择3%为宜。     

BFRP筋与玄武岩纤维再生混凝土粘结性能

为了研究玄武岩纤维再生混凝土与BFRP筋的粘结性能,通过42个试件的中心拉拔试验,研究再生粗骨料取代率、BFRP筋的直径以及筋材的表面特征对其的影响。试验结果表明:随着再生骨料取代率的增加,峰值极限粘结应力逐渐降低,峰值滑移量呈现先减小后增大的趋势;随着BFRP筋直径的增大,粘结应力逐渐增大,与峰值粘结应力对应的峰值滑移量逐渐增大,但整体的变化范围很小;筋材的表面状况对玄武岩纤维再生混凝土与BFRP筋的粘结性能影响很大。分别采用改进BPE模型、CMR模型及连续曲线模型的计算值与实验值比较分析其极限粘结应力,依据试验结果采用非线性回归分析得出粘结-滑移本构关系模型,该模型的计算值与实验值吻合较好。     

玄武岩纤维及其复合筋的耐久性能研究

本文研究了连续玄武岩纤维(BF)及其复合材料(BFRP)筋在水或碱液浸泡环境下的长期性能退化规律与机理。结果表明,在高温蒸馏水及碱液环境下,玄武岩纤维表面发生明显刻蚀,并因此导致其拉伸强度发生显著退化;浸泡温度越高,BF强度下降幅度越大;且在强碱溶液下,BF强度的下降幅度远大于蒸馏水环境。在高温蒸馏水或碱溶液环境下,随着浸泡时间的延长,BFRP筋的拉伸强度显著下降,但拉伸模量变化较小。     

玄武岩纤维对透水混凝土基本性能的影响研究

选取12、24 mm两种长度的玄武岩纤维,以0.05%、0.1%、0.15%、0.2%等四种体积掺量制备透水混凝土,通过测定透水混凝土28 d的抗压强度、抗折强度、孔隙率和透水系数,研究玄武岩纤维的长度和掺量对透水混凝土各项性能的影响。结果表明：玄武岩纤维的掺入有效提高了透水混凝土的强度,随着玄武岩纤维掺量的增加,抗压强度和抗折强度均呈现出先上升后下降的趋势;随着玄武岩纤维掺量的增加,透水性能逐渐下降,玄武岩纤维的掺入对透水性能产生不利影响;综合考虑强度和透水性能,适宜掺入的玄武岩纤维长度为24 mm,掺量在0.1%～0.15%之间。     

同掺再生粗细骨料混凝土的力学与耐久性能研究

为了探讨同时掺入大掺量再生粗骨料和细骨料制备C40及以上强度等级再生混凝土的可行性,在C45天然骨料混凝土配合比的基础上,采用II类再生粗骨料、I类再生细骨料,以同掺再生粗细骨料质量替代率为25%、50%、75%、100%配制了4组再生混凝土,研究了再生粗细骨料替代率对再生混凝土基本力学性能和耐久性能的影响规律。结果表明:当同掺再生粗细骨料的替代率为25%时,混凝土的力学性能下降很小,替代率为50%、75%的混凝土的抗压强度分别达到C45、C40等级,替代率100%的全再生粗细骨料混凝土的28 d抗压、劈拉、轴压强度和弹性模量等力学性能指标较天然骨料混凝土降低12.0%~23.2%,并达到C35抗压强度等级。增加再生粗细骨料的替代率会降低混凝土的耐久性,但即使是全再生粗细骨料混凝土仍可获得高的耐久性,其抗碳化性能、抗氯离子渗透性、抗冻性能分别达到T-IV、RCM-IV和F300等级,说明在混凝土中同时掺用50%及以上再生粗细骨料配制C40及以上强度等级的再生混凝土是可行的。     

再生风机叶片纤维对混凝土力学和抗冻性能的影响

为解决废弃风机叶片大量堆存、难以处理的问题,通过机械粉碎方法得到再生风机叶片纤维,研究不同掺量(0%、10%、20%和30%,质量分数)再生纤维对混凝土力学性能和抗冻性能的影响,探讨废弃风机叶片在混凝土中利用的经济和环境价值。结果表明:掺10%、20%和30%再生风机叶片纤维混凝土的抗弯强度和劈裂抗拉强度较素混凝土提高明显,抗弯强度分别提高了2.8%、2.8%和11.1%,劈裂抗拉强度分别提高56.3%、68.8%和 40.6%。掺20%再生风机叶片纤维混凝土冻融寿命可达75次,远超素混凝土的冻融寿命(25次),混凝土抗冻性能显著提高。但是,再生纤维掺量过高(30%)时,混凝土吸水率上升明显,抗压强度和抗冻性能下降。相比传统的焚烧处理,在混凝土中掺入20%再生风机叶片纤维,可降低混凝土成本69.2元/m³,减少CO₂排放0.04 t/m³。     

不同养护环境对再生混凝土耐久性能的影响

实验从不同混凝土强度等级、不同再生粗集料取代率为变量,研究了再生混凝土在高温蒸压养护后的耐久性能,即干燥收缩长度变化及抗碳化性能,并与普通混凝土试件进行对比.实验结果表明,在标准养护时再生混凝土试件随着再生粗集料取代率的增加,干燥收缩长度变化率及碳化深度有所加大;高温蒸压养护再生混凝土及对比用普通混凝土试件的干燥收缩长度变化率比标准养护试件小,再生粗集料取代率的影响有限,可控制在3 ～4.5×10-4范围内,但碳化深度不仅随再生粗集料取代率的增加而加大,还要超出标准养护试件.     

道路再生混凝土耐久性能研究进展

再生混凝土作为新型环保、可持续发展材料,已经受到广泛的关注与重视.将再生混凝土作为道路材料,其耐久性的好坏直接影响混凝土路面的使用寿命.通过研读国内外相关文献,对比与分析了再生混凝土耐久性(主要包括抗冻性、抗渗性、抗碳化以及耐磨性等)的主要影响因素,并总结出,通过降低水灰比、掺入外加剂和掺合料、控制再生骨料掺合量、改善施工工艺、使用改性骨料等措施,可以有效提高再生混凝土的耐久性,旨在对再生混凝土耐久性的深入研究与工程应用提供依据.     

粉煤灰和矿粉对混凝土力学与耐久性能的影响研究

粉煤灰和矿粉加入混凝土中可以有效消耗工业固体废弃物,保护环境.基于此,利用室内试验方法采用粉煤灰和矿粉取代部分水泥,制备了不同粉煤灰以及矿粉掺量的混凝土材料,测试了这些材料的抗压强度、抗氯离子侵蚀性能、抗冻性能以及抗碳化性能.结果表明:双掺粉煤灰和矿粉条件下混凝土的抗压强度和抗冻性能均要优于单掺粉煤灰或矿粉;当粉煤灰或矿粉单掺量为24％时,混凝土的电通量最小,其抗氯离子侵蚀能力最强;双掺粉煤灰和矿粉混凝土的28 d碳化深度比素混凝土小39.4％～53.5％.