摘  要：為研究纖維對高強再生骨料混凝土梁抗彎性能的影響，以粗骨料類型、纖維種類、纖維摻入方式和纖維體積摻量為變化參數(shù)完成了3根混凝土梁的四點彎曲試驗驗，分析了不同參數(shù)對再生骨料混凝土梁破壞特征、裂縫寬度、撓度、開裂荷載、抗彎承載力和延性的影響。試驗結果表明：摻入纖維的高強再生骨料混凝土梁和未摻入纖維的高強再生骨料混凝土梁破壞特征與高強天然骨料混凝土梁相似，均經(jīng)歷了彈性階段、帶裂縫工作階段和破壞階段；高強再生骨料混凝土梁的開裂荷載、剛度和變形性能較高強天然骨料混凝土梁均有所降低，且裂縫較寬，撓度較大；摻入聚乙烯醇/植物纖維有效抑制了裂縫的產(chǎn)生和進一步擴展，提高了開裂荷載，增強了變形性能；利用規(guī)程對纖維增強再生骨料混凝土梁進行抗彎承載力計算，計算結果與實測結果吻合較好。

關鍵詞：劍麻纖維；PVA纖維；再生材料；混凝土支撐結構和材料的力學特征

0引言

由于使用再生骨料，我們可以將廢舊的建筑材料加以利用[1]，并且可以避免對自然資源的浪費。這對我們來說非常重要，因為它既可以提高我們的建筑質(zhì)量，又可以降低我們的成本。然而，由于再生骨料的制造方法，它的表層會出現(xiàn)微裂紋，并且RAC結構中會出現(xiàn)兩個界面，一個是天然骨料，另一個是舊砂漿，這兩個界面都是相互連接的。由于RAC的基礎材料的力學特征明顯低于自然材料，因此，重新配制的再生材料已經(jīng)成為了許多工程項目的首選材料，如公共汽車底盤、地面鋪裝、綠化帶以及街頭小品等。

1910年，美籍科學家H.F.Porter[2]首先嘗試探索添加植物纖維的新式建筑材料，而1988年，國內(nèi)也開始嘗試探索，以此來改善傳統(tǒng)的建筑材料結構[3-5]，同時也開始探索添加綠色環(huán)保材料，如麥秸、玉米桿、稻草、棉稈，以及它們的工程性能。PVA纖維作為一種先進的化工產(chǎn)品，能夠極大地提升它在水泥中的黏著力，從而實現(xiàn)更高的抗壓和抗拉能力。

隨著技術的發(fā)展，再生混凝土的力學性能研究已經(jīng)取得了長足的進步，但是由于對其構件或結構的研究仍然有待加強，這就阻礙了再生混凝土的普及和、應用。因此，本文針對再生粗骨料混凝土，設計了3根配筋及構造相同，但具有不同骨料、不同纖維的混凝土梁，并對其進行了四點彎性能試驗，以期獲得更加準確的結果，為再生混凝土的應用提供參考[3-5]。

1試驗材料

1.1劍麻纖維

經(jīng)過實驗證明，劍麻纖維的特點非常明顯：它的彈性極佳，結構緊密，抗壓能力極佳，抗腐蝕能力極佳，而且能夠迅速吸收和排出水分，因此，它被認定為一種優(yōu)秀的環(huán)境友好型材料。根據(jù)表1，我們使用了12mm的劍麻纖維。

1.2PVA纖維

PVA纖維，又名PVAL纖維，是一種經(jīng)過尖端科學工藝制備的新型高分子材料。它的特點是抗拉、抗壓、抗化學穩(wěn)定，并能夠在各種工程中得到廣泛應用。此外，它還能夠良好地粘結在水泥、塑料上，并保證其安全使用。在實驗過程中，我們使用了一種PVA，它的尺寸為12mm，直徑為31μm。我們對這種PVA纖維的性能進行了詳細的分析，結果見表2。

1.3粗、細骨料

在本次實驗中，我們使用了兩種不同類型的骨料：天然骨料（19-31.5mm）、再生骨料（16-19mm）、以及普通骨料（9.5-16mm）。粗骨料的顆粒大小介于5-9.5mm之間，每個顆粒的累計篩選率達到100%，而每個顆粒的堆積密度達到1.51g/cm3，最終形成了完整的骨料結構。研究表明，再生骨料的粒度介于4.75-19mm之間，來源于我們所在的研究機構，它們的強度達到了C25。細骨料砂的表觀密度達到了2.61g/cm3，而且它們的濕度也達到了0，而且它們的堆積密度也達到了1.53g/cm3，最后，它們的振實密度也達到了1.65g/cm3。

1.4水泥

經(jīng)過嚴格的測試，我們使用了P·O42.5復合硅酸鹽水泥，它是一種水硬性膠凝材料，其中含有6%-20%的硅酸鹽水泥熟料，以及經(jīng)過精心研究的石膏，其所有性能參數(shù)均達到了相關的要求。

1.5水

普通自來水。

2試驗設計

2.1試件設計與制作

我們設計了一種新型的混凝土梁，它的尺寸為150mm×200mm×1950mm，由普通梁和再生梁組成。普通梁中，每根梁的纖維體積摻量為0.0%，而再生梁中，每根梁的纖維體積摻量分別為10%和10%。此外，我們還設計了一種新型的保護層，其厚度為20mm。基本尺寸如圖1所示。在梁的上半段，我們安裝了2Φ14個14mm的hrb400級鋼筋，以承擔壓力。在下半段，我們安裝了2個14mm的HRB400級鋼筋，并使用了6mm的HPB300級光圓鋼筋作為箍筋。我們還安裝了100mm的箍筋，以保證鋼筋的連接。由此，我們發(fā)現(xiàn)，普通的混凝土具有良好的流動性，而沒有添加任何添加劑的再生混凝土則具有更高的抗裂能力。經(jīng)過RAC處理，塌落度大幅度減少；而當PVA纖維與其他材料結合使用時，其塌落度也出現(xiàn)了相應的減少，這表明，當這兩種材料被添加到再生混凝土中時，其工程效果會受到影響。根據(jù)圖3，當沒有添加任何纖維的情況下，梁的結構會變得非常脆弱，而且會導致大量的碎片脫離；但是，當添加了PVA和植物纖維之后，梁的兩端會產(chǎn)生大量的連續(xù)的裂紋，而且只會導致少量的碎片脫離，使得該結構變得更加堅固。

2.2材料配比

C30級別的水泥的構造要求，必須按照JGJ55-2011《一般混凝土配合比建筑設計法規(guī)》的規(guī)范，精確地確定所有組分的最佳搭配，具體細節(jié)可查看表3。

各個成分的配合比為水泥∶碎石∶砂∶水=1∶2.72∶1.40∶0.50，水灰比為0.5。

2.3加載方案

在實施四點彎曲測量之前，首先使用5kN的預負載，以ACK所有的測量儀器都能夠正常運轉，并且在預負載完成之后，將其卸載到零。然后，按照10kN的順序，對所有的樣品施以10kN的負荷，直到樣品出現(xiàn)裂紋為止。在此之后，我們將對每一層進行5kN千牛頓的負荷，持續(xù)2-3min分鐘，以便更好地了解損傷的情況，計算出裂紋的寬度，以及鋼筋的應力值以及不同部分的位移。加載裝置示意圖如圖2所示。

3試驗結果與分析

3.1破壞模式

根據(jù)圖3所示，我們可以看出，每一種試驗梁的損傷情況都是一樣的，而且沒有太大的差異。當兩點處于一種對稱的單向負荷時，每一種使用的再生骨料的混合材料都會出現(xiàn)明顯的線性變化、裂紋擴大和損傷的特點?？偟膩碚f，這些材料都是經(jīng)歷了適度的屈服和拉伸損傷的。

當梁開始承載荷載時，它的整個截面都會承受較高的壓力，并且應變較少?；炷僚c鋼筋會互相配合，使得梁的結構接近于線性的運動狀態(tài)，沒有明顯的裂紋。但是，當負荷持續(xù)增加時，鋼筋會開始生成塑性變化，導致梁的純彎部分形成彎曲裂紋。再生粗骨料混凝土梁的裂紋荷載約10kN，而普通混凝土梁的裂紋荷載約為15kN，因此，所有的裂紋的開裂情況基本一樣。當外力施加到某個特定位置時，彎曲的裂紋會逐漸擴大，并呈垂直方向。此時，在彎折部位還會產(chǎn)生數(shù)條斜裂紋。當拉伸區(qū)域的混凝土破壞時，該物體的抗彎剛度會下降，而彎折部位的彎折度會快速上升，此時該物體正處于有裂紋的狀態(tài)。當試驗梁的拉鋼筋開始屈服時，它的剛性會迅速下降，而且這個下降的幅度相對較低。這會導致試樣的橫向彎曲變得更大，導致裂紋會朝著整個梁的高度和寬度擴展。如果這些裂紋能夠穿過整個梁的截面，那么它就會超過它的極限承載能力，導致重新澆筑的混凝土梁損壞。在實際測試中，我們發(fā)現(xiàn)，使用再生骨料的混凝土梁的裂紋更為嚴重，并且更為明顯。這種混凝土梁的裂紋的寬度和長度明顯超過了使用普通骨料的梁，而且在使用這種骨料的混凝土梁的純彎曲部分的裂紋更為嚴重。在實際應用中，使用這種骨料的混凝土梁的裂紋的數(shù)量以及最大的裂紋寬度均明顯增加。

3.2跨中撓度-荷載

從圖4來看，隨著粗骨料替換的增加，混凝土梁的抗彎強度也發(fā)生變化，其變化趨勢主要是以垂直方向的變化，而垂直方向上的變化幅度也較小，這些變化都反映出不同的再生粗骨料對混凝土梁的抗彎強度的顯著影響。隨著外部負荷的不斷加重，實際的梁會發(fā)生變形，導致曲線發(fā)生明顯的變化。在這之后，曲線會朝著位移方向偏離，這意味著實際的梁的剛性會下降，而撓性會快速提高。在拉伸部分，如果鋼筋的抗壓能力達到了一定程度，實際的曲線會發(fā)生第二次變化，與之前的情況相比，變化的幅度會變得更加陡峭。

4結論

①在使用聚乙烯醇（PVA）纖維混合材料制成的再生骨料混凝土梁中，其損傷過程的發(fā)展趨勢類似于天然骨料混凝土梁，包括彈性衰減、裂紋擴展以及最終的損傷。然而，這種混凝土梁的裂紋發(fā)展速率更快，且更加嚴重，其抗拉強度也更低。②通過添加PVA纖維和植物纖維，我們發(fā)現(xiàn)它們能夠顯著地阻止再生混凝土梁中裂紋的生長并擴散，從而提高其抗裂性。③當添加的纖維越多時，再生骨料混凝土梁的抗裂荷載、剛度以及抗裂性能都會不斷提高，裂紋的范圍也會越來越窄。④不同的粗骨料、PVA纖維以及其他天然材料的添加，都會顯著提升再生混凝土梁的抗彎能力。

參考文獻

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文章摘自：易威任，張?zhí)煊?，張波?/font>.雙摻劍麻纖維和PVA纖維再生骨料混凝土梁力學性能研究[J].價值工程，2023，42(17)：139-141.