HEC取代水泥对玻璃纤维再生混凝土力学性能的影响_庞洁.pdf

第 37 卷第 1 期粉 煤 灰 综 合 利 用Vol37No12023 年2 月FLY ASH COMPEHENSIVE UTILIZATIONFeb2023材料科学HEC 取代水泥对玻璃纤维再生混凝土力学性能的影响*Influence of HEC eplacement ate on Mechanical Properties of Glass Fiber ecycled Concrete庞洁1，李特1，魏炳乾2(1.杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100;2.西安理工大学 水电学院，陕西 西安 710048)摘要:为了提高建筑垃圾利用率和改善再生混凝土性能，以玻璃纤维再生混凝土为研究对象，研究了HEC 取代水泥对玻璃纤维再生混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、比强度和保温性能的影响。结果表明:玻璃纤维再生混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度随 HEC 取代率的增加呈现先增强后下降趋势，当 HEC 取代率为 50%时，再生混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度最大;玻璃纤维能够显著提高再生混凝土轻质高强性能，比强度随玻璃纤维掺量的增加呈现先增大后降低趋势，当玻璃纤维掺量为 2%时，混凝土的抗压强度和比强度最大。综合表明，当 HEC 取代率为 50%、玻璃纤维掺量为 2%时，玻璃纤维再生混凝土力学性能和保温性能最好。关键词:HEC;再生混凝土;玻璃纤维;力学性能;比强度中图分类号:TU528文献标志码:A文章编号:10058249(2023)01005306DOI:1019860/jcnkiissn10058249202301010PANG Jie1，LI Te1，WEI Bingqian2(1.Yangling Vocational and Technical College，Yangling 712100，China;2.College of Hydraulic and Hydropower，Xi an University of Technology，Xi an 710048，China)Abstract:In order to improve the utilization rate of construction waste and improve the performance of recycled concrete，the glass fiberrecycled concrete is taken as the research object.The effect of HEC replacement rate on the compressive strength，splitting tensilestrength，specific strength and thermal insulation properties of glass fiber recycled concrete were studied.The results show that thecompressive strength and splitting tensile strength of glass fiber recycled concrete increase first and then decrease with the increase ofHEC replacement rate.When HEC replacement rate is 50%，the compressive strength and splitting tensile strength of recycled concreteare the largest.Glass fiber can significantly improve the lightweight and high strength properties of recycled concrete.The specific strengthincreases first and then decreases with the increase of glass fiber content.When the glass fiber content is 2%，the concrete strength is thelargest.The comprehensive results show that when the HEC replacement rate is 50%and the glass fiber content is 2%，the mechanicalproperties of glass fiber recycled concrete are the best.Keywords:HEC;glass fiber;recycled concrete;compressive strength;specific strength*基金项目:国家自然科学基金资助项目(51479163);杨凌职业技术学院 2021 年院内基金项目(ZK2103)。作者简介:庞洁(1989)，女，硕士，讲师，主要从事水利工程施工教学工作。收稿日期:202204220引言随着我国城市化进程不断加快，城市中建筑垃圾的产排数量也在快速增长，因此，建筑垃圾的再利用成为一个重要课题，更是促进了新型混凝土材料(再生混凝土、纳米混凝土等)的快速54粉煤灰综合利用37 卷材料科学发展1。刘汉清2 研究表明再生粗骨料取代率对再生混凝土三轴受压峰值应力的影响不大，对再生混凝土强度影响较大。再生混凝土因其较高的孔隙率，致使其抗压强度和劈裂抗拉强度均低于天然混凝土，容易产生裂缝。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，具有优异的耐热和抗腐蚀性能。因此，在混凝土中加入玻璃纤维能有效提高混凝土的整体结构性能3。朱政委等4 研究了不同种类和掺入量的纤维对再生混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度的影响;任莉莉等5 研究了混杂纤维对再生混凝土破坏形态以及不同强度参数的影响特征;姚运等6 设计多组参数，研究了不同再生骨料替代率对玻璃纤维再生混凝土力学性能的影响;葛辉等7 研究玻璃纤维掺入量和密度相互改变时，各自对混凝土力学性能的影响;宗翔等8 研究了不同长度、不同掺量的玻璃纤维对玻璃纤维再生混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的影响，结果表明在一定掺量下混凝土的两项基本力学性能显著提高。工程上为节约成本，广泛使用掺合料替代水泥。HEC 高强耐水土体固结剂(High Strength andWater Stability Earth Consolidator)可固结各类骨料，施工简捷，并可降低成本。林云雁9 研究表明 HEC 混凝土拌合物具有较高的力学强度，并推荐了施工应用的配合比。HEC 是一种以工业废渣为主要原料的无熟料胶结材料，由特制的核心材料复合两种或两种以上的活性矿物材料并加入适量石膏共同磨细而成，其核心成分主要为两部分:为促进材料活化的活化组分;为具有潜在活性的载体，本身具有胶凝作用，同时对活性组分起稀释分散作用，使 HEC 核心成分均匀分布10。贺立军等11 研究表明 HEC 固化剂对膨胀土具有良好的加固效果;吕桂军等12 探究了 HEC 固化剂对沙质土和水泥固化沙质土的影响，结果表明 HEC 固化剂的固土效果和经济性能均优于水泥;王银涛等13 研究结果表明随着 HEC 固化剂掺量的增加，黄土持水性降低，比水容量逐渐减小，黄土强度与比水容量之间呈负相关，随着比水容量的减小，黄土的强度逐渐增加，表明 HEC 对湿陷性黄土强度也有明显的增强作用。添加 HEC 会增加混凝土骨料中硅铝酸盐活性，同时产生的超叠加效应会使骨料间距减小，黏聚力增加，提高混凝土强度。HEC 通过激发混凝土各组分活性来提高混凝土力学性能，而水泥只是利用其胶凝性质来提高混凝土的力学性质，利用HEC 取代水泥不仅可以降低水泥用量还可提高其力学性能。本文考虑掺入不同含量玻璃纤维和 HEC 取代水泥率不同的情况下，对玻璃纤维再生混凝土力学性能(抗压强度、劈裂抗拉强度、比强度)和保温性能的影响，旨在为增强再生混凝土的各项基本性能和资源再利用提供一定参考。1试验与方法1.1试验材料玻璃纤维再生混凝土主要成分为骨料(再生粗骨料、天然粗骨料)、砂(细骨料)、水泥、玻璃纤维和水等。天然粗骨料选用渭河碎石，再生粗骨料为工地上废弃的混凝土经人工破碎后，选取连续级配为 4.530 mm，细骨料采用渭河河砂，骨料主要物理性能见表 1;水泥选用普通硅酸盐水泥(PO 42.5)，水泥主要物理性能见表2;玻璃纤维物理力学指标见表 3;水为自来水。HEC(HighStrengthandWaterStabilityEarthConsolidator)是一种以工业废渣为主要原料，多种材料复合磨细混合而成的无熟料胶结材料，具有高强、耐水、适应性强等性能14，能够固结一般土体、特殊土体及工业废渣等，使之产生较高强度、水稳定性和耐久性，同时还可代替水泥配制混凝土1517。HEC 主要成分为工业废渣、水泥熟料、活化剂和激发剂等，HEC 基本性能见表 4。主要原材料如图 1 所示。表 1骨料主要物理性能Table 1The main physical properties of aggregate骨料类型吸水率/%表观密度/(kg/m3)粒径/mm孔隙率/%天然粗骨料8.828104.53053.4再生粗骨料8.226404.53052.5细骨料15.827502355.7表 2水泥主要物理性能Table 2The main physical properties of cement密度/(g/cm3)凝结时间/min初凝终凝安定性/mm抗折强度/MPa 抗压强度/MPa7 d28 d7 d28 d2.56100200合格6.58.134.543.81 期庞洁等:HEC 取代水泥对玻璃纤维再生混凝土力学性能的影响55材料科学表 3玻璃纤维物理力学指标Table 3Physical and mechanical indexes of glass fiber直径/m伸长率/%密度/(g/cm3)抗拉强度/MPa含水率/%弹性模量/GPa142.62.6612403.073表 4HEC 主要物理性能Table 4The main physical properties of HEC密度/(g/cm3)凝结时间/(h:min)初凝终凝细度/%抗折强度/MPa抗压强度/MPa7 d28 d7 d28 d2.895:408:203.16.58.134.543.8(a)渭河中砂(b)HEC图 1试样主要原材料示意图Fig.1The main raw material of samples schematic diagram1.2试验设计与试验方法1.2.1试验设计试验设置 30%、50%、70%、100%四个不同的 HEC 取代率，0 为对照组。HEC 取代率为 50%时，设置 1%、2%、3%三个玻璃纤维掺量，0 为对照组。试验配比见表 5。由于玻璃纤维是束状结构材料，搅拌过程中不易均匀分散。先将粗骨料、砂和玻璃纤维混合搅拌 1 min 后。加入水泥和水进行机械搅拌，为防止加入玻璃纤维材料造成试件内部产生较多空隙，在制作试件时，应将试件放置在振动设备上振动 10 s，减少试件内部空隙。表 5混凝土试验配合比Table 5Mix proportions of concreteHEC 取代率/%玻璃纤维掺量/%砂子/kg天然粗骨料/kg再生粗骨料/kg水泥/kg水/kg02590605605460186302590605605322186500590605605230186501590605605230186502590605605230186503590605605230186702590605605138186100259060560501861.2.2 试验方法玻璃纤维再生混凝土试件尺寸为 150 mm150 mm 150 mm，每