岳迪 胡晓南

【摘要】对掺杂了芳纶纤维的再生混凝土梁的受弯性能进行研究，比较其与普通混凝土梁受弯时在挠度和承载力方面的影响。被测试件共分五组且截面尺寸及配筋率相同，芳纶的体积参量分别为0、0.08%、0.12%、0.16%。分析结果表明，不同芳纶纤维体积参量的再生混凝土梁与普通混凝土梁破坏机理基本相同。掺入芳纶纤维的再生混凝土梁，在受弯过程中，屈服时间延长、韧性延长、开裂荷载提升、极限荷载提升，纤维参入量与开裂荷载及极限荷载存在非线性关系。

【关键词】芳纶纤维；再生混凝土梁；受弯

自然资源相对贫乏的我国，应该寻求新的发展道路来实现可持续发展，在土木工程中，废弃的混凝土及纤维带来了很严重的环境问题，影响了生态，如果我们将其再次加工并混入混凝土中，即节约的资源又减少了污染，实现了环境保护，具有一定的社会效益及经济效益。

芳纶纤维在结构中主要用于加固，其对比碳纤维及玻璃纤维具有更高的弹性模量，从理论上讲，再生混凝土梁参入芳纶纤维应该会改善混凝土构件的力学性能，本文主要研究将芳纶纤维掺入再生混凝土梁中的力学参数，通过实验研究其变形和承载能力的差异并以此为基础，对后续研究进行前期准备，始之逐渐成熟、完善。再生混凝土及纤维混凝土的研究在当今研究的比较广泛，但是多为对其的材料性能进行研究，而将芳纶纤维掺入混凝土后的研究很少，基于上述原因，笔者从此方面着手，改变芳纶纤维的体积参入量，进行梁的抗弯试验，分析力学性能。

一、试验概况

1.不同体积参量的芳纶纤维再生混凝土梁的设计。将本校实验室试验废弃的C40混凝土再次人工打碎，废弃的芳纶纤维为结构加固后剩余的边角料，拆分成股，并统一裁剪成20mm长度的线条。选用碎石为天然骨料，粒径5-20mm，再生粗骨料的粒径与碎石相同。普通河沙，水泥选用42.5R，属于普通硅酸盐水泥。普通梁为NC0，再生梁为RCO，FRC08代表掺入芳纶纤维体积比为0.08%，FRC12代表掺入芳纶纤维体积比为0.12%，FRC16代表掺入芳纶纤维体积比为0.16%，再生骨料取代率为50%，水灰比0.5%。

本试验为了初步研究芳纶纤维掺入量对再生混凝土梁的抗弯影响，共设计了5组，每组2根，共10根矩形截面梁，梁截面尺寸均为150mm×300mm，长2250mm。其中，1组为普通混凝土梁，作为基准，编号NC0，强度C40。另外4组为芳纶纤维再生混凝土梁，编号分别为RC0、FRC05、FRC10、FRC15，芳纶纤维掺量体积比分别为0、0.08%、0.12%以及0.16%，再生粗骨料取代率均为50%。

本试验在跨中均不设架立筋为了消除剪力对废弃纤维再生混凝土梁抗弯性能的影响，即750mm的纯弯段受纯弯矩作用。在剪弯段配架立筋和箍筋。其中纵向钢筋采用直径18mm的HRB335热轧钢筋，架立筋与箍筋采用直径8mm的HPB235热轧钢筋，纵筋配筋率均为1.29%。

2.加载设计。试验加载方式为三分点集中，作用点分别位于相邻支座处的600mm处。

本次试验为单调一次性加载。加载前，为了保证仪器设备的正常运作先进行一级加载，一切正常后卸载至0，准备正式加载。

试验梁开裂以后，缓慢加荷，每级荷载保持为使用荷载的20%，接近破坏时级距加密。每加一部分荷载，持续一定时间后，进行各项读数的记录工作，直至破坏。

开始加载时，实行分步加载，在达到开裂荷载的90%以前，每个子步为使用荷载的20%，达到90%后，每个子步为使用荷载的5%，可以准确记录开裂时的荷载，开裂后继续每个子步为20%的使用荷载施加，直到破坏。

二、现象与结果

1.材料力学性能。预留5个立方体试块，测其混凝土立方体抗压强度。同时，测预留纵筋的屈服强度以及极限强度。NCO、RC0、FRC08、FRC12、FRC16的混凝土立方体抗压强度（fcu/MPa）分别为41.04、38.97、41.85、44.01、41.02。纵筋的屈服（fy/MPa）为385，极限强度（fu/MPa）为530。

2.试验现象。掺加了芳纶纤维的再生混凝土适筋梁在受弯时与普通混凝土适筋梁一样经历了弹性、开裂、屈服以及极限四个阶段，最后都是钢筋先屈服然后混凝土受压区压碎。无掺入芳纶纤维的再生混凝土梁开始加载初期，混凝土处于弹性工作状态。第一条裂缝出现在荷载值为58.2kN。随着荷载的增加，钢筋的应变变大，混凝土梁的跨中挠度增大，裂缝增多增宽，混凝土受压区为塑性表现。荷载超过160kN时，以上参数变化加快。混凝土完全破坏时的荷载为190kN。其余3组掺入芳纶纤维的混凝土梁与普通混凝土梁开裂时的规律基本相同，但是延性更好。

3.试验结果。

各组试验梁所测试验数据详见表1。

三、芳纶纤维再生混凝土梁挠度和承载力分析

1.挠度。五组试件基本都是在跨中挠度达到8mm的时候，受拉钢筋达到屈服，与掺入芳纶纤维的含量无明显关系，此时荷载基本上都是195KN左右。但是在钢筋屈服后达到极限承载力这一阶段随着参入量的改变，其受弯时的延性明显好于普通混凝土梁，跨中挠度可以达到19mm，而普通混凝土梁只能达到8-11mm。但是参入量在0.12%时由于0.08%以及0.16%，这种现象并不是随着掺入量的增加而增加，与用芳纶纤维布加固混凝土梁类似，会有折减的发生。

通过以上现象，分析其原因为钢筋的弹性模量远远小于芳纶纤维的弹性模量，且芳纶纤维剪断混入混凝土中，在加载初期，钢筋先达到屈服，纤维的作用不明显，所以会出现挠度无明显差异的情况。但是当钢筋屈服后，掺入的混凝土的芳纶纤维发挥作用，虽然纤维与混凝土之间的粘结作用影响其性能的充分发挥，但是效果也是十分明显，纤维继续受拉，代替钢筋继续工作，整体提高了梁的抗弯性能。至于为什么掺入量为0.12%时的极限承载力高于0.16%时的极限承载力，笔者认为是由于随着掺入的增加，影响了混凝土与纤维之间的作用，从粘结机理上分析是影响了纤维与包裹其混凝土的内摩擦。

2.承载力分析。从表2可以看出，掺入芳纶纤维的再生混凝土梁与普通混凝土梁和再生混凝土梁对比，开裂荷载提高提高程度为掺入芳纶纤维再生混凝土>再生混凝土>普通混凝土，表中数据显示RCO开裂荷载相对于基数降低22%，FRC12增加

8.9%，RCO极限荷载相对于基数降低-1.7%，FRC12增加8.9%.

其原因是芳纶纤维的掺入抑制了混凝土梁的开裂，纤维的抗拉与钢筋互相作用，增强了极限荷载及开裂荷载，纤维一直在其自身的弹性工作区发挥作用，性能发挥充分。

四、结论

1.与普通混凝土梁时受弯时的破坏机理相同。2.芳纶纤维再生混凝土梁，由于纤维的高弹性模量，使之在钢筋屈服后代替钢筋工作，提高了抗弯承载力。3.相比于普通混凝土梁，芳纶纤维的掺入明显提升了梁的开裂荷载和极限荷载。

【参考文献】

[1]刘数华，冷发光.再生混凝土技术[J].中国建材工业出版社，2007，7（4）：1-3.

[2]周静海，张微，刘爱霞.再生粗骨料混凝土梁抗弯性能研究[J].沈阳建筑大学学报：自然科学版，2008，24（5）：762-767.

[3]杜朝华.再生骨料混凝土梁受弯性能试验研究[J].混凝土，2012（3）：77-80.