混杂纤维长度对无熟料再生砂浆强度影响的试验研究

2018-07-11董家豪郑世鹏夏松林李珍淑

山西建筑 2018年16期

董家豪　郑世鹏　夏松林　李珍淑*

(延边大学工学院，吉林延吉　133002)

普通硅酸盐水泥生产过程耗能大，对环境污染严重，随着国家环保政策日益严格。近年来，针对矿渣、粉煤灰和建筑垃圾在砂浆中应用研究日益增多，在碱性激发剂作用下利用矿渣、粉煤灰完全取代水泥并用再生砂取代部分天然砂制成的无熟料水泥砂浆可以更充分的利用工业废料和建筑垃圾，但此类砂浆抗压、抗折和抗冲击强度较差。目前，混杂纤维对普通砂浆强度影响的研究较多，但是混杂纤维对无熟料再生砂浆强度影响的研究较少。聚丙烯腈纤维具有抗拉强度高,弹性高、拉伸强等特点，聚丙烯纤维具有强度高、韧性好、易分散等特点，两种纤维混和掺入可以有效改善无熟料再生砂浆的力学性能。本试验主要研究混杂纤维掺率不变，不同长度对无熟料砂浆强度的影响，探究最佳长度组合，为改善无熟料水泥再生骨料砂浆强度提供参考。

1　原材料及试验方法

1.1　试验方案设计

试验水胶比为0.4，以47.5%的粉煤灰、47.5%的矿渣和5%生石灰等质量取代全部水泥，以25%再生砂等质量取代天然砂，并按重量比例为2∶1加入0.35%的NaOH和KOH，PP代表聚丙烯纤维，PAN代表聚丙烯腈纤维(见表1，表2)。

表1　砂浆配合比　kg/m3

表2　各组纤维长度　mm

1.2　原材料

1)再生细骨料：堆积密度为1 460 kg/m3；

2)天然砂：延吉市的天然河沙，堆积密度为1 550 kg/m3；

3)矿渣：河北灵寿润发矿销售的S95级粒化高炉矿渣微粉；

4)粉煤灰：延吉市生产的Ⅰ粉煤灰；

5)激发剂：NaOH和KOH试剂的质量分数为96%，86%；

6)水:延吉市本地自来水；

7)生石灰：汪清县大兴沟镇庙岭白灰厂生产。执行标准为Q/WSB.01—1996；

8)纤维：PP和PAN纤维，性能如表3，表4所示；

9)减水剂：延吉方正建筑有限公司的聚羧酸减水剂。

表3　PP纤维主要技术参数

表4　PAN纤维主要技术参数

1.3　试验方法

先把胶凝材料和细骨料及混杂纤维机械干拌60 s，后加入激发剂的水与减水剂倒入搅拌锅中，继续搅拌180 s，抗压和抗折强度按照GB/T 17671—1999水泥胶砂强度检测方法测定，抗冲击采用ZGW-0309落锤冲击试验机进行测定。

2　试验结果与分析

2.1　抗折强度

图1，图2表示7 d和28 d无熟料再生砂浆抗折强度。从7 d和28 d龄期可以看出，不同长度的PP和PAN纤维对抗折强度有一定影响。7 d时，随聚丙烯腈纤维长度的增加AL和AH组抗折强度先下降后上升；28 d时，随PAN纤维长度的增加AL组抗压强度逐渐下降，AH组先下降后上升。AZ组在7 d和28 d时对抗折强度提升明显。综合各龄期强度时，PP纤维掺率为1 kg/m3,PAN纤维掺率为0.9 kg/m3时，混杂纤维的最优长度为AL组中长度为6 mm的PAN纤维和混杂长度AZ组，分析原因为：PP纤维和PAN纤维分散性较好，能够很好的分散在再生砂浆基体中，根据纤维间隔理论,纤维在基体中起到阻止微裂缝的作用，而纤维对基体的阻裂作用一部分取决于纤维的平均间距S，并要求S>0，当纤维分散性良好时，平均间距S和阻裂性能成反比。在相同掺率时，平均间距与纤维的长度成正比，纤维长度较长时，阻裂能力会下降，进而影响再生砂浆的抗折强度。根据复合材料观点，本试验中的矿渣和粉煤灰为基相，再生砂和天然砂为分散相，常基相和分散相结合处会产生结合缝,不同长度的混杂纤维能够很好的阻止不同裂缝的发展,从而更好的提升砂浆的强度[1]。

2.2　抗压强度

图3，图4表示7 d和28 d无熟料再生砂浆抗压强度。从各组强度可以看出7 d和28 d混杂纤维长度的改变对抗压强度有一定的波动性。7 d时，随PAN纤维长度的增加AL和AH组抗压强度逐渐下降；28 d时，随PAN纤维长度的增加AL组抗压强度逐渐下降，AH组先下降后上升，混掺长度的纤维AZ组各龄期抗压强度都有明显上升。PP掺率为1 kg/m3,PAN纤维掺率为0.9 kg/m3时，AL组中长度为6 mm的PAN纤维对无熟料再生砂浆抗压强度的提升作用要大于其他各组长度的纤维，这表明无熟料再生砂浆掺入的纤维长度存在最优值，分析原因为：在一定掺率时，PP和PAN纤维能够很好的分散在再生砂浆中起到微配筋作用，增强了再生砂浆的抗压性能；处于最优值的纤维长度与再生砂浆界面有很好的粘结性能，当纤维长度超过临界点时，纤维与再生砂浆界面的粘结力和机械咬合力相对下降，从而影响了再生砂浆的抗压强度[2]。