关键词：
纤维再生混凝土
高温
冻融
力学性能
微观研究
灰关联理论
摘要：
随着“碳中和”、“碳达峰”目标的提出,为了更好践行“双碳计划”,对建筑废弃物进行循环利用为当前最具社会和经济效益的研究课题。因再生混凝土抗拉、抗裂性能较为薄弱,添加纤维能够对其内部结构进行优化,从而提升其性能。且我国火灾频发、北方地区严寒。因此,研究高温和冻融情况下纤维再生混凝土具有重大实际工程意义。本文采用试验和理论分析相结合的方法,针对4种不同再生粗骨料替代率(0%、30%、60%、100%)、6种纤维添加率(玄武岩纤维:0%、0.15%、0.3%;聚丙烯纤维:0%、0.1%、0.2%)的纤维再生混凝土,进行了100×100×100mm、150mm×150mm×150mm、150mm×150mm×300mm抗压试验、劈裂抗拉试验、哑铃型的轴拉试验和扫描电镜试验。具体结论如下:1.通过力学性能和SEM试验,研究不同骨料取代比及不同纤维含量对混凝土强度和微观结构的影响。结果表明,纤维掺量不变时,不同骨料替代率下,立方体抗压强度、轴压强度及轴拉强度均随再生粗骨料替代率增加而先上升后下降,在30%的骨料替代率下,其各项力学性能最优;骨料替代率不变时,其力学性能随着纤维用量的增大呈现出先提高后降低的趋势,即以30%的骨料取代率,0.15%的玄武岩纤维和30%的骨料取代率,0.1%的聚丙烯纤维可作为最优配制方案,其强度表现最佳;孔隙率、平均直径和圆度分别为12.56%、3.42μm、1.2126和12.08%、3.61μm、1.2335。2.研究不同温度等级对BFRAC宏观性能和微观结构的影响,对高温后最优配比的BFRAC进行抗压、劈裂抗拉试验及SEM试验。结果表明,随温度等级升高,抗压强度先上升后下降,在200℃达到强度最大值。与常温下强度相比,200℃和400℃强度分别提高15.18%和6.04%,600℃和800℃强度下降20.08%和55.99%。微观表现为,200℃时,混凝土内部胶凝粒子进一步水化,生成了凝胶状C-S-H,填充在孔隙中,使其结构变得更紧密。400℃后,混凝土内部水化产物开始分解;600℃时,大量分解,800℃时,劣化明显,结构致密性急剧下降,基体中的裂纹以孔洞为中心,向四周蔓延,裂缝粗大。在不同高温下,混凝土内部产生蒸汽压,对界面过渡区影响较大,更易在新砂浆和旧骨料界面过渡区之间产生裂缝,故抗劈裂强度均有不同程度降低。200℃、400℃、600℃、800℃的劈拉强度与常温下相比,分别降低11.46%、42.54%、63.95%、77.62%。3.研究不同冻融次数对PPRAC宏观性能和微观结构的影响,对冻融后最优配比的PPRAC进行抗压、劈裂抗拉试验及SEM试验。结果表明,随冻融次数的逐渐增多,抗压强度和劈裂抗拉强度逐渐下降,几乎呈线性关系。冻融25次、50次、75次抗压和劈拉强度与未冻融相比,分别降低1.36%、2.65%、4.51%和1.61%、4.19%、6.37%。从微观角度看,在饱水之后结构内部水冰压力的交替出现导致结构内部发生冻胀破坏,裂隙快速发展直至贯通且裂缝宽度逐渐增大,混凝土内部的孔隙逐渐增多,微裂纹也逐渐增多,并且逐渐连通变宽,最终导致结构劣化。4.本文借助灰色关联度理论对纤维再生混凝土的宏微观性能关系进行分析。结果表明,孔结构的稳定,孔隙的大小和孔隙的分布,都是影响抗压、轴拉和劈拉强度的主导因素,其中圆度值与强度关联程度较大。利用宏微观参数,对力学性能强度与孔结构参数进行回归分析,建立宏微观性能预测模型。
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