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再生粗骨料掺量对钢纤维混凝土抗折疲劳性能影响

范文

吴维熙

摘要：本文研究了再生粗骨料掺量对SFRC抗折疲劳性能的影响，研究表明，再生粗骨料的掺入降低了SFRC的疲劳性能，各试件的疲劳寿命均很好地服从两参数威布尔分布，且建立的双对数疲劳方程相关性较好;得到合适的再生粗骨料掺量，既能最大程度利用废旧混凝土，又能满足实际工程需求。

Abstract： This paper studies the effect of the amount of recycled coarse aggregate on the flexural fatigue performance of SFRC. The study shows that the incorporation of recycled coarse aggregate reduces the fatigue performance of SFRC， and the fatigue life of each specimen is well subject to two parameters Weibull distribution， and the established double logarithmic fatigue equation has a good correlation; obtaining a suitable amount of recycled coarse aggregate can not only maximize the use of waste concrete， but also meet the actual engineering needs.

关键词：再生粗骨料;钢纤维;抗折强度;抗折疲劳

Key words： recycled coarse aggregate;steel fiber;flexural strength;flexural fatigue

中图分类号：TU375? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）10-0094-02

0? 引言

近年来，混凝土原材料短缺问题凸显，实现建筑垃圾可循环利用意义重大。建筑垃圾约58.8%的成分为废弃混凝土[1]，将废弃混凝土制备成再生混凝土应用于路面，是实现建筑垃圾循环利用的一种有效方案[2]。

路面承受车辆循环荷载，抗折疲劳性能是其一项重要性能指标[3]，但再生混凝土抗折疲劳性能有明显降低，且掺量越大，疲劳性能降低越大[4]。钢纤维作为一种普通混凝土的改性材料，既能增强混凝土的强度[5]，又能提高普通混凝土的疲劳寿命。钢纤维混凝土和再生混凝土各有优缺，若将钢纤维和再生粗骨料同时掺入混凝土，找到满足要求的再生粗骨料掺量，这样既能解决建筑垃圾问题，又能满足实际工程需求。

1? 试验概况

1.1 原材料

水泥：PO42.5级普通硅酸盐水泥。细骨料：江砂，细度模数为2.4，II区中砂。外加剂：聚羧酸减水剂，减水率为24～26%。掺合料：I级粉煤灰，细度7.0%，需水比92%，烧失量为3.6%;S95等级矿粉，密度2.9g/cm3，比表面积435m2/kg。粗骨料：粒径均为5～31.5mm，天然粗骨料表观密度2760kg/m3，再生粗骨料表观密度2430kg/m3。钢纤维：铣削波浪型钢纤维，密度7720kg/m3，抗拉强度835MPa。

1.2 配合比

素C30混凝土（C）配合比见表1，在此基础上设计其他组试件配合比。SFC为C外掺体积率为1.0%（77.2kg/m3）的钢纤维，SF10RC、SF20RC、SF30RC、SF40RC、SF50RC、SF60RC是将SFC中天然粗骨料按10%、20%、30%、40%、50%、60%替换为再生粗骨料。

1.3 试件设计

试验试样为150mm×150mm×550mm的标准小梁试样，每种配合比制备3个相同试样，共96个。其中，24个进行弯曲抗折试验，72个进行抗折疲劳试验。本次抗折疲劳试验在MTS Landmark电液伺服试验系统上进行，采用四点弯曲加载。本次试验采用正弦波等幅加载，荷载为10Hz，采用0.6、0.7、0.9三个应力水平。荷载循环特征值ρ=Pmin/Pmax=0.1。其中，Pmin为循环荷载最小值，循环次数设置为200万次。

2? 试验结果分析

2.1 试验结果

各组试件试验结果见表2。

2.2 疲劳寿命结果分析

由表2可知，SFC较C疲劳寿命有明显提高，这是由于钢纤维乱向分布于混凝土内部，形成弹簧微型单元体，增强了混凝土在循环荷载下的疲劳强度。SFRC寿命随再生粗骨料替换率的增高而降低，这是由于再生粗骨料内部存在许多微裂缝，替换率越高，在循环荷载作用下裂缝发展越快。

2.3 疲劳寿命威布尔分布拟合

根据威布尔分布理论，可对表2中疲劳寿命进行威布尔分布拟合，见图1。

由图1可知，In[In（1/P）]和InN间呈现良好的线性关系，且除C、SF20RC、SF50RC、SF60RC试件在0.6的应力水平下相关系数R2略低于0.9545，其他均大于0.9545。说明整体而言，SFRC各试件在三种应力水平下疲劳寿命均较好服从两参数威布尔分布。

2.4 疲劳寿命方程

本文采用双对数疲劳方程：lgS=lga-λlgN。限于篇幅，本文仅给出存活率为0.5时的疲劳方程，供相关实际工程应用参考。疲劳方程为：

3? 结论

①再生粗骨料的摻入降低了钢纤维混凝土的疲劳寿命，并呈现持续降低的趋势。

②再生粗骨料替换率为30%为最佳替换率，既能最大程度利用废弃混凝土，又能满足实际工程需求。

③各配合比混凝土均能较好地服从两参数威布尔分布，且拟合的疲劳寿命方程相关性较好，可以为普通混凝土、再生混凝土、钢纤维再生混凝土的实际工程应用提供参考。

参考文献：

[1]王琼，放林锋，方倩倩，等.国内外建筑垃圾综合利用现状和国内发展建议[J].粉煤灰，2014，4：19-21.

[2]魏英烁，姬国强，胡力群.建筑垃圾回收再利用研究综述[J]. 硅酸盐通报，2019，9：2842-2846.

[3]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面设计规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]Kim K， Shin M， Cha S. Combined effects of recycled aggregate and fly ash towards concrete sustainability[J].Construction&Building Materials， 2013，48（19）：499-507.

[5]李艳芳.道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术的应用[J].河南建材，2018（05）：38-39.

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