钢纤维再生混凝土冻融试验分析结果

1.冻融破坏现象

钢纤维再生混凝土试件在冻融循环初期，试件外观变化并不显著，随着冻融循环次数的增加，试件表面的水泥浆开始出现块状剥落 （见图3.37），并且伴随有微小孔洞出现，逐渐连通到整个表层水泥浆脱落，骨料（包括细骨料和粗骨料）出现裸露，最终几乎无水泥浆包裹。纤维的掺入虽然对混凝土的表面脱落限制较小，但它延迟并阻滞了混凝土内部微裂缝的发生与发展，从而降低了混凝土内部的吸水能力。

图3.37　150次冻融后的试块外观

图3.38　相对动弹性模量随冻融次数的变化曲线

从表3.9的抗冻试验结果可直观看出，再生混凝土抗冻融能力较普通混凝土稍弱些，试验时，再生混凝土相对动弹性模量下降的稍快些（见图3.38）。与天然碎石相比，再生粗骨料密度低、压碎指标大，骨料本身强度较低；再生粗骨料表面附着有大量水泥砂浆，再生骨料内部有一定的损伤，且再生骨料与新旧水泥浆之间存在一些结合较弱的区域，导致再生混凝土抗冻性较差。

由表3.9可知：S1组在100次之后开始出现质量损失，这与钢纤维再生混凝土相对动弹模量下降速度加快保持一致；钢纤维再生混凝土冻融试块在进行试验之前一直处于饱水状态，在前75次遭受冻融破坏时，已经饱和不再吸水，故在遭受冻融破坏时外观表现良好，质量无损失。当冻融次数达到100次以后质量开始出现损失，这可能是由于再生骨料的天然缺陷所致，冻融循环破坏使得钢纤维再生混凝土内部产生损伤，形成内部通道，水分通过通道进入了混凝土内部，在冰冻作用下，混凝土内部水分体积膨胀使得混凝土发生冻胀破坏，最终导致表层剥落，质量下降。在150次冻融循环结束时S1组天然混凝土质量损失率为1.75%，S4质量损失率为2.00%，S9组质量损失率为2.03%。其中S1、S4、S9组为较优组。

当再生粗骨料掺量为0、50%、100%时，相对抗冻融能力最好的组分别是S1、S4、S9组，这3组均达到了F150的抗冻等级，冻融循环到150次时，相对动弹模分别为92.7%、82.4%、79.5%，即掺加50%、100%的再生骨料混凝土比普通混凝土相对动弹模分别降低11.1%、14.2%。

2.正交分析

结合表3.9对9组正交试块的抗压强度及第150次冻融循环试验数据进行极差分析，得出再生骨料掺量A、粉煤灰掺量B、减水剂掺量C和不同种类纤维D 对纤维再生混凝土抗冻性能的影响程度。极差分析结果见表3.10。

表3.10　极差分析表

根据表3.10中极差值大小，可以判断出影响再生混凝土抗压强度的主次顺序是A＞D＞C＞B，即再生骨料掺量＞不同种类纤维＞减水剂掺量＞粉煤灰掺量，再生骨料掺量是影响其抗压强度的主要因素。影响其抗冻性因素的主次顺序是C＞A＞D＞B，即减水剂掺量＞再生骨料掺量＞不同种类纤维＞粉煤灰掺量。减水剂掺量是影响再生混凝土抗冻性的主要因素。为了更直观地分析各因素水平的变化对再生混凝土抗压强度及抗冻性的影响关系，绘出正交分析效应曲线，如图3.39、图3.40所示。

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图3.39　抗压强度正交分析点图

图3.40　相对动弹性模量正交分析点图

根据图3.39和图3.40，可得出以下结论。

（1）当再生骨料掺量为50%、100%时，钢纤维再生混凝土的抗压强度分别降低8%～11%、14%～17%；由于超量取代粉煤灰的原因，28d龄期的抗压强度低于普通混凝土强度；减水剂掺量为0.5%时，抗压强度最大；3种纤维的掺量对抗压强度增强效果不是很明显，但相比较看，掺入铣削波纹型钢纤维时的抗压强度值最高，而剪切端钩型钢纤维的掺加其抗压强度最低。

（2）当减水剂掺量为0.5%时，相对动弹模有最大值，当掺量为1.0%时，相对动弹模降低得很快，说明减水剂掺量的增大对其抗冻性不利。且随着再生骨料掺量的增加呈减小趋势。

（3）掺入铣削波纹型钢纤维其抗冻性明显优于其他两种纤维的掺入。纤维混凝土作为一种复合材料，微细纤维与混凝土界面的结合状况将直接影响它在混凝土中所发挥的作用，纤维嵌入在水泥基中有效地提高了纤维与混凝土的粘结力，同时纤维在混凝土中属乱向分部，从而使纤维能够充分地发挥其三维空间网状协调效应，抵消了由于水结冰引起的膨胀力，阻止混凝土在遭受冻融循环条件下的裂缝生成和繁衍，从整体上增强了混凝土对环境的应变能力，从而提高了抗冻性。

（4）当粉煤灰掺量为10%时，相对动弹性模量最高。粉煤灰的掺入减少了水泥用量，减少了Ca（OH）2的生成量，降低了混凝土与骨料界面过渡层的孔隙率；同时，粉煤灰的细微颗粒均匀分散到水泥浆体中时，会成为大量水化物沉积的核心，随着水化龄期的进展，这些细微颗粒及其水化产物填充水泥石孔隙，改善了混凝土的孔结构，从而提高混凝土的抗冻性。

（5）满足抗压强度最高的正交组合为A1B1C2D1；相对动弹性模量最高的正交组合为A1B2C2D1；为使再生骨料得到更充分的利用，使再生混凝土的应用得到更快的发展，综上所述，满足再生混凝土强度和抗冻性的最佳正交组合为A2B2C2D1，即再生骨料掺量为50%、粉煤灰掺量为10%、减水剂掺量为0.5%，选用铣削波纹型钢纤维。

3.结论

（1）再生骨料掺量是影响再生混凝土抗压强度的主要因素，减水剂掺量是影响其抗冻性的主要因素。纤维再生混凝土遭受150次冻融循环破坏时，各因素对其抗冻性影响主次因素为C＞A＞D＞B，即减水剂掺量＞再生骨料掺量＞不同种类纤维＞粉煤灰掺量。

（2）当减水剂掺量为0.5%时，相对动弹模有最大值，当掺量为1.0%时，相对动弹模降低得很快，说明减水剂掺量的增大对其抗冻性不利。

（3）掺入铣削波纹型钢纤维，其抗冻性明显优于其他两种纤维的掺入。

（4）满足再生混凝土强度和抗冻性的最佳正交组合为A2B2C2D1，即再生骨料掺量为50%、粉煤灰掺量为10%、减水剂掺量为0.5%，选用铣削波纹型钢纤维。