摘  要：为研究纤维对高强再生骨料混凝土梁抗弯性能的影响，以粗骨料类型、纤维种类、纤维掺入方式和纤维体积掺量为变化参数完成了3根混凝土梁的四点弯曲试验验，分析了不同参数对再生骨料混凝土梁破坏特征、裂缝宽度、挠度、开裂荷载、抗弯承载力和延性的影响。试验结果表明：掺入纤维的高强再生骨料混凝土梁和未掺入纤维的高强再生骨料混凝土梁破坏特征与高强天然骨料混凝土梁相似，均经历了弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段；高强再生骨料混凝土梁的开裂荷载、刚度和变形性能较高强天然骨料混凝土梁均有所降低，且裂缝较宽，挠度较大；掺入聚乙烯醇/植物纤维有效抑制了裂缝的产生和进一步扩展，提高了开裂荷载，增强了变形性能；利用规程对纤维增强再生骨料混凝土梁进行抗弯承载力计算，计算结果与实测结果吻合较好。

关键词：剑麻纤维；PVA纤维；再生材料；混凝土支撑结构和材料的力学特征

0引言

由于使用再生骨料，我们可以将废旧的建筑材料加以利用[1]，并且可以避免对自然资源的浪费。这对我们来说非常重要，因为它既可以提高我们的建筑质量，又可以降低我们的成本。然而，由于再生骨料的制造方法，它的表层会出现微裂纹，并且RAC结构中会出现两个界面，一个是天然骨料，另一个是旧砂浆，这两个界面都是相互连接的。由于RAC的基础材料的力学特征明显低于自然材料，因此，重新配制的再生材料已经成为了许多工程项目的首选材料，如公共汽车底盘、地面铺装、绿化带以及街头小品等。

1910年，美籍科学家H.F.Porter[2]首先尝试探索添加植物纤维的新式建筑材料，而1988年，国内也开始尝试探索，以此来改善传统的建筑材料结构[3-5]，同时也开始探索添加绿色环保材料，如麦秸、玉米杆、稻草、棉秆，以及它们的工程性能。PVA纤维作为一种先进的化工产品，能够极大地提升它在水泥中的黏着力，从而实现更高的抗压和抗拉能力。

随着技术的发展，再生混凝土的力学性能研究已经取得了长足的进步，但是由于对其构件或结构的研究仍然有待加强，这就阻碍了再生混凝土的普及和、应用。因此，本文针对再生粗骨料混凝土，设计了3根配筋及构造相同，但具有不同骨料、不同纤维的混凝土梁，并对其进行了四点弯性能试验，以期获得更加准确的结果，为再生混凝土的应用提供参考[3-5]。

1试验材料

1.1剑麻纤维

经过实验证明，剑麻纤维的特点非常明显：它的弹性极佳，结构紧密，抗压能力极佳，抗腐蚀能力极佳，而且能够迅速吸收和排出水分，因此，它被认定为一种优秀的环境友好型材料。根据表1，我们使用了12mm的剑麻纤维。

1.2PVA纤维

PVA纤维，又名PVAL纤维，是一种经过尖端科学工艺制备的新型高分子材料。它的特点是抗拉、抗压、抗化学稳定，并能够在各种工程中得到广泛应用。此外，它还能够良好地粘结在水泥、塑料上，并保证其安全使用。在实验过程中，我们使用了一种PVA，它的尺寸为12mm，直径为31μm。我们对这种PVA纤维的性能进行了详细的分析，结果见表2。

1.3粗、细骨料

在本次实验中，我们使用了两种不同类型的骨料：天然骨料（19-31.5mm）、再生骨料（16-19mm）、以及普通骨料（9.5-16mm）。粗骨料的颗粒大小介于5-9.5mm之间，每个颗粒的累计筛选率达到100%，而每个颗粒的堆积密度达到1.51g/cm3，最终形成了完整的骨料结构。研究表明，再生骨料的粒度介于4.75-19mm之间，来源于我们所在的研究机构，它们的强度达到了C25。细骨料砂的表观密度达到了2.61g/cm3，而且它们的湿度也达到了0，而且它们的堆积密度也达到了1.53g/cm3，最后，它们的振实密度也达到了1.65g/cm3。

1.4水泥

经过严格的测试，我们使用了P·O42.5复合硅酸盐水泥，它是一种水硬性胶凝材料，其中含有6%-20%的硅酸盐水泥熟料，以及经过精心研究的石膏，其所有性能参数均达到了相关的要求。

1.5水

普通自来水。

2试验设计

2.1试件设计与制作

我们设计了一种新型的混凝土梁，它的尺寸为150mm×200mm×1950mm，由普通梁和再生梁组成。普通梁中，每根梁的纤维体积掺量为0.0%，而再生梁中，每根梁的纤维体积掺量分别为10%和10%。此外，我们还设计了一种新型的保护层，其厚度为20mm。基本尺寸如图1所示。在梁的上半段，我们安装了2Φ14个14mm的hrb400级钢筋，以承担压力。在下半段，我们安装了2个14mm的HRB400级钢筋，并使用了6mm的HPB300级光圆钢筋作为箍筋。我们还安装了100mm的箍筋，以保证钢筋的连接。由此，我们发现，普通的混凝土具有良好的流动性，而没有添加任何添加剂的再生混凝土则具有更高的抗裂能力。经过RAC处理，塌落度大幅度减少；而当PVA纤维与其他材料结合使用时，其塌落度也出现了相应的减少，这表明，当这两种材料被添加到再生混凝土中时，其工程效果会受到影响。根据图3，当没有添加任何纤维的情况下，梁的结构会变得非常脆弱，而且会导致大量的碎片脱离；但是，当添加了PVA和植物纤维之后，梁的两端会产生大量的连续的裂纹，而且只会导致少量的碎片脱离，使得该结构变得更加坚固。

2.2材料配比

C30级别的水泥的构造要求，必须按照JGJ55-2011《一般混凝土配合比建筑设计法规》的规范，精确地确定所有组分的最佳搭配，具体细节可查看表3。

各个成分的配合比为水泥∶碎石∶砂∶水=1∶2.72∶1.40∶0.50，水灰比为0.5。

2.3加载方案

在实施四点弯曲测量之前，首先使用5kN的预负载，以ACK所有的测量仪器都能够正常运转，并且在预负载完成之后，将其卸载到零。然后，按照10kN的顺序，对所有的样品施以10kN的负荷，直到样品出现裂纹为止。在此之后，我们将对每一层进行5kN千牛顿的负荷，持续2-3min分钟，以便更好地了解损伤的情况，计算出裂纹的宽度，以及钢筋的应力值以及不同部分的位移。加载装置示意图如图2所示。

3试验结果与分析

3.1破坏模式

根据图3所示，我们可以看出，每一种试验梁的损伤情况都是一样的，而且没有太大的差异。当两点处于一种对称的单向负荷时，每一种使用的再生骨料的混合材料都会出现明显的线性变化、裂纹扩大和损伤的特点。总的来说，这些材料都是经历了适度的屈服和拉伸损伤的。

当梁开始承载荷载时，它的整个截面都会承受较高的压力，并且应变较少。混凝土与钢筋会互相配合，使得梁的结构接近于线性的运动状态，没有明显的裂纹。但是，当负荷持续增加时，钢筋会开始生成塑性变化，导致梁的纯弯部分形成弯曲裂纹。再生粗骨料混凝土梁的裂纹荷载约10kN，而普通混凝土梁的裂纹荷载约为15kN，因此，所有的裂纹的开裂情况基本一样。当外力施加到某个特定位置时，弯曲的裂纹会逐渐扩大，并呈垂直方向。此时，在弯折部位还会产生数条斜裂纹。当拉伸区域的混凝土破坏时，该物体的抗弯刚度会下降，而弯折部位的弯折度会快速上升，此时该物体正处于有裂纹的状态。当试验梁的拉钢筋开始屈服时，它的刚性会迅速下降，而且这个下降的幅度相对较低。这会导致试样的横向弯曲变得更大，导致裂纹会朝着整个梁的高度和宽度扩展。如果这些裂纹能够穿过整个梁的截面，那么它就会超过它的极限承载能力，导致重新浇筑的混凝土梁损坏。在实际测试中，我们发现，使用再生骨料的混凝土梁的裂纹更为严重，并且更为明显。这种混凝土梁的裂纹的宽度和长度明显超过了使用普通骨料的梁，而且在使用这种骨料的混凝土梁的纯弯曲部分的裂纹更为严重。在实际应用中，使用这种骨料的混凝土梁的裂纹的数量以及最大的裂纹宽度均明显增加。

3.2跨中挠度-荷载

从图4来看，随着粗骨料替换的增加，混凝土梁的抗弯强度也发生变化，其变化趋势主要是以垂直方向的变化，而垂直方向上的变化幅度也较小，这些变化都反映出不同的再生粗骨料对混凝土梁的抗弯强度的显著影响。随着外部负荷的不断加重，实际的梁会发生变形，导致曲线发生明显的变化。在这之后，曲线会朝着位移方向偏离，这意味着实际的梁的刚性会下降，而挠性会快速提高。在拉伸部分，如果钢筋的抗压能力达到了一定程度，实际的曲线会发生第二次变化，与之前的情况相比，变化的幅度会变得更加陡峭。

4结论

①在使用聚乙烯醇（PVA）纤维混合材料制成的再生骨料混凝土梁中，其损伤过程的发展趋势类似于天然骨料混凝土梁，包括弹性衰减、裂纹扩展以及最终的损伤。然而，这种混凝土梁的裂纹发展速率更快，且更加严重，其抗拉强度也更低。②通过添加PVA纤维和植物纤维，我们发现它们能够显著地阻止再生混凝土梁中裂纹的生长并扩散，从而提高其抗裂性。③当添加的纤维越多时，再生骨料混凝土梁的抗裂荷载、刚度以及抗裂性能都会不断提高，裂纹的范围也会越来越窄。④不同的粗骨料、PVA纤维以及其他天然材料的添加，都会显著提升再生混凝土梁的抗弯能力。

参考文献

[1]肖建庄．再生混凝土[M]．北京：中国建筑工业出版社，2008．

[2]李超飞，苏有文，陈国平.植物纤维混凝土的研究现状[J].混凝土，2013（05）：55-56，61.

[3]苏骏，赵家玉，李磊.钢-PVA混杂纤维再生混凝土梁抗弯性能试验研究[J].混凝土与水泥制品，2021（06）：50-55.

[4]肖建庄，兰阳.再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究[J].特种结构，2006（01）：9-12.

[5]GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

文章摘自：易威任，张天宇，张波等.双掺剑麻纤维和PVA纤维再生骨料混凝土梁力学性能研究[J].价值工程，2023，42(17)：139-141.