硅灰-聚甲醛纤维再生水工混凝土力学和耐水性能研究

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0900

摘要/Abstract

摘要：

本文主要研究了硅灰（SF）和聚甲醛（POM）纤维掺量对再生水工混凝土力学性能和耐水性能的影响。试验选用新疆地区再生粗骨料（RCA），设计12组配合比，探讨硅灰（0%、5%、10%，质量分数）和POM纤维（0%、0.3%、0.6%、0.9%，体积分数）掺量对再生水工混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、软化系数及毛细吸水量的影响规律。试验结果表明，与未掺硅灰和POM纤维的基准组相比，单独掺入10%的硅灰时，试件的28 d立方体抗压强度提高了16.49%。单独掺入0.6%的POM纤维时，试件的28 d劈裂抗拉强度提高了36.46%。复掺5%的硅灰和0.6%的POM纤维时，试件的28 d立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度分别提高了19.96%、49.10%和43.94%。复掺5%的硅灰和0.3%的POM纤维时，试件的软化系数提高10.88%，672 h毛细吸水量降低26.38%，说明复掺策略的性能改善效果更为显著，其机理在于优化微观结构并减少微裂缝；但过量掺入（如10%硅灰+ 0.9%POM纤维）则会因团聚效应和水分竞争导致性能劣化。本研究为新疆地区水利工程提供了一种高性能再生混凝土的优化配比方案。

关键词: 再生水工混凝土, 硅灰, POM纤维, 力学性能, 耐水性能, 微观结构

Abstract:

This paper mainly studied the influence of silica fume （SF） and polyoxymethylene （POM） fiber dosage on the mechanical properties and water resistance of recycled hydraulic concrete. Recycled coarse aggregate （RCA） from the Xinjiang region was selected for the experiment. Twelve mix proportions were designed to explore the influence of SF （0%， 5%， 10%， mass fraction） and POM fiber （0%， 0.3%， 0.6%， 0.9%， volume fraction） dosages on cube compressive strength， splitting tensile strength， flexural strength， softening coefficient， and capillary water absorption of recycled hydraulic concrete. The test results show that compared with the benchmark group without SF and POM fiber， the addition of 10% SF alone increases the 28 d cube compressive strength of the specimens by 16.49%. The addition of 0.6% POM fiber alone increases the 28 d splitting tensile strength of the specimens by 36.46%. The combined addition of 5% SF and 0.6% POM fiber increases the 28 d cube compressive strength， splitting tensile strength， and flexural strength of the specimens by 19.96%， 49.10%， and 43.94%， respectively. The addition of 5% SF and 0.3% POM fiber increases the softening coefficient by 10.88%， and the capillary water absorption at 672 h decreases by 26.38%， indicating that the combined addition leads to a more significant improvement in properties， and the mechanism is attributed to the optimization of the microstructure and reduction of micro-cracks. However， excessive addition （such as 10%SF+0.9%POM fiber） will lead to performance deterioration due to the agglomeration effect and competition for water. This study provides an optimized mix proportion scheme for high-performance recycled concrete used in water conservancy projects in Xinjiang region.

Key words: recycled hydraulic concrete, silica fume, POM fiber, mechanical property, water resistance, microstructure

中图分类号:

TU528.36

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图/表 12

表1 骨料的基本性能

Table 1 Basic properties of aggregates

Aggregatetype

Apparent density/（kg·m^-3）

Packing density/（kg·m^-3）

Void ratio/%

Mud

content/%

Crushing indicator/%

Water

absorption/%

Fineness

modulus

表2 胶凝材料的主要化学成分

Table 2 Main chemical composition of cementitious materials

Material	Mass fraction/%
Material	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	SO₃	MgO	Na₂O	K₂O	Cl	Other
Cement	52.77	23.40	4.44	6.82	1.14	2.46	1.14	—	—	4.91
Silica fume	0.38	96.38	0.67	1.07	0.46	—	—	0.62	0.27	0.15

表3 RHC配合比

Table 3 Mix proportion of RHC

Specimen	Mix proportion/（kg·m^-3）
Specimen	Cement	Silica fume	POM fiber	RCA	Sand	Water	Water reducer
S0P0	400	0	0	1 073.8	746.2	160	2
S0P0.3	400	0	4.23	1 073.8	746.2	160	2
S0P0.6	400	0	8.46	1 073.8	746.2	160	2
S0P0.9	400	0	12.69	1 073.8	746.2	160	2
S5P0	380	20	0	1 073.8	746.2	160	2
S5P0.3	380	20	4.23	1 073.8	746.2	160	2
S5P0.6	380	20	8.46	1 073.8	746.2	160	2
S5P0.9	380	20	12.69	1 073.8	746.2	160	2
S10P0	360	40	0	1 073.8	746.2	160	2
S10P0.3	360	40	4.23	1 073.8	746.2	160	2
S10P0.6	360	40	8.46	1 073.8	746.2	160	2
S10P0.9	360	40	12.69	1 073.8	746.2	160	2

图1 RHC试件的成型过程

Fig.1 Forming process of RHC specimens

图2 硅灰和POM纤维掺量对RHC抗压强度的影响

Fig.2 Influence of silica fume and POM fiber content on compressive strength of RHC

图3 硅灰和POM纤维掺量对RHC劈裂抗拉强度的影响

Fig.3 Influence of silica fume and POM fiber content on splitting tensile strength of RHC

图4 硅灰和POM纤维掺量对RHC抗折强度的影响

Fig.4 Influence of silica fume and POM fiber content on flexural strength of RHC

图5 抗折试验后试块的断裂面

Fig.5 Fracture surface of test block after flexural test

图6 硅灰和POM纤维掺量对RHC拉压比的影响

Fig.6 Influence of silica fume and POM fiber content on tensile-compression ratio of RHC

图7 硅灰和POM纤维掺量对RHC软化系数的影响

Fig.7 Influence of silica fume and POM fiber content on softening coefficient of RHC

图8 硅灰和POM纤维掺量对RHC毛细吸水量的影响

Fig.8 Influence of silica fume and POM fiber content on capillary water absorption of RHC

图9 RHC试件的SEM照片和EDS谱

Fig.9 SEM images and EDS spectra of RHC specimens

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