我国建筑行业发展迅速，对混凝土材料的需求量也逐渐增多。天然粗骨料是混凝土材料中的重要组成部分，且资源紧缺。再生粗骨料是指对废弃建筑垃圾进行回收利用，经破碎筛分后制成的新材料。再生粗骨料全部或部分替代天然粗骨料后制备再生混凝土，不仅能够应对天然粗骨料短缺现状，还能够有效解决由建筑垃圾带来的环境问题[1-2]。但是，通过大量试验证实，与普通混凝土相比，再生混凝土力学性能有所下降[3-4]。近年来，相关研究通过添加纳米SiO₂、钢纤维对再生混凝土进行改性，为再生混凝土制备提供更多参考。王丕祥等[5]研究表明：采用纳米SiO2改性再生粗骨料，可改善混凝土力学性能。张蕾等[6]采用分形维数方法对纳米SiO₂改性再生粗骨料宏观性能变化进行评价。夏冬桃等[7]结合不同最大粒径粗骨料，分析钢纤维掺量对再生混凝土的影响。结果表明：钢纤维体积掺量相同时，再生混凝土的抗冲击性能随粗骨料粒径增大而增强。陈宇良等[8]制备复合受剪钢纤维再生混凝土，对其强度和破坏机理进行分析。结果表明：剪切强度与法向应力呈正比例关系，1%掺量钢纤维再生混凝土的剪切强度较无钢纤维提高近10%。Ahmad等[9]和辛志鹏等[10]研究表明：聚丙烯纤维(PPF)可降低混凝土结构自重，增强耐腐蚀性，并且具有阻裂、增加韧性的作用。目前，针对再生混凝土掺入PPF的研究比较少，本实验分析添加PPF和再生粗骨料对再生混凝土力学性能的影响，为制备再生混凝土以及完善材料混合比提供参考。1实验部分1.1主要原料再生粗骨料(RCA)，压碎指标12.5%，吸水率3.57%，表观密度2 541 kg/m3，某道路改造工程中收集的废弃混凝土。细骨料，选用天然河砂，细度模数2.9，粒径4.75 mm。参照艾洪祥等[11]研究方法，采用四分法取样。细骨料的表观密度为2 510 kg/m3，紧密堆积密度为1 650 kg/m3，松散堆积密度为1 500 kg/m3，含泥量为0.55%。聚丙烯纤维(PPF)，单丝束状，纤维长度为19 mm，纤维直径为31 mm，纤维体积密度为0.65 g/cm3，抗拉强度为410 MPa，河南通久达环保科技有限公司。水泥，标准P·O 42.5级，标准稠度用水量27.0%，初凝时间210 min，终凝时间270 min，3 d和28 d抗压强度分别为25.8 MPa、45.9 MPa，3 d和28 d抗折强度分别为5.8 MPa、7.8MPa。聚羧酸高效减水剂，减水率32%，固含量15%，掺加量0.3%，廊坊君尚科技公司。1.2仪器与设备单卧轴混凝搅拌机，HJW-60，献县誉达建筑器材厂；RMT系列混凝土力学实验系统，RMT-301，中国科学院武汉岩土力学研究所；自密实混凝土坍落度测定仪，HS66666，沧州恒胜伟业公路仪器有限公司；全自动水泥混凝土压力试验机，WAY，济南文腾试验仪器有限公司；全自动真空饱水机，BSJ-A，北京康路达实验仪器有限公司。1.3样品制备表1为混凝土配合比。采用单卧轴混凝搅拌机，将称量的粗骨料、细骨料、水泥混合后倒入搅拌机中，干拌60 s。加入75%减水剂与自来水的混合物，搅拌2~3 min。将PPF均匀撒入混合料中，加入剩余25%减水剂、水搅拌2 min，直至达到标准流动性。各组5个试件同批次搅拌，将满足设计标准的拌合物装入150 mm×150 mm×300 mm模具中，振捣成型后抹平，并将其放置在室内，24 h后进行脱模，在相同实验条件和环境下自然养护28 d。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.008.T001表1混凝土配合比Tab.1Concrete mix proportions组别水灰比/%水/（kg‧m-3）水泥/（kg‧m-3）PPF/%粗骨料/（kg‧m-3）细骨料/（kg‧m-3）RCA5318033501040840RCA-1531803350.101040840RCA-2531803350.151040840RCA-3531803350.2010408401.4性能测试与表征坍落度测试：按GB/T 50080—2016进行测试。力学性能测试：按GB/T 50081—2019进行测试，采用RMT系列混凝土力学实验系统作为加载装置，按照10 kN/s力控对试件进行加载，至600 kN后转为位移控制(0.01 mm/s)，当荷载降至峰值的85%时停止操作。单轴受压测试：测定前对混凝土试件进行反复预压，静压弹性模量参照文献[12]、文献[13]的实验方法进行测试。孔隙率和孔径分布测试：参照文献[14]和文献[15]，采用饱水法进行测定，将水充满混凝土孔隙，测定饱水前后质量变化，获取试件饱和状态时悬吊在水中质量、饱和面干时质量、试件烘干后的质量。2结果与讨论2.1拌合物流变性图1为PPF体积掺量对混凝土拌合物坍落度的影响。从图1可以看出，4组拌合物坍落度均满足设计标准(90~150 mm)。随着PPF体积掺量的增加，混凝土拌合物坍落度明显减小，下降幅度在7.14%~22.86%。与不掺入PPF材料相比，掺入PPF比例越大，混凝土黏聚性能越高。主要是因为PPF材料掺量越高，其所发挥锚固桥接作用越强，从而降低混凝土拌合物的流变性[16]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.008.F001图1PPF体积掺量对混凝土拌合物坍落度的影响Fig.1Effect of PPF volume content on slump of concrete mixture2.2抗压强度图2为PPF体积掺量对再生混凝土试件抗压强度的影响。从图2可以看出，随着PPF体积掺量的增加，混凝土试件抗压强度不断增加，增长幅度在2.08%~15.17%之间。而随着PPF添加比例的增加，试件抗压强度呈上升趋势。添加PPF试件抗压性能优于不添加PPF的原因是：（1）PPF添加到粗骨料中，相当于分布多个细小钢筋，裂缝处拉力被承担，可增强混凝土抗压强度。（2）添加PPF后，改善混凝土试件微观结构，使混凝土更紧实[17]。（3）PPF数量多、间距和细度小，对混凝土早期无取向塑性开裂可产生明显抑制作用，从而提高其抗压强度。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.008.F002图2PPF体积掺量对再生混凝土试件抗压强度的影响Fig.2Effect of PPF volume content on compressive strength of recycled concrete specimens2.3劈裂抗拉强度图3为PPF体积掺量对再生混凝土劈裂抗拉强度的影响。从图3可以看出，随着PPF体积掺量的增加，试件劈裂抗拉强度先降低后上升，且低于RCA组。Shah等[18]研究认为，从再生混凝土无缺陷的理想状态看，其抗压强度、劈裂抗拉强度增长幅度应该一致。原因是再生混凝土内部分布一定数量微裂缝，微裂缝对混凝土试件抗折强度的影响远高于抗压强度。但是，添加PPF后，阻止了微裂缝的产生，使得裂缝尺度变小的同时，减少裂缝源数量，裂缝尖端的应力强度变小，其应力的集中程度得到有效缓和，试件劈裂抗拉强度得到增强。但是，本实验条件下，PPF对劈裂抗拉强度的增强不明显。PPF未能均匀分散，而是包裹于粗骨料外，可增加离散性，无法有效提高劈裂抗拉强度[19]。为提升再生混凝土的劈裂抗拉强度，需要加强界面黏结性能，减少水灰比对界面区的影响，适量使用高效减水剂，以增强界面黏结力，提高再生混凝土性能[20]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.008.F003图3PPF体积掺量对再生混凝土劈裂抗拉强度的影响Fig.3Effect of PPF volume content on splitting tensile strength of recycled concrete2.4轴心抗压强度图4为PPF体积掺量对再生混凝土试件轴心抗压强度的影响。从图4可以看出，随着PPF体积掺量的不断增加，试件轴心抗压强度逐渐提升，提升幅度10.21%~33.62%。掺入PPF后，试件轴心抗压强度不断增强，原因可能是再生粗骨料存在缺陷，如新旧砂浆界面过渡区黏结力差，导致再生混凝土试件前期受压时初始损伤比较大；掺入PPF后，基体自由膨胀率得以缓解，试件轴心抗压强度得到提升。许安邦等[21]认为，随着玄武岩纤维掺量的增加，再生混凝土试件的轴心抗压强度先增加后下降，与本实验结果存在一定差异，原因可能是所选纤维材料不同。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.008.F004图4PPF体积掺量对再生混凝土试件轴心抗压强度的影响Fig.4Effect of PPF volume content on axial compressive strength of recycled concrete specimens2.5单轴受压图5为PF掺量对再生混凝土试件单轴受压相关指标的影响。从图5可以看出，随着PPF体积掺量的增加，混凝土试件静压弹性模量先增大后降低，但整体呈上升趋势，RCA-2涨幅最小(1.99%)，RCA-1涨幅为9.30%，表明掺入的PPF再生粗骨料，能够提升再生混凝土过渡区界面强度。随着PPF体积掺量的增加，轴压韧性指数变化不明显，试件峰值应力先降低后增大。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.008.F005图5PPF体积掺量对再生混凝土试件单轴受压相关指标的影响Fig.5Effect of PPF volume content on related indexes of recycled concrete specimens under uniaxial compression2.6孔隙率图6为PPF体积掺量对再生混凝土试件内部微观孔隙率的影响。从图6可以看出，随着PPF体积掺量的增加，再生混凝土试件孔隙率整体呈下降趋势，PPF体积掺量为0.1%，再生混凝土试件孔隙率最高，达到34.9%。对于素混凝土，孔隙率在较高水平；掺入PPF后，孔隙率下降，说明PPF对再生混凝土试件孔隙产生影响。因为PPF能够对部分孔隙产生破坏作用，使水泥砂浆中孔隙被贯通充满，从而减少孔隙体积，使孔隙率下降[22]。但是，随着PPF体积掺量达到0.2%，孔隙率开始上升，说明过低或过高的PPF体积掺量均不能保证孔隙率达到最佳水平。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.008.F006图6PPF体积掺量对再生混凝土试件内部微观孔隙率的影响Fig.6Effect of PPF volume content on internal micro-porosity of recycled concrete specimens2.7孔径分布对各组试件孔隙孔径大小进行统计，图7为得到孔径分布状况。从图7可以看出，随着PPF体积掺量的增加，40~60 μm孔径比例先降低后增加，0~20 μm孔径先增加后降低。0.15%掺量的试件中40~60 μm孔径分布比例最小，说明掺入PPF后，对大体积孔隙的生成产生抑制作用，试件内部大孔隙被破坏或变成孔径更小的孔隙。当PPF体积掺量达到0.2%时，纤维的细化作用开始减弱，与孔隙率的变化趋势相同。原因可能是PPF数量增多后，使水泥与纤维之间的孔隙数量增加，这些孔隙与原有小体积孔隙连通后导致孔径开始变大。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.008.F007图7PPF体积掺量对再生混凝土试件内部微观孔径分布的影响Fig.7Effect of PPF volume content on the distribution of micro-pore size in recycled concrete specimens3结论（1）在再生粗骨料中掺入聚丙烯纤维，拌制过程即可见浆体流动性变差。随着聚丙烯纤维掺量不断增加，再生混凝土拌合物坍落度不断下降。（2）聚丙烯纤维掺量越大，再生混凝土试件抗压强度越大，轴心抗压强度持续增大，劈裂抗拉强度呈现先显著降低后缓慢上升的趋势。（3）随着聚丙烯纤维体积掺量的增加，再生混凝土试件静压弹性模量先增大后降低，轴压韧性指数无明显变化，峰值应力先降低后增大。（4）随着聚丙烯纤维体积掺量的增加，试件内部孔隙率、大孔径分布比例整体呈下降趋势。0.15%PPF体积掺量的再生混凝土的孔隙率、大孔径分布比例最低。