引言我国是废旧轮胎的生产大国。2017年我国废旧轮胎产生量可达3.4亿条，重量超过1 000万t，废旧轮胎产生量居全球首位。到2022年我国废旧轮胎的总重量可超过2 200万t。作为废旧轮胎的生产大国，国家大力支持和鼓励对废旧轮胎的回收利用。2020年新发布的《废旧轮胎综合利用行业规范条件（2020年本）》中明确指出，鼓励轮胎生产企业开展废旧轮胎综合利用。对于钢纤维的研究，普遍认同加入钢纤维可以有效减小混凝土梁跨中挠度较大、受拉区混凝土裂缝较宽和脆性破坏等缺点，并且极大地提高混凝土的强度和韧性。但在实际工程中，运工业钢纤维（ISF）的实例很有限，原因是工业钢纤维价格昂贵而且不环保。通过用废旧轮胎钢纤维代替部分或完全取代工业钢纤维，和纯工业钢纤维混凝土相比，具有相似的力学性能。针对近来国内外对废旧轮胎钢纤维的研究进行论述，包括废旧钢纤维利用性、影响其工作性能的因素，力学性能、与超高性能混凝土（UHPC）耦合度、梁与柱的力学性能和数值模拟等几个方面。1废旧轮胎钢纤维的可利用性1.1废旧钢纤维的力学性能Caggiano A[1]通过对废旧轮胎钢纤维的直径、长度、纤维曲率、纵横比等参数的统计，认为废旧轮胎钢纤维与工业钢纤维在物理力学性能上存在一定的差异。但是其混凝土的抗压强度和延性与普通混凝土相比明显增大，且破坏形态较为完整，与工业钢纤维混凝土的力学性能相似。工业钢纤维和废旧钢纤维的表观形态分别如图1和图2所示，其物理性能及力学性能如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.06.026.F001图1工业钢纤维的表观形态10.3969/j.issn.1004-7948.2021.06.026.F002图2废旧钢纤维的表观形态10.3969/j.issn.1004-7948.2021.06.026.T001表1工业钢纤维和废旧钢纤维物理性能及力学性能钢纤维类型直径/mm长度/mm长径比密度/（kg/m3）抗拉强度/MPa弹性模量/MPa废旧轮胎钢纤维0.5～0.632～36657 8001 345220工业钢纤维0.2～0.31.2～20.6-7 8002 1652001.2废旧钢纤维的可替代性Martinelli E[2]通过试验对比了不同比例混杂钢纤维混凝土的工作性能，得到废旧钢纤维的可利用性。试验结果表明：废旧钢纤维的掺入对混凝土的抗压强度几乎没有影响，且仅含有工业钢纤维或废旧钢纤维的混凝土之间没有显著差异。废旧钢纤维的存在大大提升了混凝土的韧性，使其具有良好的抗弯性能。Aiello M A[3]认为，废旧钢纤维混凝土的抗压强度随着纤维含量的增加而增加，抗拉强度与工业钢纤维相当，而且废旧钢纤维的不规则形状比工业钢纤维更有利于纤维与混凝土之间的黏结，拉拔性能会更好。Centonze G[4]等在之前的学者的研究基础上，进行了板构件的受弯试验。结果表明，废旧钢纤维混凝土和工业钢纤维混凝土性能相当。Sengul O[5]综合分析了废旧钢纤维混凝土、普通钢纤维混凝土的力学性能及成本，结果表明使用废旧钢纤维作为钢纤维增混凝土的纤维来源是理想的选择。2影响废旧轮胎钢纤维混凝土工作性能的因素Martinelli E[2]等对比了工业钢纤维和废旧轮胎钢纤维的物理力学性能后，认为废旧轮胎钢纤维的工作性能略差，尤其体现在韧性上，这与这与废旧轮胎钢纤维纵横比低、没有端勾锚固有关。Centonze G[4]等发现，设计特定的混凝土配合比可避免废旧轮胎钢纤维对混凝土基质可加工性产生的负面影响，也可以通过增加废旧轮胎钢纤维掺量，提高其相对于普通混凝土的抗压强度。Aiello M A[3]等认为，废旧轮胎钢纤维的嵌入长度会影响废旧钢纤维混凝土的工作性能，废旧轮胎钢纤维的嵌入长度为20 mm～30 mm最为合适，指出不同的搅拌机不同的搅拌工艺也会影响废旧轮胎钢纤维的工作性能。对比传统搅拌机和立式行星搅拌机后，发现使用传统的搅拌机时，再生钢纤维的体积比不超过0.26%，而使用立式行星搅拌机时，再生钢纤维的体积比可增加至0.46%。Zemei Wu[6]等研究了相同直径但不同长度的钢纤维在不掺、整掺、混掺等3种类型下的混凝土的力学性能，结果表明钢纤维混凝土的抗压强度比普通混凝土有提升，首先加入长纤维后随着0.5%短钢纤维的加入（L1.5S0.5）抗压强度达到最大，但是随之减小。可能是短纤维阻碍裂缝发展的能力较差，可以看出旧轮胎钢纤维的工作性能的好坏与纤维分散系数有关，混杂纤维混凝土中钢纤维分布均匀，有良好的匀质性。Caggiano A[1]认为，废旧轮胎钢纤维的几何特性取决于原始来源（废轮胎）和回收过程所采用的程序，废轮胎的类型（汽车、卡车等）决定了纤维直径，而处理过程也会影响纤维长度。3废旧轮胎钢纤维混凝土耐久性研究Cristina Frazão[7]研究了回收轮胎钢纤维钢筋混凝土腐蚀易感性的试验研究。研究采用了两种不同的预处理方法，分析了附着在回收钢纤维表面的小橡胶颗粒的影响。结果表明，废旧轮胎钢纤维相较于工业钢纤维组织更为复杂和均匀，且含碳量高，硬度略有提高。Graeff[8]探讨废旧轮胎钢纤维作为增强混凝土是否可以作为路面疲劳的材料，试验结果显示废旧轮胎钢纤维可以改善混凝土的疲劳性能，特别是对于传统的塑性混凝土。为了改善疲劳性能，建议将再生纤维与工业生产的纤维结合使用。4废旧轮胎钢纤维超高性能混凝土杨娟[9]等制备6种类型的含粗骨料的UHPC，其中一种为普通UHPC，加上3种不同长径比的工业钢纤维和有无橡胶分的两种废旧轮胎钢纤维进行研究。钢纤维不仅显著提高了UHPC的断裂韧性（断裂能），且有利于减轻UHPC的高温爆裂。附着橡胶颗粒的再生钢纤维显著提高了超高性能混凝土的断裂能，而且抗压强度也没有下降，完全可以代替普通钢纤维应用到超高性能混凝土工程结构中，节省了材料费用而且环保。An Le Hoang[10]等研究了废旧轮胎钢纤维混凝土圆柱的压缩试验和棱柱体的拉伸试验，结果显示抗压强度和弹性模量与UHPC相比没有明显变化。然而，应力-应变曲线中的峰后分支（下降段）有所改善，这与钢纤维的纵横比有关。同体积的钢纤维，更高的纵横比可能更好地改善峰后行为。Zemei Wu[6]等研究了混杂钢纤维（工业钢纤维和废旧轮胎钢纤维的混合）超高性能的静态和动态压缩性能。钢纤维增强大大减少了UHPC的流动性；但是单一类型的UHPC纤维增强材料的流动性明显低于有混杂纤维增强材料，混杂纤维可以显著改善UHPC的静态压缩和弯曲性能和动态压缩行为。随着废旧轮胎钢纤维掺量的增加，超高性能混凝土中的活性粉末混凝土的抗压强度和劈拉强度也随之提高，废旧轮胎钢纤维能很好地改善活性粉末混凝土的韧性。废旧轮胎钢纤维可以与超高性能混凝土很好的耦合，既降低了超高性能混凝土的价格，又不影响且充分发挥了超高性能混凝土的良好的力学性能。5废旧轮胎钢纤维混凝土构件的工作性能Baricevic, Ana[7]等对混杂纤维混凝土小梁进行了抗弯试验，随着回收钢纤维掺量的提高，混凝土的抗拉强度可以提升20%；长径比小的回收轮胎钢纤维有着良好的桥接裂缝、控制微裂缝开展的能力，保证混凝土基体与纤维间力的传递。因此，掺入适量的废旧轮胎钢纤维可使混杂纤维混凝土达到最优性能。吴伟[11]等对玄武岩筋回收轮胎钢纤维混凝土梁进行受弯性能研究。研究发现，增大废旧轮胎钢纤维体积掺量对提高试验梁开裂荷载的作用很显著，废旧轮胎钢纤维的掺入同时也改善了玄武岩筋普通混凝土梁变形较大的问题。课题组还对玄武岩筋回收轮胎钢纤维混凝土短柱和混杂纤维混凝土短柱进行受压力学性能的试验，分析了废旧轮胎钢纤维混凝土短柱正截面破坏形态、侧向变形特点，结果显示，废旧轮胎钢纤维橡胶再生混凝土短柱的延性较原生混凝土有所提高，但是由于弹性模量变低导致混凝土和钢筋的应变也变大。废旧轮胎钢纤维短柱轴心受压短柱承载力较高，而偏心受压短柱承载力相对较小，但当偏心距不变而废旧轮胎钢纤维掺量增大时，玄武岩筋回收轮胎钢纤维混凝土短柱承载力和开裂荷载提高，所以掺入回收轮胎钢纤维可以有效改善玄武岩筋混凝土变形大、脆性破坏的问题。不同废旧钢纤维取代比例的玄武岩筋混杂钢纤维混凝土短柱在不同偏心距作用下的偏心受压性能，总体表现为取代率越高，开裂荷载和极限荷载越大。张有明[12]通过4种不同掺量的废旧轮胎钢纤维梁柱节点与1个普通混凝土梁柱节点进行的低周循环加载试验对比分析，发现由于废旧轮胎钢纤维的拉结作用，可以有效防止混凝土的大块脱离，而且从试验结构发现采用掺入废旧轮胎钢纤维的梁柱节点试件其屈服强度和极限强度均有所提高，且减缓变形，体现了良好的延性。节点的刚度退化和强度退化有着一定程度的缓和，同时随着废旧轮胎钢纤维的加入，可以明显看到刚度退化和强度退化都有一定程度的缓和。曾海滨[13]等通过对废旧轮胎钢纤维橡胶再生混凝土框架边节点进行低周反复荷载试验来得到其抗震性能。结果表明，废旧轮胎钢纤维橡胶再生混凝土框架节点抗震具有良好的延性，从各个试件总体耗能值来看，废旧轮胎钢纤维再生混凝土框架节点在受到破坏表现出很好的聚集和消散地震能量的能力，符合工程实践的要求。6废旧轮胎钢纤维混凝土的数值模拟Caggiano[14]分析了钢纤维体积分数恒定、废旧轮胎钢纤维和工业钢纤维比例可变的纤维增强复合材料（FRC）梁的弯曲性能，其提出一种用于模拟高分辨散射截面（HRSFRCs）弯曲断裂响应的细观力学模型。同时Caggiano[14]还对嵌入在水泥基体中的废旧钢纤维的整体拔出行为进行模拟，采用基于断裂的塑性公式来模拟嵌入水泥基基体中纤维的整体拔出行为。研究结果表明，废旧钢纤维可有效提高混凝土的韧性。李妍[15]等运用有限元模拟分析软件进行数值模拟，得到不同废旧轮胎钢纤维掺量的混凝土梁跨中位移等值线和Y方向应力等值线的改变。将废旧轮胎钢纤维加入混凝土中，不仅可以提高混凝土梁的抗弯性能，而且能对废旧轮胎的回收再利用起到积极作用。7结语本文综合分析了废旧钢纤维混凝土、普通钢纤维混凝土的力学性能。使用废旧钢纤维作为钢纤维增混凝土的纤维来源是更理想的选择。目前，国内外废旧轮胎钢纤维混凝土的研究主要关注基本力学性能，分析钢纤维掺入方式、掺量和类型对混凝土性能的影响，并得出废旧轮胎钢纤维混凝土是一种性能优异、满足工程需要的新型混凝土材料。