再生砼抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究

馬 靜，王振波，2，王 健

(1.宿遷學(xué)院 建筑工程系，江蘇宿遷 223800;2.南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，南京 211800)

0 前言

混凝土的抗壓強(qiáng)度與試件的形狀尺寸相關(guān)，在實(shí)際工程中，鋼筋混凝土構(gòu)件的長(zhǎng)度常比其截面尺寸大得多，所以混凝土的棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度能更好地反映混凝土在實(shí)際構(gòu)件中的受力情況。根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果的分析，已經(jīng)得出了混凝土的棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度與其立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系式，而關(guān)于再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度的相關(guān)性鮮見(jiàn)報(bào)道。為了推動(dòng)再生混凝土在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用，本文基于國(guó)內(nèi)外大量試驗(yàn)成果，采用摻與不摻減水劑兩種配合比，通過(guò)改變?cè)偕止橇系娜〈?，試?yàn)研究了再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度的相關(guān)性，并初步探討了再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換公式。這些工作為推動(dòng)再生混凝土的進(jìn)一步研究以及工程應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料

1.1.1 天然骨料

本文研究所使用的天然骨料包括石灰石碎石和河砂。天然粗骨料為天然碎石，最大粒徑為25mm，級(jí)配為連續(xù)級(jí)配;河砂的細(xì)度模數(shù)FM=2.6，為中粗砂。

1.1.2 再生粗骨料

再生粗骨料取自宿遷老開(kāi)發(fā)區(qū)某工廠地坪，用篩孔直徑5厘米的錘式破碎機(jī)進(jìn)行破碎、篩選。取樣品，用篩分析法分析經(jīng)過(guò)粗略篩選的再生粗骨料，測(cè)得其粒徑大小相當(dāng)于普通二號(hào)石子。該批廢棄混凝土年代較久，技術(shù)資料不詳，經(jīng)回彈實(shí)驗(yàn)測(cè)得原地坪強(qiáng)度在C21.4左右。本文按照規(guī)范GB/T14685-2001［1］要求，將所破碎的再生骨料篩分，如表1所示。再生粗骨料的物理性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1 再生粗骨料的級(jí)配

表2 再生粗骨料的物理性能指標(biāo)

1.1.3 其他原材料

本試驗(yàn)水泥均采用PO32.5水泥，存放地點(diǎn)干燥通風(fēng)，相對(duì)密度為3.129/m3，比表面積為321 m/kg;攪拌水為宿遷市普通飲用自來(lái)水;所用的外加劑為南京凱迪建材廠生產(chǎn)的FVN-6早強(qiáng)減水劑。

1.2 混凝土的配合比

再生粗骨料混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C25，鑒于目前再生混凝土還沒(méi)統(tǒng)一的配合比設(shè)計(jì)規(guī)范，本試驗(yàn)采用天然骨料混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法，按照《混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2000［2］執(zhí)行。由于施鐘毅等［3］、刑振賢等［4］使用減水劑獲得了較好的工作性和抗壓強(qiáng)度，所以本文采用兩種配合比，一種加減水劑，另一種不加減水劑，以作比較。混凝土的配合比見(jiàn)表3和表4所示。

1.3 試件制作

混凝土攪拌采用二次投料法即水泥裹砂石法:先將全部的石子、砂和70%的拌和水投入攪拌機(jī)，拌和10～20秒，使骨料濕潤(rùn)，再投入全部水泥攪拌30秒左右，然后加入30%拌和水再攪拌60秒左右即可。有外加劑時(shí)，外加劑與水泥同時(shí)投入。

表3 混凝土的配合比(不摻外加劑)

試件在試驗(yàn)室制作，采用60L攪拌機(jī)攪拌，振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)成型，試件成型自然養(yǎng)護(hù)24h后拆模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下至28d后進(jìn)行試驗(yàn)。混凝土立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)［5］進(jìn)行測(cè)試。立方體抗壓強(qiáng)度所用試件尺寸為150mm×150mm×150mm，棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度所用試件尺寸為150mm×150mm×300mm。為了減小澆筑因素的影響，把每3個(gè)立方體試塊和3個(gè)棱柱體試塊分為1組澆筑，每組3個(gè)立方體試塊測(cè)試1個(gè)立方體抗壓強(qiáng)度，3個(gè)棱柱體試塊測(cè)試對(duì)應(yīng)的1個(gè)棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度。

表4 混凝土的配合比(加水泥用量的0.5%的減水劑)

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)的現(xiàn)象來(lái)看:

(1)無(wú)論再生粗骨料摻入量的多少，再生混凝土最終破壞形態(tài)和基準(zhǔn)混凝土比較相似，基準(zhǔn)混凝土破壞前沒(méi)有任何預(yù)兆，再生混凝土有少許變形，變形隨著再生骨料的增多而增大。說(shuō)明再生混凝土與相同配合比的普通碎石混凝土相比，脆性降低，韌性增強(qiáng)。

(2)再生混凝土試塊的破壞斷面主要是粗骨料與水泥漿界面，天然粗骨料被劈裂的情況較少，再生混凝土的破壞基本上均是粗骨料和水泥凝膠體面之間的粘結(jié)破壞，表明再生骨料有足夠的強(qiáng)度，再生混凝土的破壞主要是界面破壞。

據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)規(guī)范，以測(cè)試的三個(gè)試件測(cè)值的算術(shù)平均值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值(精確至0.01MPa)。如果三個(gè)測(cè)定值中的最小值或最大值中有一個(gè)與中間值的差異超過(guò)中間值的15%，則把最大值和最小值一并舍棄，取中間值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值。如果最大值和最小值與中間值相差均超過(guò)15%，則此組試驗(yàn)作廢。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。注:fc

表5 主要試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表5

0為棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值;fcu0為立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值。

2.2 立方體抗壓強(qiáng)度與棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

本文的普通混凝土試驗(yàn)值和的比值大致在0.73～0.78范圍內(nèi)變化，強(qiáng)度高的比值大些，再生混凝土試驗(yàn)值和的比值大致在0.60～0.73的范圍內(nèi)變化，比相同條件下的普通混凝土試驗(yàn)值比值偏低，同樣是強(qiáng)度高的比值大些，摻入減水劑對(duì)其影響很小。再生粗骨料取代率為30%時(shí)的變化范圍為0.69～0.73;再生粗骨料取代率為50%時(shí)，fc0/fcu0的變化范圍為0.65～0.69;再生粗骨料取代率為 100%時(shí)，

的變化范圍為0.60～0.63?？傻孟嗤瑮l件下，混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值隨著再生粗骨料取代率的增加而減小。

2.3 軸心抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式

普通混凝土規(guī)范給出了立方體抗壓強(qiáng)度與棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度關(guān)系的公式:

式中:fcu—立方體抗壓強(qiáng)度;

fc—棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，再生混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系如圖1所示。由圖1可見(jiàn)，再生混凝土試驗(yàn)值和的比值大致成一條直線，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸，可較好地用下列線性公式表示:

式中:f＇cu—再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度;

f＇c—再生混凝土棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度。

上式的線性相關(guān)系數(shù)為0.9925，符合較好。

圖1 再生混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

3 結(jié)論

在摻與不摻減水劑兩種配合比下，通過(guò)調(diào)整再生粗骨料取代率，根據(jù)再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果，研究了再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度的相關(guān)性，并初步探討了再生混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式，得出以下結(jié)論:

(1)再生混凝土軸心抗壓強(qiáng)度比相同條件下的普通混凝土軸心抗壓強(qiáng)度偏小，且隨著再生粗骨料取代率的增加而減小，減水劑對(duì)其影響不明顯;

(2)通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行一元線性回歸，初步探討了再生混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的計(jì)算方法;

(3)由于再生粗骨料來(lái)源及其質(zhì)量的離散性，再生混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的定量關(guān)系還需大量試驗(yàn)研究。

［1］國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T14685-2001，建筑用卵石、碎石［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

［2］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ55-2000，普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

［3］施鐘毅，李陽(yáng).生混凝土的試驗(yàn)研究與工程應(yīng)用［J］.粉煤灰，2004(4):3-4.

［4］刑振賢，王曉蕾，趙玉青，等.正交設(shè)計(jì)選擇粉煤灰再生混凝土最佳配合比［J］.低溫建筑技術(shù)，2004(1):4-5.

［5］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB/T50081-2002，普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

［6］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.