再生粗骨料取代率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

丁海軍 王振波 張衛(wèi)東

再生混凝土是指利用廢棄混凝土破碎加工而成的再生集料,部分或全部代替天然集料配制而成的新混凝土[1]。

1 再生粗骨料

本試驗(yàn)采用的再生粗骨料(Recycled Aggregate Concrete,RAC)來源于宿遷學(xué)院建筑工程系結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室廢棄的混凝土試塊。天然粗骨料(Natural Aggregate Concrete,NAC)為市場(chǎng)上購買的2號(hào)石子,最大顆粒粒徑為31.5 mm,級(jí)配為連續(xù)級(jí)配。再生骨料生產(chǎn)工藝流程主要有破碎處理、剔除鋼筋等雜質(zhì)、篩分、清洗等[2]。經(jīng)過比較分析國內(nèi)外對(duì)再生骨料的生產(chǎn)工藝,根據(jù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備,給出一套適合本試驗(yàn)的生產(chǎn)工藝流程。首先,廢棄混凝土塊中存在著鋼筋、木塊、塑料碎片、玻璃、建筑石膏等各種雜質(zhì),為確保再生混凝土的品質(zhì),人工去除雜質(zhì)。把廢棄混凝土試塊用鄂式破碎機(jī)破碎成顆粒,用孔徑5 mm和40 mm的篩把粒徑在5 mm～40 mm的顆粒篩分出來。顆粒的表面較為粗糙,空隙較多,天然粗骨料的表面則相對(duì)光滑。肉眼可以看到顆粒表面大都附著水泥砂漿,直接導(dǎo)致水泥漿和骨料的粘結(jié)力降低,從而降低再生混凝土的強(qiáng)度。因此需經(jīng)沖洗,烘干后作為再生粗骨料使用[3]。

1)級(jí)配。試驗(yàn)儀器設(shè)備:實(shí)驗(yàn)篩孔徑為31.5 mm,26.5 mm,19.0 mm,16.0 mm,9.5 mm,4.75 mm,2.36 mm的方孔篩,以及篩的底盤、蓋各一只,篩框內(nèi)徑約300 mm;電子稱一臺(tái);搖篩機(jī)一臺(tái)。將取代率為0%,25%,50%,75%,100%的再生粗骨料各取8 kg按標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法篩分。篩分結(jié)果見表1,可見幾種取代率的再生粗骨料粒徑大小組合都符合GB/T 14685-2001建筑用碎石、卵石的連續(xù)級(jí)配要求。

2)堆積密度與表觀密度。再生粗骨料與天然粗骨料的堆積密度和表觀密度的試驗(yàn)結(jié)果見表2。試驗(yàn)結(jié)果表明,與天然粗骨料對(duì)比,再生粗骨料的堆積密度和表觀密度分別降低 8%和10%,密度降低的主要原因有再生粗骨料表面裹有水泥砂漿,另外再生粗骨料里還包含部分獨(dú)立成塊的水泥砂漿[4]。水泥砂漿的密度要低于天然碎石的密度,導(dǎo)致再生粗骨料的密度要低于天然粗骨料。

表2 天然粗骨料與再生粗骨料的密度 kg/m3

表1 再生骨料的篩分結(jié)果表

3)吸水率。再生粗骨料與天然粗骨料的吸水率試驗(yàn)結(jié)果見表3,試驗(yàn)表明,再生粗骨料的吸水率高于天然粗骨料,大約為天然粗骨料的3.7倍。其原因在于再生骨料顆粒棱角多,表面粗糙,組分中包含相當(dāng)數(shù)量的硬化水泥砂漿(包裹在天然骨料表面或以碎屑形式存在),水泥砂漿本身孔隙比較大,且在破碎過程中其內(nèi)部產(chǎn)生大量的微裂縫[5],因此,再生骨料的吸水性和吸水速率比天然骨料要大。隨時(shí)間的變化關(guān)系可以看出天然粗骨料和再生粗骨料均在短時(shí)間內(nèi)吸水飽和。對(duì)于再生粗骨料,10 min吸水量可以達(dá)到飽和量的85%,30 min吸水量可以達(dá)到飽和量的95%。

表3 天然粗骨料和再生粗骨料的吸水率 %

由以上試驗(yàn)可以看出,本試驗(yàn)中用的再生粗骨料能夠滿足規(guī)范GB/T 14685-2001建筑用碎石、卵石對(duì)粗骨料的要求(表觀密度不小于2 500 kg/m3,堆積密度不小于1 350 kg/m3,吸水率不大于10%)。因此,目前看來,該再生粗骨料可以代替天然粗骨料來配制混凝土。

2 再生混凝土配合比設(shè)計(jì)

1)試驗(yàn)材料。水泥為32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,其表觀密度為3 100 kg/m3;砂為中砂,細(xì)度模數(shù)為2.6,含水量為6.6%;上述試驗(yàn)得粗骨料基本性能見表4。

表4 粗骨料的基本性能

2)基于抗壓強(qiáng)度的配合比設(shè)計(jì)。借鑒JGJ 55-2000普通混凝土配合比設(shè)計(jì)章程,配制C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土。水灰比0.409,砂率35%,將再生混凝土的用水量分為凈用水量和附加用水量?jī)刹糠?。混凝土共分為五組,編號(hào)為 RC—0%,RC—25%,RC—50%,RC—75%,RC—100%,分別代表粗骨料取代率為 0%,25%,50%,75%,100%的再生混凝土,施工配合比見表5。

表5 再生混凝土的施工配合比設(shè)計(jì)

3 立方體抗壓強(qiáng)度

1)試塊制作和養(yǎng)護(hù)。混凝土攪拌設(shè)備為一容量為15 L的攪拌機(jī)。采用二次投料法,先加入粗骨料和砂,攪拌2 min,再加入水泥和水,攪拌5 min。5組不同取代率試塊,每組做 3塊,共計(jì)15塊。將混凝土拌合物注入鋼模,經(jīng)振動(dòng)臺(tái)振實(shí),24 h后拆模,放入實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后取出試驗(yàn)。2)試驗(yàn)方法。立方體抗壓試驗(yàn)采用長春試驗(yàn)機(jī)研究所生產(chǎn)的電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī),最大試驗(yàn)力5 000 kN。試驗(yàn)過程中連續(xù)均勻加載,加載速度為2 mm/min。取三個(gè)試件測(cè)試值的平均值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值,若三個(gè)測(cè)定值中的最大值或最小值中有一個(gè)與中間值的差值超過中間值的15%,則把最大值和最小值舍除,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的差值均大于中間值的 15%,則該組試驗(yàn)結(jié)果無效[6]。3)試驗(yàn)結(jié)果。五種不同再生粗骨料取代率的再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度見表6。由表6可見,再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度隨再生粗骨料取代率的增加而降低,與普通混凝土相比,再生混凝土的抗壓強(qiáng)度有所降低。與普通混凝土試塊r=0%相比,再生混凝土試塊r=25%的抗壓強(qiáng)度降低了0.41 MPa;再生混凝土試塊r=50%的抗壓強(qiáng)度降低了1.17 MPa;再生混凝土試塊r=75%的抗壓強(qiáng)度降低了2.79 MPa;再生混凝土試塊r=100%的抗壓強(qiáng)度降低了3.09 MPa。但是所有取代率的再生混凝土都達(dá)到C30強(qiáng)度等級(jí)要求。

表6 立方體抗壓試驗(yàn)值 MPa

4 結(jié)語

如果再生粗骨料能夠滿足規(guī)范GB/T 14685-2001建筑用碎石、卵石對(duì)粗骨料的要求,再生粗骨料可以部分或全部代替天然骨料生產(chǎn)C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土。再生混凝土抗壓強(qiáng)度相對(duì)低于普通混凝土,且隨再生粗骨料取代率的增加而降低。

[1] 劉婷婷,張 濤.再生混凝土研究現(xiàn)狀與存在的問題[J].山東建材,2005(4):1-4.

[2] 肖建莊.再生混凝土[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[3] 沈大欽.再生骨料混凝土性能的研究[D].北京:北京交通大學(xué),2006.

[4] Shelburne Wayne M,Degroot Don J.Useof waste and recycled materials in highway construction[J].Civil engineering practice,1998,13(1):5-6.

[5] 陳永剛,曹貝貝.再生混凝土國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].國外建材科技,2004(3):4-5.

[6] 肖建莊,李佳彬,孫振平,等.再生混凝土的抗壓強(qiáng)度研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),2004(2):37-38.