再生混凝土抗裂性能影響因素試驗(yàn)研究

□文/馬漢英 劉志欣

廢棄水泥混凝土的回收利用是建筑環(huán)保的一項(xiàng)重要措施，已有的研究成果表明再生混凝土的抗裂性略低于普通混凝土，這影響到再生混凝土的推廣應(yīng)用。為了將廢棄混凝土再利用，本文將研究影響再生混凝土抗裂性能各種因素，為提高再生混凝土抗裂性能提供一定的技術(shù)途徑，從而加快再生混凝土在工程中的循環(huán)應(yīng)用。

試驗(yàn)材料

（1）水泥（C）。采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，密度3.11 t/m3，比表面積 349 m2/kg。

（2）再生骨料（RCA）。取自天津市某建筑廢棄的混凝土，原生混凝土的粗骨料為礫石，先經(jīng)人工破碎成中等尺度的碎塊，然后用顆式破碎機(jī)破碎成小顆粒并經(jīng)篩分制成。再生骨料各項(xiàng)基本性能分析和測(cè)試結(jié)果均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（3）天然粗骨料（NA）。采用天津本地的石灰石質(zhì)碎石。

（4）砂（S）。天津河砂，級(jí)配合格，細(xì)度模數(shù)MX=2.62，符合要求。

（5）水（W）。采用當(dāng)?shù)刈詠硭?，滿足相關(guān)指標(biāo)。

評(píng)價(jià)指標(biāo)及試驗(yàn)方法

抗裂性能指標(biāo)選擇

再生混凝土是一種非均質(zhì)多組分的脆性復(fù)合材料，主要由水泥石基體和骨料組成，具有抗壓強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度低的特性。根據(jù)現(xiàn)有試驗(yàn)條件，評(píng)定混凝土抗裂性的常用指標(biāo)有拉壓比、韌性指數(shù)、彈強(qiáng)比等3個(gè)。研究表明韌性指數(shù)和混凝土的抗裂性能的相關(guān)性最大，最能反映出混凝土的抗裂性能。

韌性是材料變形與斷裂的綜合性質(zhì)，可定義為材料或結(jié)構(gòu)在荷載作用下到破壞或失效為止吸收能量的性能，韌性指數(shù)越大，混凝土的抗裂性能越好。國(guó)內(nèi)外確定混凝土韌性指標(biāo)的方法主要有能量法、強(qiáng)度法、能量比值法和特征點(diǎn)法4種。最為廣泛接受的評(píng)價(jià)指標(biāo)是美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)制定的ASTMC1018的韌度指數(shù)法。

ASTMC1018韌度指數(shù)法屬于特征點(diǎn)法，該方法是利用理想彈塑性體作為材料韌性的參考標(biāo)準(zhǔn)，選用峰值應(yīng)變的倍數(shù)作為終點(diǎn)應(yīng)變，即3、5.5和 25.5倍。見圖1。

試驗(yàn)方法

采用100 mm×100 mm×300 mm棱柱試件進(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變曲線試驗(yàn)。利用瑞士大型液壓伺服試驗(yàn)機(jī)對(duì)棱柱體試件進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，試件的變形利用標(biāo)距為200 mm的引伸儀量測(cè)，應(yīng)力由計(jì)算機(jī)采集得到。應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升段采用應(yīng)力加載模式，下降段采用應(yīng)變加載模式，加載率分別為0.3～0.5 MPa/s和10-4/s，每種加載均對(duì)棱柱體試件進(jìn)行3塊試件抗壓試驗(yàn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)較為離散時(shí)，增加混凝土試件的塊數(shù)。

試驗(yàn)結(jié)果

水膠比對(duì)再生混凝土抗裂性能的影響

恒定膠凝材料用量400 kg/m3，再生骨料取代率為100%，砂率35%；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d，變化水膠比為 0.32、0.35、0.38、0.40和0.45，測(cè)定再生混凝土試件的韌性指數(shù)，研究水膠比對(duì)再生混凝土抗裂性能的影響。試驗(yàn)采用再生混凝土配合比和試驗(yàn)結(jié)果見表1和圖2。

表1 不同水膠比再生混凝土配合比

圖2 水膠比對(duì)再生混凝土韌性指數(shù)的影響

圖2顯示，在其他因素不變的條件下，當(dāng)水膠比＜0.35時(shí)，再生混凝土的韌性指數(shù)隨著水膠比增大而增大；當(dāng)水膠比從0.35增加至0.45時(shí)，再生混凝土的韌性指數(shù)隨水膠比增大而減小，其韌性指數(shù)減小了21.1%。

在一定范圍內(nèi)減小水膠比會(huì)提高混凝土的抗裂性能，其機(jī)理在于水膠比較低時(shí)，水泥石孔隙含量低，干燥失水?dāng)?shù)量少，混凝土的抗裂性能得到改善。

再生骨料取代率對(duì)再生混凝土抗裂性能的影響

恒定膠凝材料用量400 kg/m3，水膠比為0.45，砂率35%；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d，變化再生骨料取代率為0%、20%、40%、60%、80%和 100%，測(cè)定再生混凝土試件的韌性指數(shù)，研究再生骨料取代率對(duì)再生混凝土抗裂性能的影響。試驗(yàn)采用再生混凝土配合比和試驗(yàn)結(jié)果見表2和圖3所示。

表2 不同再生骨料取代率混凝土配合比

圖3 骨料取代率對(duì)混凝土韌性指數(shù)的影響

圖3顯示，在其他因素不變的條件下，再生混凝土的抗裂性能隨再生骨料取代率的增加而降低；當(dāng)再生骨料取代率從0增大到100%，再生混凝土的韌性指數(shù)較普通混凝土減少了26.9%。

盡管再生骨料有較好地粘結(jié)面和界面粘結(jié)程度，容易與水泥石之間產(chǎn)生較大的粘結(jié)強(qiáng)度，但再生骨料自身的一些特性會(huì)降低再生混凝土的抗裂性能。

膠凝材料用量對(duì)再生混凝土抗裂性能的影響

恒定再生骨料取代率100%，水膠比0.45，砂率35%，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d，膠凝材料用量分別為300、350、400、450、500 kg/m3，測(cè)定再生混凝土試件的韌性指數(shù)，研究膠凝材料用量對(duì)再生混凝土抗裂性能的影響規(guī)律。試驗(yàn)混凝土配合比與測(cè)試結(jié)果見表3和圖4。

表4 不同凝膠材料用量的混凝土配合比

圖4 膠凝材料用量對(duì)混凝土韌性指數(shù)的影響

圖4顯示，在其他因素不變的條件下，再生混凝土的抗裂性能隨膠凝材料用量的增加而降低；當(dāng)膠凝材料用量從300 kg/m3增大到500 kg/m3，再生混凝土的韌性指數(shù)降低了17.9%。

因混凝土中膠凝材料用量的增加，尤其是水泥用量的增加會(huì)提高因水化熱帶來的內(nèi)部溫升和開裂傾向，會(huì)降低再生混凝土的抗裂性。

砂率對(duì)再生混凝土抗裂性能的影響

恒定膠凝材料用量400 kg/m3，再生骨料取代率100%，水膠比0.45，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 28 d，砂率分別為32%、33%、34%、35%和36%，測(cè)定再生混凝土試件的韌性指數(shù)，研究不同砂率對(duì)再生混凝土抗裂性能的影響規(guī)律。試驗(yàn)混凝土配合比與測(cè)試結(jié)果見表4和圖5。

表4 不同砂率再生混凝土的配合比

圖5 不同砂率對(duì)混凝土韌性指數(shù)的影響

圖5顯示，在其他因素不變的條件下，再生混凝土的抗裂性能隨砂率的增加而降低；當(dāng)砂率從32%增大到36%，再生混凝土的韌性指數(shù)降低了9.1%。

砂率過小時(shí)，沒有足夠的砂漿量填充并包裹石子，易使石子分離、漿體流失，降低混凝土的韌性。反之，砂率過大時(shí)，骨料的空隙率和總比表面積增大，在漿量一定的條件下，同樣沒有足夠的漿量填充并包裹骨料，混凝土的韌性也會(huì)降低。欲提高再生混凝土的抗裂性能，應(yīng)選擇合適的砂率。

結(jié)論

（1）當(dāng)水膠比＜0.35時(shí)，再生混凝上的抗裂性能隨水膠比增大而增大，當(dāng)水膠比從0.35增大至0.45時(shí)，再生混凝土的韌性指數(shù)減小了21.1%，這主要是因?yàn)樗z比影響再生混凝土的結(jié)構(gòu)密度。

（2）再生混凝上的抗裂性能隨再生骨料取代率增加而降低，當(dāng)再生骨料取代率從0增大到100%，再生混凝土的韌性指數(shù)減少了27.5%，這主要是因?yàn)樵偕橇虾写罅康乃嗌皾{不完全水化導(dǎo)致較大的收縮變形，再生粗骨料的自身特性也使得再生混凝土抗裂性能隨再生骨料取代率增加而降低。

（3）再生混凝土的抗裂性能隨膠凝材料用量增加而降低，當(dāng)膠凝材料用量從300 kg/m3增大到500 kg/m3，再生混凝土的韌性指數(shù)降低了17.9%，這主要是因?yàn)樗嘤昧康脑黾訒?huì)提高因水化熱帶來的內(nèi)部溫升和開裂傾向。

（4）在一定范圍內(nèi)，隨著砂率的增大，再生混凝土抗裂性能降低。這是因?yàn)樵龃笊奥蕰?huì)增大混凝土的持水能力，減小泌水速率，容易出現(xiàn)塑性收縮裂縫。

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