再生粗集料對混凝土性能的影響

汪振雙,崔正龍,周 梅

再生粗集料對混凝土性能的影響

汪振雙1,2,崔正龍3,周 梅3

(1.東北財經(jīng)大學投資工程管理學院,遼寧大連 116025; 2.大連理工大學建筑材料研究所,遼寧大連 116025; 3.遼寧工程技術(shù)大學建筑工程學院,遼寧阜新 123000)

為了研究再生粗集料的強度和砂漿附著率對混凝土性能的影響,采用對比試驗,以再生粗集料的強度和砂漿附著率為變量配制C50強度等級混凝土,并對C50混凝土的工作性、強度和耐久性進行研究.結(jié)果表明,再生粗集料砂漿的附著率對再生粗集料的基本性質(zhì)影響比較顯著.再生粗集料的砂漿附著率對混凝土強度的影響變化不大,而對混凝土的塌落度、碳化深度和電通量影響比較顯著.

再生粗集料;砂漿附著率;混凝土性能;強度;耐久性

混凝土是當今世界應(yīng)用最為廣泛的建筑材料.隨著我國城市化進程的不斷推進和城市生活基礎(chǔ)設(shè)施的完善,對混凝土的需求量日益增大,消耗著大量的自然資源,產(chǎn)生大量的建筑垃圾.據(jù)不完全統(tǒng)計,我國每年因建筑物的改建、擴建和舊建筑物拆除就產(chǎn)生0.3～0.4億噸混凝土固體廢棄物[1].此外,自然災(zāi)害等突發(fā)事件也會給社會帶來龐大的建筑垃圾,汶川大地震中產(chǎn)生的混凝土固體廢棄物量就達到了近2億噸[2],由此引發(fā)的資源和環(huán)境問題日益突出.再生混凝土是將廢棄的混凝土經(jīng)過破碎處理替代天然骨料配制成的新混凝土[3].混凝土的再生利用是建筑垃圾處理與資源化的一種重要方式,是循環(huán)經(jīng)濟的一個重要內(nèi)容,也是可持續(xù)發(fā)展的必然要求,其意義毋庸置疑,能有效解決建筑業(yè)與環(huán)境的協(xié)調(diào)問題[4].國內(nèi)外學者關(guān)于再生混凝土已進行了大量的研究[

57].再生粗集料與普通碎石相比,具有孔隙率高、表觀密度低、吸水率高、內(nèi)在微裂紋多、強度低等特點[8].再生粗集料的性能與原生混凝土、再生粗集料的破碎工藝、級配和含水狀態(tài)有關(guān).本文從再生粗集料的強度和砂漿附著率出發(fā),采用對比試驗研究再生粗集料的強度和砂漿附著率對混凝土性能的影響,為再生混凝土的進一步深入研究提供科學依據(jù).

1 試 驗

1.1 原材料

大連小野田P·Ⅱ42·5R型普通硅酸鹽水泥,水泥的物理力學性能如表1所示.砂子為天然河砂,細度模數(shù)2.41,密度為2.68 g/cm3.再生粗集料是將先在實驗室澆注強度等級分別為C20、C40和C60的原生混凝土自然養(yǎng)護6個月后,經(jīng)破碎和研磨之后得到,經(jīng)篩分組配后再生粗骨料的最大粒徑控制在25 mm,再生粗集料的基本性質(zhì)如表2所示.普通碎石為5～25 mm,表觀密度為2.75 g/cm3.硅粉的密度為2.2 g/cm3,比表面積為202.5 m2/kg.水為普通飲用水,外加劑采用的是多羧酸系高性能AE減水劑.

表1 水泥的物理力學性能Table 1 Physical and mechanical properties of cement

表2 再生粗集料的基本性質(zhì)Table 2 Basic properties of recycled coarse aggregate

1.2 混凝土配合比設(shè)計

試驗配制C50強度等級混凝土,其中硅灰采用內(nèi)摻法,等量取代水泥的10%,配合比如表3所示.

表3 配合比Table 3 Mix proportion

混凝土的力學性能依據(jù)GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》,采用邊長為150 mm的立方體標準試件,經(jīng)28 d標準養(yǎng)護后測試其立方體抗壓強度和劈裂抗拉強度.混凝土的碳化試驗是根據(jù)GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行.試件為100 mm×100 mm×400 mm的長方體試件,試驗前提前2 d從標準養(yǎng)護箱中取出,在60℃下烘干48 h之后測試其碳化深度.滲透性按照美國ASTMC1202法,快速評價混凝土的滲透性高低.

2 試驗結(jié)果

2.1 原生混凝土強度和砂漿附著率對粗集料性能的影響

從表2再生粗集料的基本性質(zhì)中可以看出,原生混凝土的強度等級為C20時,生產(chǎn)的再生粗集料的強度為26.3 MPa;原生混凝土的強度等級為C40時,生產(chǎn)的再生粗集料的強度為42.7 MPa;原生混凝土的強度等級為C60時,生產(chǎn)的再生粗集料的強度為65.3 MPa.可見,再生粗集料的強度與原生混凝土的強度有關(guān).原生混凝土的強度越高,生產(chǎn)出的再生粗集料的強度也就越高.再生粗集料的表觀密度和吸水率的試驗結(jié)果如圖1和圖2所示.從表2中可以看出,再生粗集料RA1的表觀密度為2.49 g/cm3,RA2的表觀密度為2.52 g/cm3,RB1的表觀密度為2.44 g/ cm3,RB2的表觀密度為2.56 g/cm3,RC1的表觀密度為2.47 g/cm3,RC2的表觀密度為2.54 g/ cm3.對比試驗中,普通碎石的表觀密度為2.75 g/cm3,再生粗集料的表觀密度低于普通碎石.原生混凝土強度等級相同,由于砂漿附著率的不同,再生粗集料的表觀密度也不同.由圖1、圖2可以看出,再生粗集料的表觀密度隨著再生粗集料砂漿附著率的增加而降低,而再生粗集料的吸水率隨著再生粗集料砂漿附著率的增加而升高,相關(guān)系數(shù)R2分別為0.812 4和0.982 1.

圖1 砂漿附著率與表觀密度的關(guān)系Fig.1 Relation between mortar adhesive ratio and apparent density

圖2 砂漿附著率與吸水率的關(guān)系Fig.2 Relation between mortar adhesive ratio and water absorption

碎石堅硬致密,結(jié)構(gòu)孔隙率低,而再生粗集料表面附著了一層水泥砂漿,因此再生粗集料的表觀密度比碎石要低.此外,再生粗集料在破碎過程中內(nèi)部產(chǎn)生的大量閉合微裂縫,使再生粗集料的吸水率遠遠比碎石要高.

2.2 工作性

再生混凝土的塌落度試驗結(jié)果如圖3所示.普通碎石混凝土的塌落度最大為85 mm,RC1粗集料混凝土的塌落度最小為68 mm.RA1、RB1 和RC1的塌落度比較接近,RA2、RB2和RC2的塌落度比較接近.可以看出,再生粗集料的強度,對混凝土的塌落度影響不是很大,而再生粗集料的砂漿附著率大小對新拌混凝土的塌落度影響比較顯著.與普通碎石相比,再生粗集料表面的砂漿附著量越大,其吸水率就越大,從混凝土拌合物中吸收的水分比普通碎石要多,降低了混凝土的流動性,使塌落度降低[9].

圖3 混凝土的塌落度Fig.3 Concrete slump

2.3 抗壓強度和劈裂抗拉強度

混凝土28 d的抗壓強度和劈裂抗拉強度試驗結(jié)果如圖4和圖5所示.從圖4中可以看出,混凝土28 d的抗壓強度RA1為60.4 MPa,RA2為63.2 MPa,RB1為65.7 MPa,RB2為63.4 MPa, RC1為67.5 MPa,RC2為66.4 MPa,N為68 MPa.從圖5可以看出,混凝土28 d的劈裂抗拉強度RA1為4 MPa,RA2為4.1 MPa,RB1為4.3 MPa,RB2為4.21 MPa,RC1為4.16 MPa, RC2為4.08 MPa,N為4.2 MPa.

圖4 28 d抗壓強度Fig.4 Compressive strength at 28 d

圖5 劈裂抗拉強度Fig.5 Splitting tensile strength

由圖4和圖5可以看出,除了再生粗集料RA1配制C50混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度和其他粗集料相比略低外,其他粗集料配制混凝土的強度比較接近.由此可知,再生粗集料的強度和表面附著砂漿的附著率對再生粗集料混凝土強度影響不大.從混凝土試件斷面可以看出,再生粗集料混凝土新舊砂漿的界面過渡區(qū)是混凝土的薄弱環(huán)節(jié),容易發(fā)生破壞.

2.4 耐久性

圖6和圖7是不同粗集料配制C50混凝土碳化和電通量試驗結(jié)果.從試驗結(jié)果可以看出,混凝土28 d的碳化深度RA1為4.8 mm,RA2為4.3 mm,RB1為4.7 mm,RB2為4.2 mm,RC1為4.5 mm,RC2為4 mm,N為3.7 mm;混凝土28 d的電通量RA1為896C,RA2為812C,RB1為 868C,RB2為780C,RC1為902 C,RC2為798C, N為586C.由此可知,再生粗集料的強度對混凝土的碳化深度和滲透性影響不是很大,而再生粗集料的砂漿附著率對混凝土的碳化深度和滲透性影響比較明顯.與普通碎石混凝土相比,再生骨料表面附著水泥砂漿的物質(zhì)透過性要比普通混凝土中的物質(zhì)透過性大,這是由于再生粗集料表面附著的砂漿容易與破碎過程中的裂縫連接,貫通,附著水泥砂漿的量越大,這種現(xiàn)象就越明顯[4],導(dǎo)致硬化后的再生混凝土密實度降低,滲透性增加,容易發(fā)生碳化.

圖6 混凝土28 d碳化深度Fig.6 Carbonation depth of concrete at 28 d

圖7 混凝土28 d電通量Fig.7 Electric flux of concrete at 28 d

3 結(jié) 論

通過對不同強度和砂漿附著率的再生粗集料,采用對比試驗配制C50混凝土,并對混凝土的工作性、強度和耐久性進行了研究,得到如下結(jié)論:

(1)再生粗集料的強度與原生混凝土的強度等級有關(guān),原生混凝土的強度等級越高,生產(chǎn)出的再生粗集料的強度就越高.

(2)再生粗集料砂漿的附著率對再生粗集料的基本性質(zhì)影響比較顯著.隨著粗集料砂漿附著率的增加,再生粗集料的表觀密度降低,而再生粗集料的吸水率增加.

(3)再生粗集料的強度對混凝土的塌落度、強度、碳化深度和滲透性影響不是很大,再生粗集料的砂漿附著率對混凝土強度的影響變化不大.

(4)再生粗集料混凝土的塌落度、碳化深度和電通量隨著再生粗集料的砂漿附著率增大而增加,再生粗集料的砂漿附著率對混凝土的工作性和耐久性影響比較顯著.

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【責任編輯:祝 穎】

Influence of Recycled Coarse Aggregate on Concrete Properties

Wang Zhenshuang1,2,Cui Zhenglong3,Zhou Mei3
(1.School of Investment and Construction Management,Dongbei University of Finance and Economics,Dalian 116025, China;2.Institute of Building Materials,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China;3.Institute of Architecture Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin 123000,China)

In order to investigate the influence of surface mortar strength and adhesive rate around coarse aggregate on recycled aggregate concrete,different strength class concretes were produced with surface mortar strength and adhesive rate changing,to produce C50.The workability,strength,and durability of the concrete C50 were studied.The results show that the basic properties of recycled coarse aggregate was largely affected by mortar adhesive ratio,and mortar adhesive rate changing largely affected workability,carbonation depth and electric flux,while strength was nearly kept the same.

recycled coarse aggregate;mortar adhesive ratio;concrete properties;strength; durability

2095-5456(2014)01-0066-05

TU 755.1

A

2013 09 24

十二五”國家科技支撐計劃重大項目(2013BAC05B00);國家自然科學基金資助項目(U1261122).

汪振雙(1982),男,遼寧岫巖人,東北財經(jīng)大學講師,博士.