再生骨料取代率對混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律研究

李紹鵬， 寇建嶺， 汪 亮， 王建強(qiáng)， 肖俊呈

(中建西部建設(shè) 湖南有限公司，湖南 長沙 410000)

再生骨料取代率對混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律研究

李紹鵬， 寇建嶺， 汪 亮， 王建強(qiáng)， 肖俊呈

(中建西部建設(shè) 湖南有限公司，湖南 長沙 410000)

為研究再生骨料取代率對混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律，采用一組C30混凝土配比作為基準(zhǔn)配比，然后分別用再生粗、細(xì)骨料按不同比例(20%、40%、60%、80%、100%)單獨(dú)取代普通骨料成型試件進(jìn)行抗壓與抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。通過對抗折與抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)的分析，得到了再生粗、細(xì)骨料取代率變化對混凝土抗折與抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，并通過非線性擬合分別得到了再生粗、細(xì)骨料混凝土7 d、28 d抗折和抗壓強(qiáng)度與再生粗、細(xì)骨料取代率之間的關(guān)系方程。

再生混凝土；再生粗骨料取代率；再生細(xì)骨料取代率；影響規(guī)律

0 引 言

目前，混凝土材料的廣泛使用主要帶來了兩類問題：一是有限的石料、礦產(chǎn)資源被迅速消耗；二是每年各種工程建設(shè)中拆舊建新，產(chǎn)生大量的建筑垃圾，其中就包括數(shù)目龐大的廢棄混凝土[1]。然而，采用廢棄混凝土經(jīng)過破碎、加工及篩分等工藝制備得到的再生骨料，對普通砂石骨料進(jìn)行全部或部分取代，同時(shí)按相應(yīng)的配合比加入膠凝材料、水、外加劑等成分配制而成的再生混凝土在一定程度上可以解決這兩類問題[2-3]。

自再生混凝土問世以來，已有眾多學(xué)者對其各項(xiàng)性能進(jìn)行了研究，然而結(jié)果卻不盡相同。就強(qiáng)度而言，一般認(rèn)為再生混凝土的強(qiáng)度要低于普通混凝土，但也有研究者得出兩者強(qiáng)度接近，甚至是再生混凝土強(qiáng)度更高的結(jié)論[4-6]。因此，本文以再生粗、細(xì)骨料的取代率為變量對再生混凝土強(qiáng)度影響進(jìn)行試驗(yàn)研究，以期得到單摻再生粗、細(xì)骨料對混凝土抗壓與抗折強(qiáng)度的影響規(guī)律。

1 原材料

本試驗(yàn)研究所使用的水泥為長沙坪塘水泥廠生產(chǎn)的42.5級普通硅酸鹽水泥，其基本指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。砂采用天然砂，細(xì)度為2.7，普通粗骨料為連續(xù)級配的5～25 mm碎石，水為自來水。再生骨料為某實(shí)驗(yàn)室廢棄混凝土試塊破碎加工而成，原試塊強(qiáng)度等級為C30，其粗骨料為碎石，細(xì)骨料為天然砂。其中骨料的基本性能見表1所列。

表1 骨料基本性能

2 試驗(yàn)方案

采用天然骨料設(shè)計(jì)一組滿足要求的C30混凝土配合比作為標(biāo)準(zhǔn)參考配合比(水泥∶水∶細(xì)集料∶粗集料=380 kg∶185 kg∶648 kg∶1 198 kg)，然后用再生粗、細(xì)骨料分別按5個(gè)不同的取代率(20%、40%、60%、80%、100%)單獨(dú)取代普通砂石，分別得到5種不同的再生混凝土。對這10種再生混凝土及普通混凝土成型7 d、28 d抗折強(qiáng)度試件(100 mm×100 mm×400 mm)與抗壓強(qiáng)度試件(150 mm×150 mm×150 mm)，經(jīng)養(yǎng)生后檢測其7 d、28 d齡期的抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出再生粗、細(xì)骨料的取代率對混凝土強(qiáng)度性能的影響規(guī)律。

考慮到再生骨料表面被一層硬化水泥漿體包裹，破碎加工過程中會產(chǎn)生裂縫，故而其吸水率較普通骨料顯著增加[7-8]，如表1所列。所以，在摻再生骨料的混凝土配比中增加一項(xiàng)附加用水量，即在新拌混凝土中被再生骨料所吸收的不參加水化反應(yīng)的用水量，附加用水量根據(jù)所摻再生骨料比例及其吸水率進(jìn)行計(jì)算[9-10]。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 再生骨料取代率對混凝土抗折強(qiáng)度影響分析

按現(xiàn)行檢測標(biāo)準(zhǔn)中的方法測定混凝土梁式試件抗折強(qiáng)度，其試驗(yàn)結(jié)果如表2所列，單摻再生粗、細(xì)骨料混凝土的抗折強(qiáng)度與其取代率的對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

表2 再生混凝土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖1 再生粗、細(xì)骨料混凝土抗折強(qiáng)度與其取代率的關(guān)系

結(jié)合表2及圖1，可以看出如下規(guī)律：

(1) 再生混凝土7 d抗折強(qiáng)度總體上隨再生骨料取代率的增長而降低，其中，再生粗骨料混凝土在取代率為0%～20%時(shí)強(qiáng)度下降較為明顯，而再生細(xì)骨料混凝土整體下降相對較小。

(2) 再生混凝土28 d抗折強(qiáng)度則是先略有上升，然后逐漸下降最終趨于平緩。再生粗骨料混凝土在取代率為20%時(shí)達(dá)到最高，而再生細(xì)骨料混凝土在取代率為40%時(shí)達(dá)到最高。

對上述情況進(jìn)行分析：

28d齡期再生混凝土試件在取代率不大的情況下抗折強(qiáng)度略有上升，主要原因是再生粗骨料表面包裹有部分水泥砂漿，造成表面粗糙，易與新拌水泥砂漿之間形成較強(qiáng)的粘結(jié)，且水泥凈漿進(jìn)入并填充骨料中的較大裂隙，強(qiáng)化了原本薄弱的部位，使混凝土試件在承受彎拉應(yīng)力時(shí)不易在局部位置產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而提高了再生混凝土的抗折強(qiáng)度，而隨著再生粗、細(xì)骨料所占的比例不斷增加，骨料缺陷造成的不利影響超過其增強(qiáng)度作用，從而導(dǎo)致抗折強(qiáng)度不斷下降。而再生混凝土的7 d抗折強(qiáng)度之所以未表現(xiàn)出與28 d相同的規(guī)律，主要是再生混凝土強(qiáng)度形成較普通混凝土而言要慢，其早期強(qiáng)度相對較低。

采用EXCEL軟件自帶的多項(xiàng)式擬合功能對表2中的抗折強(qiáng)度數(shù)據(jù)與取代率進(jìn)行非線性擬合，得到如下關(guān)系：

再生粗骨料混凝土28d抗折強(qiáng)度(y2)與再生粗骨料取代率(x1)之間的相關(guān)關(guān)系為：

再生細(xì)骨料混凝土7d抗折強(qiáng)度(y3)與再生細(xì)骨料取代率(x2)之間的相關(guān)關(guān)系為：

再生細(xì)骨料混凝土28d抗折強(qiáng)度(y4)與再生細(xì)骨料取代率(x2)之間的相關(guān)關(guān)系為：

擬合方程的相關(guān)性系數(shù)均在0.9以上，說明擬合方程均能較好地反映再生混凝土7d和28d抗折強(qiáng)度與再生骨料取代率之間的相關(guān)關(guān)系。

3.2 再生骨料取代率對再生混凝土抗壓強(qiáng)度影響

按現(xiàn)行檢測標(biāo)準(zhǔn)中的方法測定混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度，其試驗(yàn)結(jié)果如表3所列，單摻再生粗、細(xì)骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度與其取代率的對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

表3 再生混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖2 再生粗、細(xì)骨料混凝土抗壓強(qiáng)度與其取代率的關(guān)系

結(jié)合表3與圖2可以看出：

(1) 當(dāng)再生粗骨料取代率在0%～40%之間時(shí)，再生混凝土7 d抗壓強(qiáng)度基本保持穩(wěn)定不變，由40%增加到60%時(shí)有較為明顯的下降趨勢，取代率大于60%后再次趨于穩(wěn)定。

(2) 當(dāng)再生粗骨料取代率在0%～20%之間時(shí)，28 d抗壓強(qiáng)度呈上升趨勢，取代率為20%時(shí)達(dá)到最高；當(dāng)取代率在20%～40%時(shí)，又呈現(xiàn)下降趨勢，取代率超過60%后，抗壓強(qiáng)度略有增長但趨于穩(wěn)定。

(3) 再生細(xì)骨料混凝土7 d抗壓強(qiáng)度總體上呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。

(4) 再生細(xì)骨料取代率在0%～40%之間時(shí)，28 d抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)上升趨勢，在20%～40%之間達(dá)到最高，當(dāng)取代率在40%～60%之間時(shí)，又呈現(xiàn)下降趨勢，取代率超過60%后，變化趨于平緩。

由上述規(guī)律可知，再生骨料取代率對再生混凝土的抗壓強(qiáng)度影響規(guī)律與抗折強(qiáng)度類似，其原因也基本一致。當(dāng)有利因素起主導(dǎo)作用時(shí)，抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)增長趨勢，當(dāng)不利因素起主導(dǎo)作用時(shí)，抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢，當(dāng)兩種因素所起作用相當(dāng)時(shí)，抗壓強(qiáng)度趨于平穩(wěn)。

同理，采用EXCEL軟件自帶的多項(xiàng)式擬合功能對表3中的抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)與取代率進(jìn)行非線性擬合，得出結(jié)果如下：

再生粗骨料混凝土7 d抗壓強(qiáng)度(y5)與再生粗骨料取代率(x1)之間的關(guān)系方程為：

再生粗骨料混凝土28 d抗壓強(qiáng)度(y6)與再生粗骨料取代率(x1)之間的關(guān)系方程為：

再生細(xì)骨料混凝土7 d抗壓強(qiáng)度(y7)與再生細(xì)骨料取代率(x2)之間的關(guān)系方程為：

再生細(xì)骨料混凝土28 d抗壓強(qiáng)度(y8)與再生細(xì)骨料取代率(x2)之間的關(guān)系方程為：

擬合方程的相關(guān)性系數(shù)均在0.9以上，說明擬合方程均能較好地反映再生混凝土7 d、28 d抗壓強(qiáng)度與再生骨料取代率之間的相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié) 論

(1) 再生混凝土7 d抗折強(qiáng)度總體上隨再生粗、細(xì)骨料取代率的增長呈下降趨勢，28 d抗折強(qiáng)度則是先略有增長，然后逐漸下降最終趨于平緩。

(2) 再生粗骨料混凝土7 d抗壓強(qiáng)度隨著取代率的增加，呈現(xiàn)出先保持基本穩(wěn)定再下降最后再次趨于穩(wěn)定的規(guī)律，而28 d抗壓強(qiáng)度則表現(xiàn)出先增長再下降最后略有增長且趨于穩(wěn)定的規(guī)律。

(3) 再生細(xì)骨料混凝土7 d抗壓強(qiáng)度隨取代率的增加總體上呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，而28 d抗壓強(qiáng)度則表現(xiàn)出先增加再下降最后略有增長且趨于平緩的規(guī)律。

(4) 通過對再生粗、細(xì)骨料的取代率與抗壓抗折強(qiáng)度進(jìn)行非線性擬合，得到了其相關(guān)關(guān)系的方程表達(dá)式，且其相關(guān)性系數(shù)均在0.9以上。

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2016-09-21；修改日期：2016-09-27

李紹鵬(1990-)，男，湖南新化人，碩士，中建西部建設(shè)湖南有限公司助理工程師．

TU528.59

A

1673-5781(2016)05-0663-04