不同比例再生粗骨料對(duì)混凝土性能的影響研究*

耿飛，張凱峰，劉開平，王寧，溫久然，王希明（. 中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 706；. 長(zhǎng)安大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 7006）

不同比例再生粗骨料對(duì)混凝土性能的影響研究*

耿飛1，張凱峰1，劉開平2，王寧1，溫久然2，王希明2
（1. 中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 710116；2. 長(zhǎng)安大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710061）

本文研究了 5～10mm 和 10～20mm 再生骨料不同搭配比例和取代率對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)再生骨料搭配比例 1:9、取代率為 20% 時(shí)，再生混凝土 7d、28d 立方體抗壓強(qiáng)度分別提高了 2.1% 和 3.5%；當(dāng)再生骨料搭配比例 5:5、取代率為 30% 時(shí)，再生混凝土 7d、28d 立方體抗壓強(qiáng)度分別提高了 1.6% 和 7.2%，而且流動(dòng)性最佳；不同粒徑不同搭配比例再生骨料對(duì)新拌混凝土的坍落度影響不大，但對(duì)擴(kuò)展度的影響效果較顯著。

寒區(qū)；裂隙；巖石；配比

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快，隨之產(chǎn)生的建筑垃圾數(shù)量與日俱增，而廢棄混凝土又占了很大比重[1]。處理這些廢棄混凝土需要大量費(fèi)用，產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題也不容小覷[2]。將廢棄混凝土經(jīng)破碎、分級(jí)等處理后作為再生骨料配制混凝土，這無(wú)疑可以消化掉相當(dāng)一部分建筑垃圾，也必將改善環(huán)境問(wèn)題[3-6]。為此人們進(jìn)行大量研究，試圖用再生骨料代替天然骨料用于混凝土中。以往的研究大多只關(guān)注再生骨料取代率對(duì)抗壓強(qiáng)度等性能的影響，對(duì)于采用不同粒徑再生骨料按不同搭配比例混合成骨料研究得較少[7,8]。本文重點(diǎn)研究了再生骨料以不同粒徑、不同取代率對(duì)混凝土性能的影響。

1 試驗(yàn)原材料及方法

1.1 原材料

（1）采用 P·O 42.5 水泥，基本性能如表1所示。

表1　水泥的物理與力學(xué)性能

（2）采用Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度 19.5%，需水量比 104%，燒失量 3.1%。

（3）采用 S95 級(jí)礦粉，其密度 2.91g/cm3，7d 活性指數(shù)80%，28d 活性指數(shù) 98%。

（4）采用粗骨料 5～25mm 連續(xù)級(jí)配碎石；采用5～10mm 和 10～20mm 兩種連續(xù)級(jí)配再生粗骨料，性能指標(biāo)見表 2。

表2　碎石性能指標(biāo)

（5）細(xì)骨料采用渭河中砂，砂性能指標(biāo)見表 3。

表3　砂性能指標(biāo)

（6）減水劑采用聚羧酸高效減水劑，固含量 11.4%，減水率 26%。

（7）試驗(yàn)用水采用西安市飲用自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)方法

再生粗骨料性能檢測(cè)參照 GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》進(jìn)行；再生混凝土拌合物性能測(cè)試 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（附條文說(shuō)明）進(jìn)行；再生混凝土試件的成型、養(yǎng)護(hù)及強(qiáng)度檢測(cè)參照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行；再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度取 7d 和 28d 齡期強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

2 再生混凝土配合比設(shè)計(jì)

再生混凝土中再生骨料粒徑為 5～10mm 和 10～20mm，兩者比例為 1:9 和 5:5；再生骨料飽和面干狀態(tài)取代碎石，且取代率為：0、20%、30% 和 40%；基準(zhǔn)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為 C40，及其再生混凝土配合比如表4所示。A 組表示再生骨料取代率為 0，B、C 和 D 組分別表示 5～10mm 與10～20mm 再生骨料按 1:9 比例搭配，取代碎石取代率分別為 20%、30% 和 40%，E、F 和 G 組分別表示 5～10mm 與10～20mm 再生骨料按 5:5 比例搭配，取代碎石取代率分別為20%、30% 和 40%。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

表4　再生混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

3.1 不同粒徑的再生骨料以不同比例搭配對(duì)再生混凝土力學(xué)性能的影響

再生骨料相對(duì)于天然骨料而言孔隙率和吸水率都增大，隨著再生骨料取代率的不同，再生混凝土性能將發(fā)生不同變化。且再生骨料性能復(fù)雜，吸水率大和表面粗糙等，對(duì)再生混凝土的性能造成一定的影響，依據(jù)所測(cè)得再生骨料的堆積密度等性能，選擇 5～10mm 與 10～20mm 再生骨料搭配比例為 1:9 與 5:5 進(jìn)行試驗(yàn)，前者孔隙率較小，后者連續(xù)性較好。各組再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度值分別見圖 1 和圖 2。

圖1　搭配比例 1:9 時(shí)不同取代率再生混凝土抗壓強(qiáng)度變化

圖2　搭配比例 5: 5 時(shí)不同取代率再生混凝土抗壓強(qiáng)度變化

從圖 1 中可以看出：隨著取代率的增加，再生混凝土 7d和 28d 立方體抗壓強(qiáng)度均呈先增加后降低趨勢(shì)；再生骨料取代率為 30% 和 40% 時(shí)，再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度均低于基準(zhǔn)組，而再生骨料取代率為 20% 時(shí)，再生混凝土 7d 和 28d立方體抗壓強(qiáng)度均最高，且高于基準(zhǔn)組，分別提高了 2.1% 和3.5%；從圖 2 中可以看出：隨著再生骨料取代率的增加，再生混凝土的立方體 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度均呈先增加后降低趨勢(shì)；不同再生骨料取代下再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度均高于基礎(chǔ)組；當(dāng)再生骨料取代率在 30% 時(shí)，7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度均最高，分別提高了 1.6% 和 7.2%。由圖 1 和圖 2 可知，隨著取代率的增加，再生混凝土抗壓強(qiáng)度變化過(guò)程一致，只是峰值出現(xiàn)的位置不一樣，可能受到原材料性能以及試驗(yàn)環(huán)境的影響。

總體來(lái)說(shuō)每組均存在一個(gè)最佳取代率使得抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值；在此配合比和原材料條件下，不同比例搭配與不同取代率再生骨料混凝土的強(qiáng)度完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 不同粒徑的再生骨料以不同比例搭配對(duì)水泥混凝土工作性能的影響

不同粒徑的再生骨料搭配使得骨料的連續(xù)性有所不同，用其拌制成的水泥混凝土的工作性能也會(huì)有些區(qū)別，不同搭配比例對(duì)再生混凝土坍落度和擴(kuò)展度的影響見圖 3。

圖3　不同搭配比例、不同取代率再生混凝土坍落度與擴(kuò)展度值變化

圖 3 中分析得出：5～10mm 與 10～20mm 再生骨料以不同比例搭配對(duì)粘聚性影響不是很明顯，坍落度保持穩(wěn)定，擴(kuò)展度有些細(xì)微的變化；所得結(jié)果與原材料檢測(cè)得出的不同比例搭配時(shí)骨料連續(xù)性較好基本吻合，兩種不同粒徑不同搭配比例所拌制成的混凝土坍落度沒(méi)有明顯的變化，說(shuō)明不同粒徑不同搭配比例對(duì)坍落度影響不大，但對(duì)擴(kuò)展度的影響效果較顯著。

4 結(jié)論

（1）再生骨料搭配比例 1:9、取代率為 20% 時(shí)，再生混凝土 7d 和 28d 立方體抗壓強(qiáng)度均最高，且高于基準(zhǔn)組，分別提高了 2.1% 和 3.5%；再生骨料搭配比例 5:5、取代率為 30%時(shí)，7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度均最高，分別提高了 1.6% 和 7.2%。

（2）不同粒徑不同搭配比例對(duì)新拌再生骨料混凝土的坍落度影響不大，但對(duì)擴(kuò)展度的影響效果較顯著。

（3）總體來(lái)說(shuō)，搭配比例為 5:5 的再生骨料混凝土力學(xué)性能和工作性能均好于搭配比例為 1:9，而且在本研究的原材料和配合比條件下，制備的再生骨料混凝土的強(qiáng)度完全滿足C40 強(qiáng)度等級(jí)要求。

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

[2] 李秋義．再生混凝土性能與應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：中國(guó)建材工業(yè)出版，2010．

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［通訊地址］陜西省西安市長(zhǎng)安區(qū)王寺西街 中建西部建設(shè)北方有限公司研發(fā)中心（710116）

陜西省科技廳項(xiàng)目（2015KTZDSF03-08）；陜西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳建設(shè)科技計(jì)劃項(xiàng)目（陜建科函 (2015)19 號(hào)）

耿飛（1987—），男，碩士研究生，助理工程師，中建西部建設(shè)北方有限公司研發(fā)中心研發(fā)員。