多因素條件下燒結磚再生骨料混凝土力學性能研究

牛會濤

(石家莊市公路橋梁建設集團第五公路工程處， 河北 石家莊 050000)

多因素條件下燒結磚再生骨料混凝土力學性能研究

牛會濤

(石家莊市公路橋梁建設集團第五公路工程處， 河北 石家莊 050000)

燒結磚再生骨料混凝土力學性能受到的影響因素較多，通過混凝土抗壓強度試驗與劈裂抗拉強度試驗，研究了水灰比、砂率、再生骨料摻量、再生骨料的強度處理方式4種因素對混凝土力學性能的影響。研究表明：再生骨料混凝土的劈裂抗拉強度隨著水灰比的增大而降低，水灰比取0.75到0.80較為合適；在一定范圍內(nèi)，再生骨料混凝土抗壓強度與劈裂抗拉強度隨著砂率增大而降低，砂率取35%～40%為宜；對再生骨料混凝土強度要求較高時，利用燒結磚再生骨料替代天然骨料的比例應控制在30%以內(nèi)；對燒結磚再生骨料用水泥漿進行包裹處理可有效提高骨料的性能。

燒結磚; 再生骨料混凝土； 力學性能

隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷深化，舊城改造、城中村拆除等工程產(chǎn)生了大量的建筑垃圾，僅鄭州市2015年產(chǎn)生的建筑垃圾就近1億t[1-3]。建筑垃圾的“圍城”、“堆山”現(xiàn)象日益嚴重，不僅污染環(huán)境占用耕地，而且存在的滑坡危險也是重大安全隱患。建筑垃圾資源化利用是解決此問題的唯一途徑，其中將建筑垃圾破碎篩分形成再生骨料制備再生骨料混凝土是一個熱門方向[4,5]。目前研究主要集中在利用廢舊混凝土制備再生骨料混凝土，建筑垃圾中燒結磚含量大，破碎篩分時較難將燒結磚骨料與混凝土骨料分開，廢舊燒結磚骨料的性能相對于廢舊混凝土骨料比較差，因此研究燒結磚再生骨料混凝土的性能是非常必要的。文章研究了燒結磚再生粗骨料的水灰比、砂率、再生骨料摻量、再生骨料的強度處理方式4種因素對再生骨料混凝土的抗壓強度、劈裂抗拉強度的影響。

1 原材料及試驗方法

1.1 試驗原材料

再生骨料為民用建筑中磚混結構拆除后，廢舊燒結磚破碎篩分而得，原磚的等級經(jīng)測試可達Mu10級，粒徑為5～20 mm；天然骨料為石灰?guī)r碎石，骨料的主要性能指標見表1。水泥為強度等級為32.5的礦渣硅酸鹽水泥，砂為河砂，水為自來水。

表1 骨料主要性能指標骨料表觀密度/(kg·m-3)含水率/%吸水率/%壓碎值/%天然骨料2660088065162再生骨料24102211421186

1.2 試驗方法

按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》的有關要求，制備150 mm×150 mm×150 mm的標準立方體試件，每組制作3個試件。試件振動臺振動成型，24 h拆模后標準養(yǎng)護28 d，然后進行相應的試驗。本文主要研究再生骨料混凝土的立方體抗壓強度和劈裂抗拉強度，分別按照相應的試驗方法進行試驗。

2 水灰比對再生骨料混凝土性能的影響

利用燒結磚骨料，設計水灰比為0.70、0.75、0.80、0.85的4個對照組，砂率取36%，配合比見表2。制備4組混凝土標準試件進行對比試驗。

圖1為不同水灰比對燒結磚再生骨料混凝土的抗壓強度、劈裂抗拉強度的影響。

表2 不同水灰比時再生骨料混凝土配合比水灰比用水量/kg水泥用量/kg砂率/%07034048636075340453360803404253608534040036粗骨料/kg砂/kg配合比9958201∶07∶169∶20511208521∶075∶188∶2479758801∶08∶207∶22910989051∶085∶226∶275

圖1 水灰比對混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度的影響

由圖1a可知，水灰比對再生骨料混凝土抗壓強度的影響較為明顯，整體呈波動性，水灰比在0.75到0.85之間時，混凝土抗壓強度較為穩(wěn)定，且出現(xiàn)了一定程度的上升，當水灰比超過0.85時，混凝土抗壓強度急劇下降。由圖1b可知，再生骨料混凝土的劈裂抗拉強度隨著水灰比的增大而降低，且水灰比在0.70到0.75之間時降低的幅度比較大，水灰比大于0.75時降低的幅度較小?？紤]到磚骨料具有較大的吸水性，水灰比取0.75到0.80較為合適。

原因分析：水灰比對水泥漿的稠度具有直接影響，當水灰比增大時，水泥漿的稠度降低，其自身的流動性顯著提高，混凝土拌合時和易性較好。但水灰比過大時，水泥漿與骨料之間的粘聚作用減弱，且多余的水分蒸發(fā)后在混凝土中形成大量空隙，導致混凝土強度降低。

3 砂率對再生骨料混凝土性能影響

砂率是混凝土中砂的比例，砂率對混凝土中集料級配、空隙率和總表面積有很大影響。設計水灰比在0.75條件下，再生骨料制備砂率分別為35%、40%、45%、47%的4組混凝土標準試件進行試驗，4組試件其配合比如表3所示。

表3 不同砂率時再生骨料混凝土配合比水灰比用水量/kg水泥用量/kg砂率/%07533044035075320427400753504674507534045347粗骨料/kg砂/kg配合比9349641∶075∶219∶21210037581∶075∶178∶23512006491∶075∶139∶25711755321∶075∶117∶259

圖2為不同砂率對燒結磚再生骨料混凝土的抗壓強度、劈裂抗拉強度的影響。

圖2 砂率對混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度的影響

由圖2a可知，再生骨料混凝土抗壓強度隨著砂率增大而降低，砂率從35%升高到47%時，抗壓強度值降低了約3 MPa，降低的幅度不大。由圖2b可知，當砂率從35%增大到45%左右時，劈裂抗拉強度隨著砂率的增大而降低，當砂率增大到47%時，強度又出現(xiàn)了一定程度上的增大，增大的幅度約0.03 MPa，不太明顯。因此，砂率取在35%到40%之間較為合適。

原因分析：在一定范圍內(nèi)，砂率增大時混凝土中粗骨料比例降低，細骨料比例增加，但水泥用量是不變的，此時水泥漿比較稀，拌合物容易出現(xiàn)離析和泌水現(xiàn)象，造成骨料與漿體界面黏聚力變?nèi)酰纬傻幕炷撩軐嵍容^差，所以混凝土的抗壓強度與劈裂抗拉強度整體上隨著砂率的增大而降低。

4 燒結磚再生骨料取代率對再生混凝土性能的影響

設計再生骨料摻量為0、30%、50%、70%、100% 5種規(guī)格，砂率取36%，水灰比取0.75，配合比如表4所示。

表4 不同再生骨料摻量再生骨料混凝土配合比編號摻量/%水泥用量/kg用水量/kg砂/kg再生骨料/kg天然骨料/kg1039721171401270230426251696333889350444278683554635470462303670775381510049034365111070

圖3為燒結磚骨料摻量對再生混凝土28 d齡期時的抗壓強度試驗結果。

圖3 再生骨料摻量對混凝土抗壓強度的影響

由圖3可知，隨著燒結磚再生骨料摻量的增加，再生混凝土抗壓強度總體呈下降趨勢，燒結磚再生骨料摻量在30%、50%、70%、100%時，再生混凝土抗壓強度分別降低了2%、13.8%、12.2%、18.1%。

原因分析：燒結磚再生骨料與天然骨料相比，強度值較低，吸水率和壓碎值較大。同時再生骨料在制備時出現(xiàn)的裂隙及與原砂漿的清理不干凈問題，都對骨料的性質(zhì)造成了較大的影響。再生混凝土在受到外部荷載作用時，再生骨料的高孔隙率及裂隙容易在混凝土內(nèi)部形成應力集中，宏觀上造成了混凝土試件強度的降低，且隨著再生骨料摻量的增加，這種劣化效應更為明顯。當燒結磚再生骨料的摻量在30%以內(nèi)時，再生混凝土抗壓強度變化不明顯，因此當對再生混凝土強度要求較高時，利用燒結磚再生骨料替代天然骨料的比例應控制在30%以內(nèi)為宜。

5 骨料強化對再生混凝土性能的影響

由于燒結磚再生骨料表面具有很多空隙，有較高的吸水性，骨料缺陷明顯，利用水泥漿對骨料進行包裹處理可以顯著提高骨料的性能。一次處理指的是對骨料水泥包裹處理一次，二次處理為在一次處理后，待骨料干了再用水泥漿包裹處理一次。分別對一次處理和二次處理的骨料制作混凝土試件進行試驗，骨料的含水率情況與混凝土抗壓強度如圖4、圖5所示。

圖4 不同齡期下處理方式對骨料含水率的影響

圖5 不同齡期下處理方式對抗壓強度的影響

由圖4可知，包裹處理后的磚骨料含水率隨著時間的延長而逐漸降低，前4天下降的趨勢比較明顯，第4～6天，下降趨勢逐漸平穩(wěn)；在0～6 d，二次處理的磚骨料的含水率低于同等條件下一次處理的骨料，6 d以后，一次處理和二次處理的骨料含水率較為接近。由圖5可知，隨著時間的延長，包裹處理的再生混凝土的抗壓強度逐漸變大，且磚骨料二次處理的混凝土抗壓強度基本上大于磚骨料一次處理的混凝土，其中包裹處理后4～6 d時，混凝土抗壓強度值較為穩(wěn)定。因此選取二次水泥漿包裹處理的磚骨料在處理4～6 d后進行混凝土的制備較好。

原因分析：燒結磚微觀上是多孔結構，因此再生磚骨料孔隙率大，且表面粗糙，具有較多棱角，骨料制備時破碎造成骨料可能存在一定的裂隙，進一步劣化了骨料的各項力學性能。采用水泥漿對骨料進行包裹，漿體進入骨料的空隙中，對骨料的微觀結構和力學性能進行了強化，在制備混凝土時處理過的骨料與新的水泥漿的結合度更好，所以包裹處理可以降低燒結磚骨料的含水率，提高再生混凝土的強度。且隨著包裹處理時間的延長，包裹效果更好，這種效應隨之變強，二次處理相對于一次處理，水泥漿對磚骨料的包裹更為徹底，因此混凝土的強度也相對更高。

6 結語

1) 再生混凝土的劈裂抗拉強度隨著水灰比的增大而降低，水灰比取0.75到0.80較為合適；在一定范圍內(nèi)，再生混凝土抗壓強度與劈裂抗拉強度隨著砂率增大而降低，砂率取35%～40%為宜。

2) 隨著燒結磚再生骨料摻量的增加，再生混凝土抗壓強度總體呈下降趨勢，當對再生混凝土強度要求較高時，利用燒結磚再生骨料替代天然骨料的比例應控制在30%以內(nèi)。

3) 對燒結磚再生骨料用水泥漿進行包裹處理可有效提高骨料的性能，且二次包裹處理的效果更好。選取二次水泥漿包裹處理的燒結磚骨料在處理4～6 d后進行混凝土的制備為宜。

[1] 謝玲君，翟愛良，等.燒結磚瓦再生骨料級配對混凝土力學性能的影響[J].水利與建筑工程學報，2010，8(6)：52-55.

[2] 肖建莊，李佳彬，等.再生混凝土的抗壓強度研究[J].同濟大學學報(自然科學版)，2004，32(12)：1558-1561.

[3] 張學兵，鄧壽昌，等.影響再生混凝土強度幾個主要因素的試驗研究[J].湘潭大學自然科學學報，2005，27(1)：129-133.

[4] 周清長.建筑垃圾再生混合骨料混凝土的受力性能及透水性研究[D].廈門：廈門大學，2009.

[5] 許岳周，石建光.再生骨料及再生骨料混凝土的性能分析與評價[J].混凝土，2006(7)：41-46.

1008-844X(2016)04-0055-03

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