廢磚骨料對(duì)再生混凝土抗壓與收縮性能的影響

安新正，牛 薇，楊瑩瑩，張亞飛，劉 燕

廢磚骨料對(duì)再生混凝土抗壓與收縮性能的影響

安新正1，牛 薇1，楊瑩瑩1，張亞飛1，劉 燕2

（1.河北工程大學(xué) 土木工程學(xué)院結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，河北 邯鄲 056038； 2. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 保定 071001）

以廢磚粗骨料的等體積取代率為變化因素，在分析預(yù)吸水處理與裹漿處理?xiàng)l件下，廢磚粗骨料等體積取代廢棄混凝土粗骨料對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度影響的基礎(chǔ)上，著重探討了廢磚粗骨料體積取代率對(duì)再生混凝土收縮變形性能的影響。研究結(jié)果表明，等體積取代率為25%時(shí)，預(yù)吸水處理與裹漿處理均可最有效地降低再生混凝土的收縮變形，而對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度卻沒有明顯的降低作用。等體積取代率為25%時(shí)，預(yù)吸水處理下再生混凝土的抗收縮變形性能優(yōu)于裹漿處理，而裹漿處理下再生混凝土抗壓強(qiáng)度高于預(yù)吸水處理。

廢磚粗骨料；預(yù)處理；再生混凝土；等體積取代率；收縮與抗壓性能

再生混凝土的工程應(yīng)用大大減輕了土木工程建設(shè)對(duì)天然骨料資源的依賴和建筑垃圾（因舊建筑拆除，地震、洪水等自然災(zāi)害產(chǎn)生的固體廢棄物）排放、占地所帶來的生態(tài)環(huán)境問題，對(duì)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展十分有利。由于再生混凝土的水化、硬化過程極易發(fā)生收縮開裂[1]，且收縮開裂是其工程應(yīng)用中比較突出的難題。目前，盡管相關(guān)再生混凝土收縮性能方面的研究文獻(xiàn)較多[2-4]，但針對(duì)廢磚骨料摻量對(duì)再生混凝土抗壓及收縮性能影響的相關(guān)研究卻少有涉及。建筑垃圾中廢磚塊的含量?jī)H次于廢棄混凝土，對(duì)其廢棄不用會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境問題[5-6]，因此研究廢磚骨料摻量對(duì)再生混凝土收縮變形及抗壓性能的影響規(guī)律具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[7]。

本文采用預(yù)吸水處理法對(duì)廢磚粗骨料進(jìn)行預(yù)處理，采用裹漿法對(duì)廢磚粗骨料和廢棄混凝土粗骨料進(jìn)行預(yù)處理，研究不同廢磚粗骨料等體積取代率下再生混凝土抗壓強(qiáng)度與收縮變形的變化規(guī)律，為廢磚骨料與廢棄混凝土骨料的工程應(yīng)用提供有益參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 制作試件的原材料

水泥：采用太行山P.O 42.5級(jí)水泥；粉煤灰：采用邯鄲碼頭電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)灰（燒失量：7.39%，需水量比：103%）；減水劑：采用TW-JS聚羧酸高效減水劑；細(xì)骨料：采用天然河砂（細(xì)度模數(shù)為1.80，表觀密度2.65×103kg/m3）；水：采用邯鄲市飲用自來水。

粗骨料：采用再生粗骨料（廢棄混凝土粗骨料和廢磚粗骨料）。廢棄混凝土粗骨料采用建筑拆除的強(qiáng)度為C30的廢棄混凝土塊為骨料來源，經(jīng)分揀、清洗、破碎和篩分而成的粗骨料（粒徑范圍為5～25 mm）；廢磚粗骨料采用建筑拆除的強(qiáng)度為MU7.5的廢棄粘土磚塊為骨料來源，經(jīng)分揀、清洗、破碎和篩分而成的粗骨料（粒徑范圍為5～25 mm）。廢棄混凝土粗骨料和廢磚粗骨料的級(jí)配均滿足文獻(xiàn)[8]的相關(guān)要求。再生粗骨料基本性能指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果見表1。從表1可以看出， 廢磚粗骨料的飽和面干吸水率(浸泡24 h后，擦拭至面干時(shí)的吸水率)約為廢棄混凝土粗骨料的3.18倍，壓碎指標(biāo)約為廢棄混凝土粗骨料的1.7倍。

1.2 再生粗骨料的預(yù)處理

1.2.1 預(yù)吸水處理

預(yù)吸水處理是在常溫、常壓下將多孔、高吸水的廢磚粗骨料投入到已準(zhǔn)備好的盛有自來水的水池之中，使其完全淹沒，并在其浸泡24 h后撈出，且擦拭至面干，形成預(yù)吸水面干廢磚粗骨料。

1.2.2 裹漿處理

裹漿處理是先將水泥、粉煤灰、自來水（設(shè)計(jì)拌和水用量的一半）與高效減水劑拌制成凈漿狀，然后再加入廢磚粗骨料和廢棄混凝土粗骨料，攪拌60 s后，再將細(xì)骨料和剩余用水加入并攪拌100 s。

1.2.3 再生混凝土配合比

粗骨料全部采用廢棄混凝土粗骨料的再生混凝土(基準(zhǔn)再生混凝土)，用RC表示；分別選取r=15%、r=25%和r=35%的等體積取代率，由預(yù)吸水處理后的廢磚粗骨料部分等體積取代廢棄混凝土粗骨料而配制的再生混凝土，分別用ZRC1、ZRC2和ZRC3表示；分別選取r=15%、r=25%和r=35%的等體積取代率，由廢磚粗骨料部分等體積取代廢棄混凝土粗骨料，并經(jīng)裹漿處理方法而配制的再生混凝土，分別用ZGRC1、ZGRC2和ZGRC3表示。再生混凝土配合比詳見表2所示[9]。膠凝材料中粉煤灰摻量為水泥質(zhì)量的10%。在再生混凝土的制配中，水膠比取0.45（不包含廢磚粗骨料24 h吸收的水量）。通過調(diào)整減水劑的摻入量將再生混凝土的坍落度控制在180 mm左右，以保證新拌再生混凝土的基本工作性能。

表1 再生粗骨料的性能指標(biāo)Tab.1 Basic properties of recycled coarse aggregate

表2 再生混凝土配合比Tab.2 Mix proportions of recycled concrete mixtures

1.3 收縮與抗壓性能試驗(yàn)方法

依照設(shè)計(jì)的各試驗(yàn)系列再生混凝土配合比進(jìn)行再生混凝土的拌制，并完成各試驗(yàn)系列試件的澆筑。具體內(nèi)容如下：再生混凝土收縮變形實(shí)驗(yàn)采用100 mm ×100 mm ×515 mm棱柱體試樣，試樣每組制作3個(gè)試件，24 h后拆模并立即放置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中(溫度：(20±2)℃，相對(duì)濕度：95%以上)養(yǎng)護(hù)。3 d后將試件從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中取出并移送至溫度為(20±2)℃，相對(duì)濕度為(60±5)%的恒溫、恒濕室內(nèi)，待試件靜止4 h后對(duì)其初始長(zhǎng)度值進(jìn)行測(cè)量，此后對(duì)每組實(shí)驗(yàn)試件按1、3、7、14、28、45、60、90、120、150、180 d的時(shí)間間隔，在參照文獻(xiàn)[10]相關(guān)要求的基礎(chǔ)上測(cè)量其變形讀數(shù)(精度為0.01 mm)。再生混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)采用100 mm×100 mm×100 mm 的立方體試樣，試樣每組制作3個(gè)試件，養(yǎng)護(hù)條件與收縮變形實(shí)驗(yàn)試件相同。試驗(yàn)試件28 d抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)依據(jù)文獻(xiàn)[11]的相關(guān)要求進(jìn)行測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 等體積取代率r對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

抗壓強(qiáng)度取每組3個(gè)試件試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為代表值。預(yù)吸水處理和裹漿處理下，r對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度（28 d）影響的試驗(yàn)結(jié)果分別見圖1和圖2所示。

圖1 預(yù)吸水處理下r對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of r on compressive strength of recycled concrete under pre-wetted dispose

2.1.1 預(yù)吸水處理下r對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖2 裹漿處理下r對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of r on compressive strength of recycled concrete under paste dispose

由圖1可知，與RC組(r=0%)試件相比較，廢磚粗骨料經(jīng)預(yù)吸水處理后，當(dāng)r=15%時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度降低約為1.22%；當(dāng)r=25%時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度降低約為4.86%；當(dāng)r為35%時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度的降低量已達(dá)24.6%?？梢姡趓不超過25%時(shí)，r對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的降低作用并不明顯，而當(dāng)r超過25%時(shí)，r對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的降低作用顯著增強(qiáng)。

2.1.2 裹漿處理下r對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖2可知，與r=0%的RC組試件相比較，裹漿處理下，當(dāng)r=15%時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度提高了3.7%，而當(dāng)r=25%和r=35%時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度卻分別降低了2.4%和16.1%?？梢姡?dāng)r超過25%時(shí)，r對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的降低作用程增強(qiáng)趨勢(shì)。

2.2 等體積取代率r對(duì)再生混凝土收縮變形的影響

圖3 預(yù)吸水處理下r對(duì)再生混凝土收縮性能的影響Fig.3 Effect of r on shrinkage of recycled concrete under prewetted dispose

圖4 裹漿處理下r對(duì)再生混凝土收縮性能的影響Fig.4 Effect of r on shrinkage of recycled concrete under paste dispose

收縮變形取每組3個(gè)試件試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為代表值。預(yù)吸水處理和裹漿處理下，r對(duì)再生混凝土收縮變形影響的試驗(yàn)結(jié)果見圖3與圖4。試驗(yàn)結(jié)果表明：在28 d之前，各組再生混凝土試件的收縮變形均隨著時(shí)間的增加都有較快的增長(zhǎng)，之后收縮變形減緩，45 d之后各組再生混凝土試件的收縮變形已基本趨于穩(wěn)定。各組試件60 d的收縮變形值均達(dá)到其180 d收縮變形值的90%以上。

2.2.1 預(yù)吸水處理下r對(duì)再生混凝土收縮變形的影響

由圖3可知，在相同齡期條件下，r分別為15%，25%和35%再生混凝土試件的收縮變形量均小于等體積取代率為0%的RC組試件的收縮變形量。試件組收縮變形量由大到小的排列順序?yàn)椋篟C組＞ZRC1組＞ZRC2組＞ZRC3組。在180 d 時(shí)，與RC組試件相比較，r分別為15%，25%和35%時(shí)，其收縮變形量分別減小了8.6%，18.4%和17.5%。這主要是由于廢磚粗骨料在常壓下自來水預(yù)浸泡過程中，大量水分被吸附到廢磚粗骨料內(nèi)部的大空隙之中，對(duì)再生混凝土水化、硬化和環(huán)境蒸發(fā)過程中消耗掉的水分形成有了效補(bǔ)充，減小了再生混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔壓力，從而有效地降低了再生混凝土體積收縮變形的發(fā)生[12]。但當(dāng)r超過界限值后，廢磚粗骨料對(duì)界面過渡區(qū)的弱化作用增強(qiáng)，并使再生混凝土的抗收縮變形能力減弱。

2.2.2 裹漿處理下r對(duì)再生混凝土收縮變形的影響

從圖4中可以看出，在相同齡期條件下，r分別為15%，25%和35%再生混凝土試件的收縮變形量均小于RC組試件的收縮變形量。在180 d時(shí)，與RC組試件相比較，r分別為15%，25%和35%時(shí)，其收縮變形量分別減小了14.1%，16.2%和15.3%。這主要是由于經(jīng)裹漿處理的廢磚粗骨料和廢棄混凝土粗骨料，其界面過渡區(qū)得到了強(qiáng)化作用，并使其抗收縮變形能力得到提高。

2.3 處理方法對(duì)再生混凝土性能影響比較

在收縮變形性能方面，與RC組再生混凝土相比，摻入預(yù)吸水廢磚粗骨料的再生混凝土，其180 d齡期收縮變形均小于RC組,且最大降低幅度約為18.4%；裹漿處理的再生混凝土180 d齡期的收縮變形均小于RC組,且最大降低幅度約為16.2%。預(yù)吸水處理降低再生混凝土收縮變形的效果要略優(yōu)于裹漿處理的再生混凝土。

在抗壓性能方面，與RC組再生混凝土相比，摻入預(yù)吸水廢磚粗骨料的再生混凝土，其28 d抗壓強(qiáng)度均小于RC組，r=25%時(shí)抗壓強(qiáng)度減小約24.6%，當(dāng)r=35%時(shí)降低幅度最大（約為24.6%）；裹漿處理的再生混凝土，其28d齡期的抗壓強(qiáng)度在r=15%時(shí)提高了3.7%，而在r=25%和r=35%時(shí)抗壓強(qiáng)度均小于RC組,且最大降低幅度約為16.1%。裹漿處理的效果要優(yōu)于僅摻入預(yù)吸水廢磚粗骨料的再生混凝土。

3 結(jié)論

1）無論是預(yù)吸水處理，還是裹漿處理，等體積取代率為25%時(shí)，再生混凝土180 d的收縮變形均小于其他等體積取代率下的收縮變形。預(yù)吸水處理與裹漿處理對(duì)降低再生混凝土的收縮變形均非常有效，其中預(yù)吸水處理的效果最好。

2）與RC組再生混凝土相比：預(yù)吸水處理下再生混凝土抗壓強(qiáng)度均有一定的降低作用，而裹漿處理下，等體積取代率為15%時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度提高了3.7%；等體積取代率不超過25%時(shí)，預(yù)吸水處理和裹漿處理下再生混凝土抗壓強(qiáng)度降低量將不超過4.86%和2.40%；當(dāng)?shù)润w積取代率為35%時(shí)，預(yù)吸水處理和裹漿處理下抗壓強(qiáng)度約分別降低24.6%和16.1%。

3）工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)基于實(shí)體結(jié)構(gòu)對(duì)再生混凝土材料的抗壓與收縮變形性能的具體要求，來選擇相應(yīng)的預(yù)處理方法。

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Influence of waste brick coarse aggregate on compressive and shrinkage of recycled concrete

AN Xinzheng1，NIU Wei1，YANG Yingying1，ZHANG Yafei1，LIU Yan2
(1. Structural Experiment Teaching Demonstration Center of College of Civil Engineering, Hebei University of Engineer,Hebei Handan, 056038, China; 2. College of Urban and Rural Construction, Agricultural University of Hebei,Hebei Baoding, 071001, China)

waste brick coarse aggregate; pretreatment; recycled concrete; equal volume replacement ratio;shrinkage and compressive properties

TU528.01

A

1673-9469（2017）03-0056-04

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.03.012

2017-04-24 特約專稿

河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（E2015204111）；河北省科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（15273609D）

安新正（1963-），男，河南鎮(zhèn)平人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事土木工程材料、結(jié)構(gòu)耐久性理論研究與設(shè)計(jì)工作。

Absract：Taking equal volume replacement ratio of waste brick coarse aggregate as variable, the paper,based on discussing the influence of the waste brick coarse aggregate on the compressive strength of recycled concrete by replacing waste concrete coarse aggregate on equal volume, explores emphatically the impact of the volume replacement ratio of waste brick coarse aggregate to the shrinkage and deformation of recycled concrete. The results show that the volume replacement rate is 25%, water treatment and pre wrapped treatment can most effectively reduce the shrinkage deformation of recycled concrete, and the compressive strength of recycled concrete is not reduced obviously. When the volume replacement ratio is 25%, the shrinkage resistance of recycled concrete is better than that of wrapping treatment, and the compressive strength of wrapped slurry processing recycled concrete is higher than that of pre absorption treatment.