摻粉煤灰再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度研究

荊慧斌，賴海珍，李陽，王沖

（1.中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)有限公司上海分公司，上海 201999；2.崇明區(qū)農(nóng)村水利管理所，上海 202150；3.西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院，陜西西安 710048）

再生粗骨料主要是經(jīng)加工破碎后粒徑大于4.75 mm的廢棄建筑材料（如砂漿、混凝土、磚瓦等材料）的骨料顆粒；再生細(xì)骨料主要是經(jīng)加工破碎后粒徑不大于4.75 mm的廢棄建筑材料（如砂漿、磚瓦、混凝土等材料）的骨料顆粒[1-2]。為提高再生混凝土集料的利用范圍，本文所研究暫不考慮再生混凝土細(xì)骨料對于再生混凝土強(qiáng)度的影響，本文著重研究再生粗集料。

目前，我國關(guān)于再生骨料的研究缺乏較為系統(tǒng)的應(yīng)用研究，也缺乏較為完整的再生混凝土應(yīng)用的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，仍處于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的初步階段。Khaleel等人[3-6]提出了各參數(shù)對再生骨料混凝土性能影響的一種強(qiáng)度預(yù)測模型，并對再生骨料的性能強(qiáng)度使用多線性和非線性回歸分析。賈艷東等學(xué)者通過相關(guān)的試驗(yàn)研究了不同的再生粗骨料替代率對再生混凝土抗壓性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：再生骨料混凝土相較于天然骨料混凝土，它的力學(xué)性能有所下降，但根據(jù)規(guī)范要求其可以滿足要求[7]，相同的結(jié)論路行文等學(xué)者進(jìn)行的試驗(yàn)研究得以驗(yàn)證[8]。

本文通過試驗(yàn)研究再生骨料采用不同母體混凝土強(qiáng)度、再生粗骨料替代率等因素對再生骨料混凝土抗拉性能的機(jī)理進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)所采用材料見表1。

表1 試驗(yàn)材料表Tab.1 The experiment material

1.2 配合比設(shè)計(jì)

再生混凝土初步配合比根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[9]外加一定的修正系數(shù)確定，粉煤灰摻量根據(jù)《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》[10]進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行減水劑摻量設(shè)計(jì)。再生混凝土的強(qiáng)度根據(jù)所配制再生混凝土坍落度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。各編號(hào)再生混凝土配合比見表2。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)測定抗拉強(qiáng)度的儀器是天水紅山WAW-1 000型萬能試驗(yàn)機(jī)。試件尺寸：100 mm×100 mm×100 mm。

試驗(yàn)試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)混凝土試件養(yǎng)護(hù)28 d以后取出，對試件進(jìn)行保濕，以出現(xiàn)干縮裂縫等；隨后開始試驗(yàn)，首先檢查混凝土試件表面光滑程度，隨后對于混凝土試件的尺寸進(jìn)行復(fù)核，精確到1 mm，計(jì)算再生混凝土受壓面積。存在嚴(yán)重缺陷的再生混凝土試件應(yīng)廢棄；將再生混凝土試件放在混凝土壓力試驗(yàn)機(jī)臺(tái)座的正中央，當(dāng)承壓板與混凝土試件成型時(shí)的頂面垂直。開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)；進(jìn)行劈裂抗拉試驗(yàn)時(shí)，在混凝土的上下部分別放置兩根鋼筋，保證上下面的鋼筋都位于混凝土的中部；以0.5 mm/min的恒定速度進(jìn)行加載，保持速度不變，加載由微機(jī)進(jìn)行控制，拍照記錄。圖1顯示了天然粗骨料和再生骨料混凝土的破壞形態(tài)。對于再生混凝土而言，破壞后裂縫發(fā)展方式有所不同，破壞的部位主要表現(xiàn)在兩個(gè)部位：1）再生粗骨料和水泥砂漿之間的界面過渡區(qū)；2）再生粗骨料本身（從再生骨料中間破壞）。如圖2所示，天然骨料混凝土破壞以后，天然骨料并沒有出現(xiàn)破壞，裂縫主要沿著天然骨料與砂漿的結(jié)合面進(jìn)行延伸。然而，對于再生混凝土立方體試件，劈裂以后的樣品表現(xiàn)出完美的雙邊對稱性，可以看出再生骨料在劈裂試驗(yàn)中發(fā)生了破壞。

圖1 天然骨料混凝土劈裂抗拉破壞試件Fig.1 Destruction piece of natural aggregate concrete splitting tensile test

圖2 再生骨料混凝土劈裂抗拉破壞試件Fig.2 Destruction piece of recycled aggregate concrete splitting tensile test

表2 再生混凝土配合比Tab.2 Mixing proportion of surface slab concrete

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 不同再生骨料替代率影響分析

試驗(yàn)測定結(jié)果見圖3—圖5。

圖3 再生混凝土抗拉強(qiáng)度隨著再生骨料摻量變化關(guān)系（w/c=0.45）Fig.3 The relationship between splitting tensile strength of recycled aggregate and recycled aggregate content（w/c=0.45）

圖4 再生混凝土抗拉強(qiáng)度隨著再生骨料摻量變化關(guān)系（w/c=0.40）Fig.4 The relationship between splitting tensile strength of recycled aggregate and recycled aggregate content（w/c=0.40）

根據(jù)以上變化關(guān)系曲線（圖3—圖5），可以得出：不同替代率對于再生骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度影響較大。隨著再生骨料替代率的逐漸增大，其劈裂抗壓強(qiáng)度趨于逐漸較小。

出現(xiàn)上述結(jié)果的原因主要有以下2個(gè)方面：

圖5 再生混凝土抗拉強(qiáng)度隨著再生骨料摻量變化關(guān)系（w/c=0.35）Fig.5 The relationship between splitting tensile strength of recycled aggregate and recycled aggregate content（w/c=0.35）

1）再生混凝土內(nèi)部結(jié)合面

再生混凝土中粗骨料與所替代天然骨料粒徑相同的情況下，是不會(huì)減少混凝土的抗拉強(qiáng)度的。然而，在再生混凝土的內(nèi)部，存在著3個(gè)結(jié)合面，包括：再生骨料上黏結(jié)砂漿與自然骨料之間的結(jié)合面；再生骨料上黏結(jié)的舊砂漿與新砂漿直接的結(jié)合面；天然骨料與新砂漿之間的結(jié)合面。

根據(jù)前人研究成果可知：天然骨料與黏結(jié)砂漿、新砂漿之間的結(jié)合面對再生混凝土抗拉強(qiáng)度的影響較小。然而，再生骨料上黏結(jié)的舊砂漿與新砂漿直接的結(jié)合面影響較大。舊砂漿與新砂漿結(jié)合面隨著再生骨料的含量增多而產(chǎn)生的就越多，因此，高替代率下的再生骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度較小。

2）再生骨料混凝土的孔隙率與含水率

拌和的再生混凝土在水化過程中，多余水分會(huì)從再生骨料中釋放出來，致使含水率變大。再生骨料具有孔隙率大、壓碎值高等基本性能。因此，再生混凝土在承受軸向應(yīng)力時(shí)候，其較高的孔隙率與含水率容易形成應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而導(dǎo)致再生混凝土抗拉強(qiáng)度下降。

2.2 母體混凝土強(qiáng)度對再生混凝土抗拉強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)測定結(jié)果見圖6—圖8。

根據(jù)以上變化關(guān)系曲線（圖6—圖8），可以得出：再生骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度與再生骨料的來源有著很大的關(guān)系，再生混凝土骨料的母體混凝土強(qiáng)度越大，導(dǎo)致再生骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度有所提高。

再生混凝土抗拉強(qiáng)度隨著母體混凝土抗拉強(qiáng)度增加，其抗拉強(qiáng)度都有不同程度的增加。由于廢棄混凝土破碎物（再生骨料母體混凝土）是再生混凝土粗骨料的主要來源。因此，再生骨料母體混凝土強(qiáng)度越高，所得到的粗骨料強(qiáng)度越高，骨料內(nèi)部的微小裂縫也就越少，很大程度上提升了再生骨料的性質(zhì)，于是，再生混凝土抗拉強(qiáng)度也會(huì)隨之提高。

圖6 再生混凝土抗拉強(qiáng)度隨著母體混凝土強(qiáng)度的變化關(guān)系（w/c=0.45）Fig.6 Variation of splitting tensile strength of recycled concrete with the strength of parent concrete（w/c=0.45）

圖7 再生混凝土抗拉強(qiáng)度隨著母體混凝土強(qiáng)度的變化關(guān)系（w/c=0.40）Fig.7 Variation of splitting tensile strength of recycled concrete with the strength of parent concrete（w/c=0.40）

圖8 再生混凝土抗拉強(qiáng)度隨著母體混凝土強(qiáng)度的變化關(guān)系（w/c=0.35）Fig.8 Variation of splitting tensile strength of recycled concrete with the strength of parent concrete（w/c=0.35）

3 結(jié)論

通過天水紅山WAW-1 000型萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了不同再生骨料摻量以及不同母體混凝土強(qiáng)度再生混凝土的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

1）對于再生混凝土而言，破壞后裂縫發(fā)展方式有所不同，破壞的部位主要體現(xiàn)在為2個(gè)方面：第一個(gè)方面為再生混凝土粗骨料與其所在部位周圍的砂漿之間產(chǎn)生的界面薄弱過渡區(qū)內(nèi)，另一個(gè)方面是體現(xiàn)在再生混凝土粗骨料本身的薄弱面。

2）再生骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度受再生混凝土粗骨料與其母體混凝土強(qiáng)度影響較大。再生混凝土粗骨料替代率的增大，再生骨料母體混凝土強(qiáng)度的提高，再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度有所增加。

[1]GHOLAMREZA FATHIFAZL，RAZAQPUR A，ISGOR ABDELGADIR O，et al.Creep and drying shrinkage characteristics of concrete produced with recycled concrete aggregate[J].Cement Concr Compos，2011（33）：1026-1037.

[2]SAGOE-CRENTSIL K K，BROWN T，TAYLOR A H.Performance of concrete made with commercially produced coarse recycled concrete aggregate[J].Cem Concr Res，2001，31（5）：707-712.

[3] 祝林超，李鵬，寇君淑，等.再生粗骨料混凝土物理力學(xué)性能研究進(jìn)展[J].四川建材，2015，41（3）：13-14.ZHU Linchao，LI Peng，KOU Junshu，et al.Research progress of physical properties of recycled coarse aggregate concrete[J].Sichuan Building Materials，2015，41（3）：13-14.

[4] 文希，王澤云.再生混凝土的抗壓強(qiáng)度的研究分析[J].四川建材，2010，36（1）：3-5.WEN Xi，WANG Zeyun.Research and analysis of compressive strength of recycled concrete[J].Sichuan Building Materials，2010，36（1）：3-5.

[5] HUDA S B，ALAM M S.Mechanical and freeze-thaw durability properties of recycled aggregate concrete made with recycled coarse aggregate[J].J Mater Civ Eng，2015，10（27）：1-9.

[6] 肖建莊.再生混凝土單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€實(shí)驗(yàn)研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，35（11）：1445-1449.XIAO Jianzhuang.Experimental study on stress-strain curves of recycled concrete under uniaxial compression[J].Journal of Tongji University（Natural Science），2007，35（11）：1445-1449.

[7] GUO Y，QIAO J，WANG X.Pore structure and influence of recycled aggregate concrete on drying shrinkage[J].Mathemat Probl Eng，2013：1-7.

[8]BOUCHERIT D，KENAI S，KADRI E，et al.A simplified model for the prediction of long term concrete drying shrinkage[J].KSCE J Civ Eng，2014（18）：2196-2208.

[9] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程：JGJ 55-2011[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[10]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范：DL/T5055-2007[S].北京：中國電力出版社，2007.