流動(dòng)性再生混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究

李丹丹, 海 然, 李樂(lè)峰， 王文迪， 王帥旗

(中原工學(xué)院 建筑工程學(xué)院， 鄭州 450007)

在我國(guó)現(xiàn)代城市化進(jìn)程中，每年幾十億噸建筑垃圾的堆放給環(huán)境造成了巨大的負(fù)擔(dān)。為了緩解建筑垃圾的持續(xù)堆放帶來(lái)的環(huán)境壓力，利用建筑垃圾制備再生骨料，制成再生混凝土，成為建筑垃圾處理的重要途徑之一。

近年來(lái)，對(duì)再生骨料和再生混凝土的研究和應(yīng)用引起了國(guó)內(nèi)外相關(guān)專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。與天然骨料相比，再生骨料的表觀密度和堆積密度較低、吸水率大、壓碎指標(biāo)高[1-2]。再生混凝土配合比設(shè)計(jì)比普通混凝土更加復(fù)雜，對(duì)再生混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一般主要考慮再生骨料的高吸水率[3-5]。通過(guò)預(yù)先吸水飽和，計(jì)算再生骨料吸水量，利用吸水量多的再生骨料進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，如此制備的再生混凝土拌合物的工作性明顯改善。研究還發(fā)現(xiàn)，再生骨料經(jīng)物理或者化學(xué)強(qiáng)化后，制備出的再生混凝土性能得到改善。如：Vivian W Y等[6]等采用二次攪拌工藝顯著提高了再生混凝土的抗壓強(qiáng)度；張學(xué)兵[7]等采用DSP漿液預(yù)處理的方法獲得的再生骨料混凝土的強(qiáng)度優(yōu)于基準(zhǔn)再生混凝土；朋改非等[8]證明采用“加熱剝離附著砂漿”的方法對(duì)再生骨料進(jìn)行改性，所得再生混凝土力學(xué)強(qiáng)度更優(yōu)。

綜上所述，關(guān)于再生混凝土的配合比和再生骨料改性的研究已相當(dāng)成熟，但是關(guān)于再生骨料取代率對(duì)再生混凝土工作性和力學(xué)性能影響的研究相對(duì)較少。本文旨在研究再生骨料取代率對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的影響，分析再生混凝土拉壓比和折壓比的變化規(guī)律。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

水泥：P.O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，性能參數(shù)見(jiàn)表1；細(xì)骨料：市售河砂，表觀密度為2 600 kg/m3，堆積密度為1 580 kg/m3，細(xì)度模數(shù)為2.48，含泥量為5.3%；粗骨料：市售河砂，5～25 mm連續(xù)級(jí)配，表觀密度為2 890 kg/m3，堆積密度為1 600 kg/m3，吸水率為1.9%；再生骨料：許昌金科再生資源有限公司生產(chǎn)，5～25 mm連續(xù)級(jí)配，表觀密度為2 550 kg/m3，堆積密度為1 460 kg/m3，吸水率為8.9%，紅磚質(zhì)量占比25%；水：普通自來(lái)水；減水劑：德國(guó)西卡生產(chǎn)，減水率為30%。

表1 普通硅酸鹽水泥P.O42.5的性能參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)利用坍落度為200 mm的C60普通混凝土作為基準(zhǔn)混凝土。選取的再生骨料質(zhì)量取代率為0、20%、30%、40%、50%、60%。再生混凝土，配合比見(jiàn)表2。

表2 再生混凝土的配合比

實(shí)驗(yàn)采用的混凝土抗壓、劈拉試塊的尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，抗折試塊尺寸為100 mm×100 mm×400 mm。按照《普通混凝土拌合物性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50080-2011)，用坍落度筒法對(duì)混凝土拌合物工作性進(jìn)行測(cè)試，確定其流動(dòng)性，用觀察法判斷其保水性和粘聚性。按照《普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法》(GB/T50081-2011)，用最大壓力值為1 000 kN的液壓式壓力機(jī)對(duì)混凝土試塊進(jìn)行抗壓、劈拉和抗折強(qiáng)度測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 再生骨料取代率對(duì)再生混凝土工作性的影響

不同再生骨料取代率的再生混凝土坍落度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 取代率與坍落度的關(guān)系曲線圖

由圖1可知，隨著再生骨料取代率的增加，坍落度呈迅速下降趨勢(shì)，混凝土由200 mm的大流動(dòng)性混凝土降至10 mm的低塑性混凝土。其原因是，再生骨料自身的孔隙率和吸水率較大，自身需要大量的自由水。隨著再生骨料取代率的增加，用于混凝土拌和的自由水逐漸減少，導(dǎo)致混凝土拌合物的流動(dòng)性降低，坍落度下降。此外，再生骨料自身攜帶的水泥漿與新的水泥漿同時(shí)水化，基體的粘結(jié)性增強(qiáng)，也會(huì)導(dǎo)致混凝土拌合物坍落度下降。

2.2 再生骨料取代率對(duì)再生混凝土抗壓性能的影響

不同再生骨料取代率的再生混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同再生骨料取代率的再生混凝土的力學(xué)參數(shù)

由于再生混凝土內(nèi)部薄弱界面相對(duì)較多，相比普通混凝土，強(qiáng)度略有降低。但是，隨著再生骨料取代率的增加，在再生骨料取代率小于30%時(shí)，再生混凝土28 d抗壓強(qiáng)度基本沒(méi)受影響；當(dāng)再生骨料取代率為30%～50%時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度略低于再生骨料取代率小于30%時(shí)的再生混凝土；當(dāng)再生骨料取代率為60%時(shí)，它的28 d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土下降了19%。再生骨料自身未水化的水泥漿加水后會(huì)繼續(xù)水化，從而與基體接觸得更緊密，增強(qiáng)了骨料與水泥漿界面的粘結(jié)能力，因此再生骨料取代率低的再生混凝土抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土差別不大。對(duì)于再生骨料取代率高的再生混凝土，因?yàn)樵偕橇鲜怯苫炷翂K破碎而來(lái)，自身強(qiáng)度較天然骨料低，用它們制配的再生混凝土抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土低。對(duì)于再生混凝土的早期強(qiáng)度，隨著再生骨料取代率的增加，再生骨料孔隙率增大，為早期的混凝土水化提供空間和水分的能力降低，從而造成再生混凝土早期強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土差。

另外，隨著再生骨料取代率的增加，當(dāng)再生骨料取代率小于50%時(shí)，它們的抗折強(qiáng)度可以達(dá)到C50級(jí)混凝土國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)再生骨料取代率為60%時(shí)，再生混凝土的抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土降低了52%。這是因?yàn)殡S著再生骨料取代率的增加，再生骨料表面失去活性的老化水泥漿數(shù)量也相應(yīng)增加，無(wú)法與基體更好地結(jié)合，而混凝土的抗折強(qiáng)度主要依賴于水泥漿與集料界面的結(jié)合強(qiáng)度，所以再生骨料取代率為60%的再生混凝土抗折強(qiáng)度降低。對(duì)于再生混凝土的抗拉強(qiáng)度而言，當(dāng)再生骨料取代率為20%、30%時(shí)，再生混凝土的抗拉強(qiáng)度分別高出基準(zhǔn)混凝土的1.8%、0.7%。這是因?yàn)?一是再生骨料收縮變形較大，能承受較大的劈拉變形[9-10]；二是再生骨料表面機(jī)械嚙合力和化學(xué)作用力提高了再生混凝土承受豎直變形的能力。

2.3 再生骨料取代率對(duì)再生混凝土彎拉性能的影響

再生混凝土的折壓比和拉壓比與再生骨料取代率的關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 不同再生骨料取代率的再生混凝土的折壓比和拉壓比

由圖2可以看出，隨著再生骨料取代率的增加，再生混凝土的折壓比整體呈下降趨勢(shì)，除取代率60%之外，由其他取代率再生骨料所得再生混凝土的折壓比均滿足要求。再生混凝土的拉壓比在取代率為0～40%時(shí)呈上升趨勢(shì)。在取代率為40%時(shí)超過(guò)基準(zhǔn)混凝土拉壓比的6.7%，這是因?yàn)榇藭r(shí)再生骨料收縮與基體收縮同步，再生骨料與水泥砂漿粘結(jié)強(qiáng)度最大。

3 結(jié) 論

隨著再生骨料質(zhì)量取代率的增加，再生混凝土拌合物的坍落度由200 mm降到10mm。當(dāng)再生骨料取代率在50%以內(nèi)時(shí)，配制的再生混凝土的力學(xué)性能與基準(zhǔn)混凝土差別不大；當(dāng)再生骨料取代率大于50%時(shí)，配制的再生混凝土的力學(xué)性能較基準(zhǔn)混凝土有所下降。隨著再生骨料取代率的增加，再生混凝土的拉壓比表現(xiàn)平穩(wěn)，折壓比逐漸下降。綜合分析可知，當(dāng)再生骨料取代率小于50%時(shí)，配制的再生混凝土的脆性特征得以改善。根據(jù)不同再生骨料取代率的再生混凝土的力學(xué)性能和工作性，在再生骨料取代率為30%～50%時(shí)更適合發(fā)揮再生混凝土的優(yōu)勢(shì)。

[1] 張向?qū)? 陳宗平, 薛建陽(yáng). 再生混凝土的物理與力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究[J].硅酸鹽通報(bào)， 2015, 34(6): 1684-1689.

[2] Kou S C, Pooh C S. Enhancing the durability properties of concrete prepared with coarse recycled aggregate[J]. Construction and Building Materials, 2012(35): 69-76．

[3] 張學(xué)兵, 方志, 鄧壽昌,等. Additional water use influencing strength and fluidity of recycled concrete[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(英文版), 2008, 15(s1):221-224.

[4] 孫躍東, 肖祥, 龐儉,等. 再生骨料混凝土的配合比實(shí)驗(yàn)研究[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009, 28(1): 25-29.

[5] Liu X H, Liu Z L, Zhang X B. The calculation of unit water use in recycled concrete[J]. Advanced Materials Research, 2011, 217-218:539-543.

[6] Vivian W Y, Tam C M. Diversifying two-stage mixing approach for recycled aggregate concrete：TSMAs and TSMAsc[J]. Construction and Building Materials, 2008(22): 2068-2077．

[7] 張學(xué)兵, 方志, 郭雪怡,等. DSP強(qiáng)化與預(yù)處理的再生骨料混凝土強(qiáng)度及破壞機(jī)理分析[J].工業(yè)建筑, 2012, 42(4):15-20.

[8] 朋改非, 黃艷竹, 張九峰. 骨料缺陷對(duì)再生混凝土力學(xué)性能的影響[J].建筑材料學(xué)報(bào), 2012, 15(1):80-84.

[9] Kou S C, Poon C S. Properties of concrete prepared with crushed fine stone, furnace bottom ash and fine recycled aggregate as fine aggregates[J]. Construction and Building Materials, 2009, 23(8): 2877-2886.

[10] 郝彤, 趙文蘭. 不同再生細(xì)骨料取代率混凝土的抗壓及干燥收縮實(shí)驗(yàn)研究[J]. 新型建筑材料, 2011(2): 29-31.