再生混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)正交分析

王丕祥 李鳳鳴

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，時(shí)間的推移，大量混凝土建筑逐步拆除、重建、翻新，產(chǎn)生大量廢舊混凝土，導(dǎo)致建筑垃圾日積月累，逐步增多,同時(shí)我國(guó)的混凝土建筑的最大服役年齡已接近70年[1-3]。在拆除重建過程中產(chǎn)生大量建筑垃圾，而我國(guó)平均每年產(chǎn)生的建筑垃圾在1.3×109t以上[4-7]，同時(shí)這些垃圾的處理主要是靠掩埋或者送到郊外等人煙稀少的地方堆積，很少的一部分才會(huì)被再利用。廢舊混凝土作為再生資源，可制作成骨料用于再生骨料混凝土，再生骨料可分為再生粗骨料和再生細(xì)骨料兩種[8-10]。將再生骨料代替天然骨料摻入混凝土中，形成的混凝土被稱為再生混凝土。張世民等[11]對(duì)再生混凝土進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能研究。徐萌波等[12]做了再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度等試驗(yàn)并進(jìn)行研究分析。劉合敏[13]對(duì)再生混凝土的應(yīng)用形式進(jìn)行了研究分析。魏麗[14]進(jìn)行了再生混凝土水灰比的影響研究。

本文基于對(duì)再生混凝土進(jìn)行力學(xué)性能的試驗(yàn)，對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行了正交試驗(yàn)分析，以確定影響因素，變量為減水劑、砂率和再生骨料(粗骨料)取代率，減水劑為1.1%，1.2%和1.3%，砂率為37%，38%和39%，取代率為30%，50%和70%。

1 試驗(yàn)

廢舊混凝土選用服役一年的實(shí)驗(yàn)室混凝土試件，強(qiáng)度為C40，進(jìn)行鄂式破碎，制作成粗骨料，壓碎值為24.22%。水泥選用小嶺牌水泥，型號(hào)為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，天然骨料選用石灰石碎石，砂子為中砂。外加劑選用高效減水劑。本試驗(yàn)通過9組54個(gè)試塊研究了不同取代率及不同外加劑量下，抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律。

2 試驗(yàn)分析

2.1 C30強(qiáng)度分析

設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30再生混凝土的正交試驗(yàn)，確定因素波動(dòng)范圍及指標(biāo)：再生骨料取代率：30%，50%，70%；外加劑：1.20%，1.35%，1.50%；砂率：37%，38%，39%；考察指標(biāo)：再生混凝土抗壓強(qiáng)度。確定強(qiáng)度和各因素相對(duì)應(yīng)正交表的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。

通過表1，對(duì)取代率等三個(gè)因素進(jìn)行對(duì)比分析，當(dāng)取代率為30%時(shí)，最高強(qiáng)度為51.20 MPa，對(duì)應(yīng)的砂率為38%，外加劑含量為1.50%；當(dāng)取代率為50%時(shí)，最高強(qiáng)度為49.42 MPa，此時(shí)對(duì)應(yīng)的砂率為37%，外加劑含量為1.35%；當(dāng)取代率為70%時(shí)，最高強(qiáng)度為41.58 MPa，與其相對(duì)應(yīng)的砂率為37%，外加劑含量為1.50%，將整個(gè)取代率所得結(jié)果制作成表2。砂率與外加劑含量以此類推，分別作出在砂率的影響下的最高強(qiáng)度表3以及在外加劑含量的影響下的最高強(qiáng)度表4。

表1 強(qiáng)度與取代率、砂率及外加劑含量正交表的對(duì)應(yīng)關(guān)系

表2 在取代率下的各水平最高強(qiáng)度 %

表3 在砂率下的各水平最高強(qiáng)度 %

表4 在外加劑含量下的各水平最高強(qiáng)度 %

根據(jù)表2～表4每個(gè)因素及各水平出現(xiàn)的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出表5。

表5 各因素及水平最高強(qiáng)度時(shí)出現(xiàn)的次數(shù)

由表5可以得出，當(dāng)取代率為30%時(shí)出現(xiàn)的次數(shù)最多，砂率在37%的時(shí)候出現(xiàn)的次數(shù)最多，外加劑含量在1.5%的時(shí)候出現(xiàn)的次數(shù)最多，所以最優(yōu)方案為取代率30%，砂率為37%，外加劑含量為1.5%，還需要與取代率30%砂率38%外加劑含量1.5%進(jìn)行對(duì)比，選擇最優(yōu)配合比，最終試驗(yàn)結(jié)果選擇砂率37%為最優(yōu)，強(qiáng)度為51.31 MPa。確定首要影響因素為再生骨料取代率，對(duì)再生混凝土的強(qiáng)度有直接的影響，取代率在30%時(shí)可以達(dá)到最高，而隨著取代率的提高，強(qiáng)度隨之下降；而砂率與外加劑的含量是影響強(qiáng)度的第二因素，強(qiáng)度隨著砂率的提高而降低，隨著外加劑的增加而增強(qiáng)。

2.2 C40強(qiáng)度分析

根據(jù)C30強(qiáng)度分析情況繼而對(duì)C40進(jìn)行分析，看是否情況一致。

表6 強(qiáng)度與取代率、砂率及外加劑含量正交表的對(duì)應(yīng)關(guān)系

通過表6，對(duì)表中的取代率等三個(gè)因素進(jìn)行對(duì)比分析，當(dāng)取代率為30%時(shí)，最高強(qiáng)度為53.57 MPa，對(duì)應(yīng)的砂率為38%，外加劑含量為1.3%；當(dāng)取代率為50%時(shí)，最高強(qiáng)度為51.32 MPa，對(duì)應(yīng)的砂率為39%，外加劑含量為1.3%；當(dāng)取代率為70%時(shí)，最高強(qiáng)度為48.59 MPa，對(duì)應(yīng)的砂率為37%，外加劑含量為1.3%，將整個(gè)取代率所得結(jié)果制作成表7。砂率與外加劑含量以此類推，分別作出在砂率的影響下的最高強(qiáng)度表8以及在外加劑含量的影響下的最高強(qiáng)度表9。

表7 在取代率下的各水平最高強(qiáng)度 %

表8 在砂率下的各水平最高強(qiáng)度 %

表9 在外加劑含量下的各水平最高強(qiáng)度 %

根據(jù)表7～表9每個(gè)因素及各水平出現(xiàn)的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出表10。

表10 各因素及水平最高強(qiáng)度時(shí)出現(xiàn)的次數(shù)

由表10得出，出現(xiàn)次數(shù)最高的是取代率30%和外加劑含量1.3%，次數(shù)均為5次，砂率的每個(gè)水平均出現(xiàn)2次。據(jù)分析得出，影響此次再生混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)的主要因素是再生骨料的取代率和外加劑含量，取最優(yōu)方案為30%取代率，1.3%外加劑含量，37%砂率。

3 結(jié)語(yǔ)

通過本次再生混凝土強(qiáng)度正交分析，影響再生混凝土強(qiáng)度的主要因素是再生骨料取代率，其次是外加劑的含量，第三是砂率的大小。分析得出：1)再生骨料為主要因素是因?yàn)樵偕橇媳旧斫?jīng)過再次破碎參入了再生混凝土，骨料結(jié)構(gòu)在破碎過程中遭到破壞，不完整，強(qiáng)度不能達(dá)到本身性能的最優(yōu)值，隨著取代率的增加，再生骨料在再生混凝土中成為主要的承重因素，所以強(qiáng)度隨之下降；2)其次是外加劑，高效減水劑本身對(duì)混凝土有增高強(qiáng)度的作用，再加上再生骨料吸水性較大，所以再生混凝土本身所需水量大，大大增加了混凝土的強(qiáng)度;3)砂率在混凝土強(qiáng)度中也是有很大的影響，本次試驗(yàn)由于再生骨料等因素影響較大，所以砂率對(duì)再生混凝土的強(qiáng)度影響相對(duì)較小。