再生混凝土和易性及強度受砂率影響研究

郭維維

（山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002）

隨著經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，建筑垃圾也在大量增加。廢棄的建筑垃圾大多采取掩埋的方法進行處理，容易造成二次污染，嚴重影響環(huán)境，如何處理建筑垃圾已成為眾人關注的問題。通過破碎、分級將廢棄的混凝土塊替代天然骨料而配成的再生混凝土是發(fā)展綠色混凝土非常重要的途徑，在其配制過程中，為了保證混凝土有足夠強度，砂石比例尤為重要，并通過砂率來體現(xiàn)，因為其會對混凝土的和易性、質(zhì)量等產(chǎn)生影響。目前，學者研究了再生粗骨料替代率、粗骨料種類、水灰比等的不同對再生混凝土各方面性能的影響，但較少在砂率影響再生混凝土的和易性及強度方面進行研究探討。本文研究C30再生混凝土在不同砂率影響的情況下和易性及強度的變化規(guī)律。

1 試驗材料及方案設計

1.1 試驗材料

1.1.1 再生粗骨料制備

將石材市場拆除產(chǎn)生的混凝土廢料用作制備再生粗骨料的原料，經(jīng)測試平均強度為28.9MPa。通過粉碎和篩分，所得再生骨料粒徑為5.5～25.5mm。為比較再生混凝土與普通混凝土在強度及收縮性能的差異，同時進行普通混凝土試驗作為參考。不同骨料的基本性質(zhì)見表1。

表1 骨料的基本性質(zhì)

1.1.2 混凝土配合比設計

本試驗的研究對象是制備C30再生粗骨料混凝土，同時通過普通混凝土試驗進行比較，分別用Z和P表示。試驗期間，再生混凝土試件中的粗骨料均為再生粗骨料，細骨料選自河砂。試驗時兩種混凝土的砂率分別為22%、27%、32%、37%、42%。在混凝土配合比設計中，使用P·O 42.5水泥，其密度為3.15g/cm3。天然河砂的表觀密度為2640kg/m3，天然粗骨料表現(xiàn)密度2730kg/m3，吸水率0.63%。減水劑選用高效減水劑，固體含量18.9%，用量為水泥用量的0.45%。設計配合比見表2。

表2 設計混凝土配合比

2 試驗過程與結果分析

2.1 混凝土坍落度受砂率變化的影響

根據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080—2016），測試C30再生混凝土和普通混凝土在不同砂率下的坍落度。試驗結果見圖1，從圖1中可以看出，隨著砂率的增加，兩種不同類型的混凝土坍落度值均呈先增大后減小的趨勢，普通混凝土坍落度達到最大值時砂率在27%左右，再生混凝土坍落度達到最大值時砂率在32%左右。由于混凝土在保證不泌水的情況下坍落度大，可以有較好的工作性能，因此，普通混凝土砂率及再生混凝土砂率分別取在27%和32%左右較為合適。當砂率分別為22%、27%、32%、37%、42%時，再生混凝土坍落度值分別為141mm、148mm、150mm、146mm、139mm，與再生混凝土相比，普通混凝土具有較大的坍落度值，其增加幅度分別為4.2%、4.1%、0.7%、1.4%、2.9%，這是因為粗糙的再生粗骨料吸附了更多的水泥砂漿，同時天然骨料的吸水率低于再生骨料，這增加了混凝土的用水量，降低了混凝土的稠度。

圖1 不同砂率條件下混凝土坍落度變化情況

2.2 混凝土強度受砂率變化的影響

制作不同砂率情況下邊長為150mm的普通混凝土和C30再生混凝土試件，依據(jù)《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081—2002），將試件置于標準條件下養(yǎng)護，測定其在齡期28天的抗壓強度。

制備邊長為150mm的不同砂率試件，在標準條件下養(yǎng)護28天后，進行450mm凈跨度和雙支點荷載下的彎曲和拉伸破壞試驗。

制備邊長為150mm的不同砂率試件，在標準條件下養(yǎng)護28天后，加載對應的條形荷載，將試件沿立方體中心劈裂破壞的力值進行換算，求得其軸心抗拉強度。

以上試驗結果見表3。從表3中可以看出，在增加砂率的條件下，C30再生粗骨料混凝土和普通混凝土的抗壓強度、抗折強度及劈裂抗拉強度均發(fā)生了變化，但變化幅度不大，表明混凝土力學性能受砂率變化的影響不明顯。普通混凝土相比再生粗骨料混凝土，以上三項力學指標均略大，隨著砂率增加，抗壓強度分別提高7.8%，7.5%，8.3%，8.4%，抗折強度分別提高9.3%，8.0%，8.5%，10.4%。劈裂抗拉強度分別提高14.8%，15.1%，16.1%，14.4%，這是因為水泥砂漿強度低且附著在再生粗骨料表面，當混凝土受荷載時，由于薄弱的過渡區(qū)存在，同時因為積累形成的細裂紋存在于再生骨料中，使得再生粗骨料混凝土強度有所降低。

表3 不同類型混凝土試驗強度

砂率對普通混凝土及再生混凝土拉壓比的影響見圖2、圖3。從圖2、圖3中可以看出，砂率的增大使得普通混凝土拉壓比呈先增大后減小的趨勢，而再生混凝土拉壓比呈一直增大的趨勢，但砂率達到一定值后，拉壓比增大的幅度減小。

圖2 砂率對普通混凝土拉壓比的影響

圖3 砂率對再生混凝土拉壓比的影響

2.3 砂率影響下的混凝土干燥收縮率變化情況

分別制作普通混凝土和C30再生混凝土試件。依據(jù)試驗規(guī)程，將試件在溫度（20±2）℃、相對濕度（60±5）%的條件下進行養(yǎng)護，同時測定試件在不同齡期的干燥收縮率。其結果見表4。

表4 混凝土干燥收縮率變化情況 單位:10-4

從表4的試驗結果可以看出，砂率的增大使得C30再生粗骨料混凝土及普通混凝土的干燥收縮長度變化率均以較小的幅度增加，在齡期大于128天后呈平穩(wěn)變化，這主要是因為細骨料的吸水率較大，砂率的增加使得細骨料的用量增加，因此，在水分蒸發(fā)后發(fā)生大的干收縮變形。與再生粗骨料混凝土相比，普通混凝土有較小的干燥收縮率變化率，因為其表面吸附的水泥砂漿相對較少，因而吸水量也少，在干燥的過程中水蒸發(fā)量也較少，這又導致了較小的干燥收縮變化率。而砂率的增大，會使得混凝土吸水率受再生粗骨料的影響程度減小，因此，混凝土呈平穩(wěn)的干燥收縮變化趨勢。

3 結 語

a.C30強度等級的再生混凝土和普通混凝土同時進行試驗，砂率的增加將導致坍落度先增大后減小，砂率分別取在32%和27%左右較為合適，但再生混凝土的坍落度值比普通混凝土小。

b.在提高砂率的條件下，C30再生粗骨料混凝土和普通混凝土的抗壓強度、抗折強度及劈裂抗拉強度變化幅度不大。與再生粗骨料混凝土相比，普通混凝土的上述三個力學指標略大。砂率的增大使得普通混凝土拉壓比呈先增大后減小的趨勢，而再生混凝土拉壓比呈一直增大的趨勢，但砂率達到一定值后，拉壓比增大的幅度減小。

c.在砂率不斷增加的情況下，C30再生粗骨料混凝土及普通混凝土干燥收縮長度變化率均以較小的幅度增加，在齡期大于128天后呈平穩(wěn)變化，再生粗骨料混凝土的干燥收縮變化率相對較大。