再生混凝土抗壓強度試驗研究

高 旭，王 寧（山東科技大學土木工程與建筑學院，山東青島 ）

0 引言

近些年來國家大力推動綠色節(jié)能型建筑發(fā)展，拆除建筑所產(chǎn)生的大量廢棄混凝土處理起來非常棘手，將其破碎后作為骨料重新使用是一種綠色環(huán)保的措施[1]。將已凝結(jié)成型的混凝土經(jīng)破碎、篩選、清洗后替代石子拌制而成的混凝土稱為再生混凝土[2]。再生混凝土的使用不僅可以解決建筑垃圾處理問題，同時可以降低工程建造材料的成本，還有效的節(jié)約天然資源的使用，符合我國可持續(xù)發(fā)展的政策方向[3]。我國學者對再生混凝土的研究相比于國外學者較晚，本文通過對不同取代率的再生混凝土試塊進行抗壓試驗，為今后再生混凝土研究及工程應用提供試驗數(shù)據(jù)基礎。

1 試驗設計

1.1 材料基本性能

本次試驗所使用山水牌P·O42.5R普通硅酸鹽水泥，拌和及養(yǎng)護所用的水為飲用自來水，使用普通河砂為細骨料，標準中砂，所用粗骨料分為天然石子和再生粗骨料，再生粗骨料為青島市某拆除廢棄混凝土構(gòu)件經(jīng)破碎、過篩、沖洗、曬干后而成，本試驗主要研究再生粗骨料性能對拌合成的再生混凝土力學性能的影響，因此對粗骨料性能進行相關的性能測試。見表1。

1.2 配合比設計

本試驗齡期參數(shù)分別為7 d，14 d，28 d，100 d四個齡期，粗骨料取代率分別為0%，50%，100%，混凝土立方體試件尺寸100 mm×100 mm×100 mm，共12組36塊，配合比設計符合《普通混凝土配合比設計規(guī)程》JGJ 55—2011內(nèi)的相關要求，因所用的再生粗骨料吸水率過大，在拌和時增加3%的附加吸水量，配合比具體內(nèi)容見表2。

表1 粗骨料性能指標

表2 再生混凝土的配合比 kg/m3

1.3 試件制作及加載設備

采用強制350攪拌機進行混凝土攪拌，先將粗骨料，水泥，砂按次序加入并攪拌均勻，減水劑同拌合用水攪拌并加入攪拌機內(nèi)，水分3次加入，待各種材料攪拌成膠凝狀態(tài)，坍落度符合要求后卸料并裝入試模進行振動臺振搗，表面無氣泡浮出時停止振搗，試件靜置24h拆模后進行編號，置于養(yǎng)護箱標準養(yǎng)護至28 d，到達設計齡期進行抗壓強度試驗。

試驗加載設備為長春產(chǎn)的TAW-2000電液伺服巖石三軸儀，抗壓強度試驗采用力控加載，先進行預加載至2 kN，然后采用加載速率為2 kN/s勻速加載，至試件壓壞停止試驗。

2 試驗現(xiàn)象

再生混凝土立方體抗壓破壞狀態(tài)與普通混凝土較為相似，隨著軸向荷載的增大，試件最終剝落成X型，見圖1，不同在于再生混凝土破壞時出現(xiàn)裂縫劈裂了再生骨料，普通混凝土破壞裂縫均未出現(xiàn)劈裂天然骨料，再生混凝土試件開裂荷載隨齡期的延長有所增大，100 d較7 d齡期時裂縫發(fā)展快，試件破壞較迅速。這是因為再生粗骨料還有老砂漿成分[4]，這些老砂漿強度低于天然的粗骨料，受壓時在再生粗骨料易被劈裂，養(yǎng)護初期，試件內(nèi)部水化反應還未充分，試件硬度較低，長齡期時，試件內(nèi)部水分充分耗盡，破壞時表現(xiàn)出脆性破壞形態(tài)。

圖1 立方體抗壓破壞

3 結(jié)果分析

3.1 立方體抗壓強度

再生混凝土立方體抗壓強度試驗結(jié)果列于表3內(nèi)，為了使試驗結(jié)果數(shù)據(jù)更具有代表性，每組每各齡期做3個試件，當實際測出的3個強度值中最大值或最小值與平均值之差小于15%時，以平均值作為強度值；若大于時，則取中間值作為強度值。本試驗進行理論研究，所以不考慮非標準試件尺寸效應影響系數(shù)。

表3 抗壓強度平均值 MPa

由表3的試驗結(jié)果可知：長齡期再生混凝土立方體抗壓強度大于短齡期抗壓強度，同齡期再生混凝土立方體抗壓強度隨再生骨料取代率的增大有所降低。在7 d齡期時，B、C組相比于A組抗壓強度降低分別為1.68%、25.68%，在28d齡期時，B、C組相比于A組抗壓強度降低分別為12.34%，14.98%。這是因為再生粗骨料在經(jīng)顎式破碎機破碎時，造成骨料內(nèi)部損壞，試件澆筑的新拌砂漿強度小于粗骨料強度，所受荷載主要由骨料承擔，A、B組結(jié)果值較為接近。隨著養(yǎng)護齡期延長，新砂漿強度增長，試件整體剛度增大，B組試件內(nèi)部再生粗骨料產(chǎn)生的不利影響明顯；C組試件內(nèi)部所含總砂漿量較多，新砂漿強度增長對試件后期抗壓強度產(chǎn)生有利影響。

3.2 相對立方體抗壓強度

將試驗結(jié)果以7 d抗壓強度值為基準進行歸一化見圖2。分析相對立方體抗壓強度可知，在14～28 d區(qū)間內(nèi)B組、C組曲線斜率小于等于A組，這說明再生混凝土抗壓強度增長速率小于普通混凝土；在28～100 d區(qū)間內(nèi)B組、C組曲線斜率大于A組，分析原因是再生粗骨料內(nèi)部的微縫隙在拌和時吸入部分水，試件脫離恒溫恒濕養(yǎng)護條件后，外表水分蒸發(fā)，縫隙內(nèi)部水分釋放后在試件內(nèi)部形成內(nèi)養(yǎng)護模式，相當于養(yǎng)護時間延長，有利于后期強度增長。

圖2 相對立方體抗壓強度

3.3 強度推算曲線

研究表明普通混凝土強度與齡期呈指數(shù)關系[5]，使用齡期-強度關系推算長期強度有利于今后再生混凝土的應用，本文對所試驗的每組再生混凝土試驗結(jié)果進行數(shù)學擬合具體公式如下：

決定系數(shù)R2是判別數(shù)據(jù)與模型相關性的參數(shù)，越接近1表示相關性越好，從圖（3）可知擬合結(jié)果的R2均大于0.97，說明擬合結(jié)果與實測值吻合較好。

圖3 立方體抗壓強度-齡期曲線

4 結(jié)論

（1）再生混凝土軸向受壓試驗破壞形態(tài)呈X型。與普通混凝土的不同點在于再生混凝土出現(xiàn)裂縫發(fā)展將再生粗骨料劈裂，普通混凝土未出現(xiàn)；隨齡期延長再生混凝土開裂荷載增大，試件破壞表現(xiàn)出脆性破壞形態(tài)。

（2）長齡期再生混凝土立方體抗壓強度有所增大。28 d齡期之前，再生混凝土強度增長速率小于普通混凝土，28 d齡期之后，再生混凝土強度增長速率大于普通混凝土，其原因是裂縫內(nèi)吸入的水對內(nèi)部提供二次養(yǎng)護有利于后期強度增長。高取代率比低取代率的再生混凝土抗壓強度有所降低，分析其原因是再生粗骨料在破碎時產(chǎn)生原始破損，使其拌和而成的混凝土強度也隨之降低。

（3）通過對再生混凝土抗壓強度的試驗結(jié)果進行數(shù)學擬合，擬合結(jié)果與實測值相關系數(shù)R2均大于0.97，較好的吻合，為今后再生混凝土設計使用提供試驗基礎。