基于強(qiáng)度的再生混凝土配合比設(shè)計(jì)探討

尹磊 江李倫 莊錦亮

摘要：再生混凝土是指將廢棄的混凝土塊經(jīng)過破碎、清洗、分級(jí)后，按一定比例與級(jí)配混合，部分或全部代替砂石等天然集料，再加入水泥、水等配制而成的新混凝土。但是目前再生混凝土的強(qiáng)度較低，導(dǎo)致工程應(yīng)用較少。擬從設(shè)計(jì)原理、材料選擇、配合比計(jì)算、等方面進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出能夠滿足工程要求的再生混凝土配合比方案。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)度;再生混凝土;配合比

0 ?引言

每年因?yàn)閺U舊混凝土的堆放、處理不當(dāng)都會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。利用廢棄混凝土制備再生骨料，既能節(jié)省天然骨料，保護(hù)骨料產(chǎn)地生態(tài)環(huán)境，又能減輕混凝土廢棄物造成的生態(tài)環(huán)境惡化等問題，走一條人與自然和諧相處的可持續(xù)發(fā)展道路。充分利用廢棄混凝土制備再生骨料，能減輕混凝土廢棄物造成的生態(tài)環(huán)境惡化等問題。目前目前再生混凝土的強(qiáng)度較低，導(dǎo)致工程應(yīng)用較少。因此研究如何提高再生混凝土的強(qiáng)度，探討配合比設(shè)計(jì)方案，可為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。

1 ?設(shè)計(jì)原理

混凝土的強(qiáng)度主要取決于骨料本身的強(qiáng)度、水泥石強(qiáng)度及其與集料間的粘結(jié)強(qiáng)度，又與水泥標(biāo)號(hào)、水灰比有密切關(guān)系。配制高強(qiáng)度混凝土的關(guān)鍵在于提高混凝土的密實(shí)度。在滿足混凝土工程應(yīng)用強(qiáng)度的前提下，設(shè)計(jì)不同的再生骨料取代率獲得滿足混凝土表觀密度和抗壓強(qiáng)度要求的再生混凝土。

2 ?材料選用

2.1粗骨料

混凝土強(qiáng)度是由膠凝材料和骨料的強(qiáng)度以及它們之間的膠結(jié)力保證的，因此要采用強(qiáng)度高的骨料。再生混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)與骨料粒徑有著密切關(guān)系：隨著骨料粒徑的增大，其內(nèi)部的孔隙率增大，膠凝材料的膠結(jié)能力降低，而抗壓強(qiáng)度則下降得較多。骨料的強(qiáng)度、粒徑、級(jí)配對(duì)再生混凝土的性能具有很大影響。因此骨料選擇為具有連續(xù)級(jí)配的普通粗骨料摻加再生混凝土骨料。

2.2細(xì)骨料

用普通河砂作為細(xì)骨料，試驗(yàn)所用級(jí)配連續(xù)的河砂。

2.3礦物摻合料

在配制混凝土?xí)r，加入礦物摻和料不僅能節(jié)約水泥，降低混凝土的水化熱，改善混凝土的和易性。而且由于摻合料的形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)和火山灰效應(yīng)能改善混凝土工作性，增進(jìn)混凝土的后期強(qiáng)度，改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高混凝土的抗裂性及耐久性的作用。

本設(shè)計(jì)方案加入的礦物摻合料有：

硅灰：四川朗天公司生產(chǎn)，細(xì)度為0.8μm，平均粒徑在0.1～0.3μm，表觀密度為2100kg/m?。

粉煤灰：湖南省四通化建有限公司生產(chǎn)，干灰含水率<1%，平均粒徑在0.1～0.4μm，表觀密度為1060kg/m?。

2.4膠凝材料

混凝土的強(qiáng)度隨集料的強(qiáng)度增加而增加，水泥石的強(qiáng)度與混凝土的強(qiáng)度密切關(guān)聯(lián)。水泥用量和強(qiáng)度是影響混凝土強(qiáng)度及其它性能最主要的參數(shù)之一。因此，水泥用量的選擇尤為重要。擬采用強(qiáng)度較高、混合材料摻量較少的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，在保證強(qiáng)度的前提下采用最小水泥用量為原則。本設(shè)計(jì)方案使用的水泥等級(jí)為42.5R的普通硅酸鹽水泥，實(shí)驗(yàn)室測(cè)出的表觀密度為3100kg/m?。

2.4減水劑

減水劑能夠在保持混凝土坍落度基本不變的條件下，減少拌合用水量。減水劑加入后，混凝土拌合物后對(duì)水泥顆粒有分散作用，能改善其工作性，減少單位用水量，改善混凝土拌合物的和易性。天津雍陽(yáng)生產(chǎn)的聚羧酸減水劑聚羧酸高效減水劑，減水率為20%，摻量為膠凝材料總量的1.5%。

3設(shè)計(jì)思路

3.1 硅灰用量和粉煤灰用量

使用內(nèi)摻法加入硅灰和粉煤灰。

硅灰：根據(jù)（包志剛《硅灰在在普通混凝土中的應(yīng)用初探》）硅灰的摻量范圍為5%-15%，最佳摻量在10%左右，根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行試配，本次設(shè)計(jì)方案摻硅灰的量為膠凝材料的10%。

粉煤灰：采用I級(jí)粉煤灰，根據(jù)（文獻(xiàn)《JGJ28-86粉煤灰在混凝土與砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》）以及（劉志勇《土木工程材料》西南交通大學(xué)出版社）綜合實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試配，本設(shè)計(jì)方案中，粉煤灰的用量為膠凝材料的10%。

3.2 水膠比

通過大量實(shí)驗(yàn)可得水膠比在0.2-0.3之間比較適宜。對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，考慮到強(qiáng)度，質(zhì)量，以及是否均質(zhì)等因素。在0.2-0.3之間以0.01為一個(gè)梯度，設(shè)置了一系列梯度進(jìn)行試驗(yàn)，最終確定水膠比為0.21。

3.3 配合比設(shè)計(jì)理念

本次設(shè)計(jì)的再生混凝土首先考慮的是混凝土的質(zhì)量和抗壓強(qiáng)度。在本設(shè)計(jì)中要求使用再生混凝土骨料取代部分粗骨料，通過設(shè)置不同的取代率，得到交友的方案。膠凝材料將骨料包裹住的同時(shí)，保證混凝土中空隙小而少，且混凝土不分層，骨料在混凝土中分布均勻，具有一定的流動(dòng)性，混凝土振搗后沒有出現(xiàn)泌漿的現(xiàn)象，具有較好的粘稠性。根據(jù)混凝土配合比設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)程和（劉志勇《土木工程材料》西南交通大學(xué)出版社）中配合比設(shè)計(jì)方法，本配合比設(shè)計(jì)計(jì)算方法與普通混凝土配合比設(shè)計(jì)相似，運(yùn)用體積法。根據(jù)每立方中各種材料質(zhì)量/材料表觀密度所得的體積相加為1，骨料間的孔隙被膠凝材料和砂所填充，以達(dá)到混凝土理論上密實(shí)的效果。本次配合比設(shè)計(jì)參數(shù)主要有強(qiáng)度、質(zhì)量、水膠比等。

4配合比計(jì)算

（1）確定混凝土配制強(qiáng)度，設(shè)計(jì)要求混凝土強(qiáng)度f(wàn)cu，k = 40 Mpa，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)大于C30，按照大于C30的混凝土公式計(jì)算，混凝土配制強(qiáng)度為：

fcu，0 = 1.15 fcu，k

（2）計(jì)算水膠比。

①計(jì)算膠凝材料

fce = γcfce，g

本設(shè)計(jì)方案中，粉煤灰的用量為膠凝材料的10%，而未摻?；郀t礦渣。所以粉煤灰影響系數(shù)γf 、?；郀t礦渣影響系數(shù)γs

fb =γfγs fce =0.9×1×49.3 = 44.37 （ Mpa ）

②按強(qiáng)度計(jì)算要求水膠比。已知fcu，0 ，αa、αb代入得：

水膠比滿足混凝土耐久性要求。

（3）單位用水量（mw0）。

① 根據(jù)高強(qiáng)混凝土坍落度T =10～30mm，砂子為中砂，骨料為0～10mm的預(yù)濕頁(yè)巖陶粒，計(jì)算混凝土單位用水量為。

②外加劑為摻減水劑，減水率為β=20%，所以每立方混凝土用水量（mw0）：

（4）計(jì)算單位膠凝材料用量（mb0）。按強(qiáng)度要求計(jì)算單位用灰量，混凝土單位膠凝材料用量為：

①本配合比設(shè)計(jì)摻入硅灰、粉煤灰，摻量都為βf= 10%，計(jì)算單位硅灰用量

②計(jì)算單位減水劑用量（ma0）。摻量為βa=1.5%，計(jì)算單位減水劑用量

（5）計(jì)算單位水泥用量（mc0）。

mc0=mb0-mf0-msi

確定砂率（βs）。

（7）計(jì)算各組分用量。

5 ?結(jié)語(yǔ)

本文從設(shè)計(jì)原理、材料選擇、配合比計(jì)算等方面進(jìn)行了研究，初步設(shè)計(jì)出基于強(qiáng)度的再生混凝土配合比設(shè)計(jì)方案，通過摻加粉煤灰和硅灰，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)，減少孔隙率，提高密實(shí)度，強(qiáng)度得到了一定提高。

通過大量的實(shí)驗(yàn)表明再生骨料的取代率與混凝土的抗壓強(qiáng)度和密切相關(guān)，當(dāng)再生骨料取代率在23%以下時(shí)，再生骨料混凝土的強(qiáng)度與普通混凝土抗壓強(qiáng)度相差不大;再生骨料取代率繼續(xù)提高，再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度隨著再生骨料取代率的增大而降低。

參考文獻(xiàn)：

[1][包志剛，硅灰在普通混凝土中的應(yīng)用初探[J]. 商品混凝土， 2010，07

[2]《再生骨料混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（DG/TJ08-2018）

[3]《混凝土再生骨料》[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011

[4]杜輝，緩釋減水劑對(duì)再生骨料混凝土性能影響研究性[J].四川建材，2019，04

[5]劉志勇.土木工程材料[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2017