再生粗骨料混凝土的變形性能及影響分析

周文杰 佛山市順德區(qū)有利建筑構(gòu)件有限公司

1 前言

再生粗骨料的來源是由建筑施工中的廢棄混凝土、砂石、磚瓦粉碎等生產(chǎn)出來的，通常多為粒徑4.75mm多種顆粒物。混凝土的生產(chǎn)采用再生粗骨料必須滿足GB/T 25177—2010規(guī)定。實(shí)踐表明，再生粗骨料混凝土的變形性能受多種因素影響。分析影響再生粗骨料混凝土變形性能的相關(guān)因素，有利于避免使用中發(fā)生開裂，保證其可靠使用。

2 再生粗骨料混凝土發(fā)生變形的機(jī)理分析

2.1 混凝土發(fā)生變形的特點(diǎn)

混凝土的變形主要由于收縮的影響。由于收縮發(fā)生的變形包括物理方面的干縮、塑性引發(fā)的變形，還包括少部分的化學(xué)干縮、碳化變形等。有研究表明，再生粗骨料混凝土易發(fā)生收縮問題，比例可以超過80%。混凝土發(fā)生收縮雖然較為漫長的過程，但在初期會(huì)快速發(fā)展，經(jīng)過一段時(shí)間會(huì)趨于穩(wěn)定。如果收縮周期以10年為參量，多數(shù)收縮量會(huì)發(fā)生于第一年內(nèi)。

混凝土收縮問題的發(fā)生存在多種影響因素，如水泥牌號(hào)、配料、溫度等。特別是再生粗骨料混凝土，會(huì)有典型的干縮問題，與天然混凝土相比，再生粗骨料混凝土發(fā)生干縮問題更為明顯（圖1），四條收縮曲線對(duì)應(yīng)著不同的齡期。由于添加再生粗骨料增加取代率，發(fā)生干縮會(huì)更加嚴(yán)重，特別由于多種類型再生粗骨料的混合使用，也會(huì)產(chǎn)生明顯的干縮問題。

圖1 再生粗骨料混凝土的各個(gè)齡期與天然骨料混凝土收縮性對(duì)比

混凝土提升再生粗骨率后，收縮率會(huì)發(fā)生明顯的變化，對(duì)比天然混凝土可以發(fā)現(xiàn)，有明顯的差距。分析關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)表明，再生混凝土如果完全取代，與天然混凝土相比收縮率會(huì)存在數(shù)倍的差距。再生混凝土生產(chǎn)中如果粗骨料有更高的取代率，收縮性會(huì)相對(duì)穩(wěn)定，會(huì)引發(fā)熱脹率、吸水膨脹率快速上升。

2.2 再生粗骨料混凝土發(fā)生變形分析

針對(duì)變形分析，在實(shí)驗(yàn)室將廢棄混凝土試樣加以充分磨碎，制成再生粗骨料混凝土研究樣品，針對(duì)再生粗骨料混凝土的砂漿含量，結(jié)合吸水率特性，測(cè)試混凝土的收縮率，分析基礎(chǔ)性能，以研究不同牌號(hào)再生粗骨料制備混凝土的性能差異。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，混凝土的干縮率變化與持續(xù)時(shí)間存在相關(guān)性。這也表明，隨著混凝土凝結(jié)時(shí)間的增加，干縮率會(huì)同步增加。在前期，混凝土的收縮變化進(jìn)展明顯，速度會(huì)逐步減緩，但是再生粗骨料混凝土如果取代率存在差異，收縮會(huì)趨于相對(duì)穩(wěn)定，天然骨料混凝土相比，時(shí)間體現(xiàn)出差異，這會(huì)導(dǎo)致取代率發(fā)生變化。如果取代率越高，會(huì)延緩收縮，會(huì)引發(fā)穩(wěn)定齡期得以延長。不同齡期混凝土收縮量的占比，也會(huì)區(qū)別于天然骨料混凝土，在不同階段會(huì)存在明顯的差異。

2.3 再生粗骨料混凝土的抗壓、彈性

再生粗骨料混凝土抗壓能力與取代率存在相關(guān)性。取代率的提高，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度會(huì)發(fā)生下降。分析對(duì)比再生粗骨料與天然骨料混凝土，從物理性能可以發(fā)現(xiàn)再生粗骨料有著較低的密度，約低于天然骨料15%以上。再生粗骨料存在低密度的原因是由于含有大量水泥砂漿。由于這一特征的影響，因此再生粗骨料混凝土沒有過高的彈性模量與密度。此外，不同于天然粗骨料，再生粗骨料由于含泥量較大。粗骨料由于含泥量較高，混凝土的性能會(huì)受到不利影響，混凝土的強(qiáng)度會(huì)下降，收縮性會(huì)提升。因此在混凝土拌制時(shí)，有必要采取措施控制含泥比例。

2.4 混凝土的熱脹與濕脹特性

混凝土最具有典型的特征是會(huì)發(fā)生熱脹冷縮，會(huì)有濕脹干縮現(xiàn)象，這些特性會(huì)對(duì)施工質(zhì)量帶來干擾?；炷辽皾{含量較高，與天然粗骨料混凝土相比，發(fā)生熱脹冷縮問題更加突出。在室內(nèi)濕度相對(duì)恒定的條件下，再生粗骨料混凝土在取代率提升同時(shí)，熱脹率會(huì)發(fā)生明顯的變革。實(shí)驗(yàn)表明，干燥380d齡期后，分析再生粗骨料混凝土的性能，用水浸泡此再生粗骨料混凝土，可以發(fā)現(xiàn)吸水后發(fā)生膨脹，吸水在4h以后，膨脹情況趨于減緩，再生粗骨料混凝土逐漸變得飽和。再生骨料混凝土取代率在較低條件下，吸水膨脹的變化趨勢(shì)類似于天然混凝土，取代率若高于70%，在吸水后會(huì)急速膨脹。在環(huán)境條件相對(duì)恒定的使用條件下，如果再生粗骨料混凝土存在較高的取代率，熱脹冷縮存在的作用會(huì)高于天然混凝土，因此在施工中要考慮到這方面的因素。

3 再生粗骨料混凝土發(fā)生干縮的相關(guān)影響因素

3.1 水灰的比例對(duì)于混凝土性能參數(shù)的影響

等同于天然骨料混凝土，如果再生粗骨料混凝土水灰比較高，干縮率會(huì)發(fā)生明顯的改變。再生粗骨料顆粒由于外層附著砂漿，而砂漿的吸水特性較強(qiáng)，因此原有的膨脹性會(huì)受到干擾，導(dǎo)致再生粗骨料混凝土發(fā)生干縮。再生粗骨料混凝土內(nèi)水含量有多個(gè)影響因素，其中最為典型的是因?yàn)榘柚苹炷烈獡饺胨?，此外改良成分也?huì)夾雜水。砂漿會(huì)影響到水含量，再生粗骨料混凝土在發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)，水分的加入量會(huì)低于天然混凝土，這會(huì)引發(fā)再生骨料混凝土存在較小的水灰比。因此再生粗骨料混凝土在拌制好初期，存在的塌落會(huì)低于天然骨料混凝土。再生粗骨料混凝土由于存在較高的抗壓性能，在發(fā)生硬化后再生粗骨料混凝土?xí)懈叱休d抗壓能力。

3.2 取代率的影響

再生粗骨料混凝土由于加以工藝不同，粗骨料含量不同，混凝土的性能會(huì)有一定的差異。增加取代率時(shí)，再生粗骨料混凝土?xí)?dǎo)致收縮率、收縮量都會(huì)同步得以提高，當(dāng)取代率低于20%，再生粗骨料處于混凝土中，發(fā)生主要影響因素是天然骨料，不會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生直接的影響，和天然骨料混凝土對(duì)比后可以發(fā)現(xiàn)，取代率低于20%再生粗骨料混凝土?xí)?duì)收縮率產(chǎn)生影響。取代率有所改變，如果提高取代率，會(huì)形成骨架結(jié)構(gòu)，有利于提高負(fù)荷能力，收縮量如果發(fā)生明顯的變化，特別在完全取代率條件下，再生粗骨料混凝土發(fā)生收縮幅度會(huì)高于天然粗骨料混凝土。

3.3 砂漿存在的影響

附著于再生粗骨料砂漿對(duì)變形幅度產(chǎn)生影響。體現(xiàn)出吸水膨脹率會(huì)增大，還體現(xiàn)出彈性規(guī)模小、強(qiáng)度低等特點(diǎn)。再生粗骨料表面會(huì)附著砂漿雜質(zhì)，砂漿具有更大的縫隙與吸水性。在破碎處理中，粗骨料存在摩擦力會(huì)，這些導(dǎo)致砂漿顆粒間有裂紋發(fā)生。此外，混凝土雜質(zhì)如果有較高的水灰比，混凝土的性能會(huì)有所改變，如果砂漿吸水率要高，砂石吸水率會(huì)發(fā)生變化。再生粗骨料混凝土在進(jìn)行攪拌階段，砂漿在吸水后會(huì)發(fā)生快速膨脹，水會(huì)產(chǎn)生附加作用，再生粗骨料混凝土發(fā)生水化反應(yīng)，一部分水分會(huì)參與到反應(yīng)，其余水分蒸發(fā)，由于水分的減少，會(huì)導(dǎo)致混凝土從原有的膨脹狀態(tài)變?yōu)槭湛s，再生混粗骨料凝土干縮率得以提高。

3.4 級(jí)配存在的影響

再生粗骨料產(chǎn)生于破碎廢舊的混凝土，砂漿的強(qiáng)度要低于天然碎石。再生粗骨料如果顆粒度越小，會(huì)導(dǎo)致砂漿碎屑占比會(huì)越高，并且吸水率也會(huì)顆粒度的減小而增加。再生粗骨料顆粒度越小，導(dǎo)致其比表面積越大，吸水率會(huì)越大。再生粗骨料級(jí)影響性能的影響因素是舊砂漿發(fā)生附著。因此再生粗骨料可以采用吸水率評(píng)價(jià)舊砂漿含量。當(dāng)顆粒度大再生粗骨料用量增加，能減少舊砂漿的附著量，有助于提高混凝土強(qiáng)度，提高抗變形能力。

4 結(jié)束語

綜上所述，天然混凝土具有的干縮率會(huì)隨使用時(shí)間的持續(xù)而體現(xiàn)出逐步提高的趨勢(shì)。從上面的分析可以發(fā)現(xiàn)。理想條件下，混凝土在前期會(huì)有明顯的收縮發(fā)生，隨著時(shí)間推移，在后續(xù)的進(jìn)展中收縮速度會(huì)逐步減緩。不同于自然混凝土，再生混凝土由于取代率不同，會(huì)影響到收縮變形性能，收縮趨于穩(wěn)定階段存在差異。實(shí)驗(yàn)研究表明，再生粗骨料混凝土如果取代率升高，會(huì)導(dǎo)致收縮穩(wěn)定時(shí)間得以延長。

應(yīng)用實(shí)踐表明，再生混凝土發(fā)生變形與水灰比存在相關(guān)性，還會(huì)受到配比舊砂漿的影響，也存在顆粒級(jí)配比的作用。再生粗骨料的使用要結(jié)合取代率加以選擇，還要控制小粒徑再生粗骨料的占比。再生粗骨料混凝土發(fā)生變形還會(huì)受到多種因素的影響，還需要業(yè)界有關(guān)人士注重積累經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)踐中加強(qiáng)研究，以保證再生混凝土的使用效果。

再生粗骨料的變形性能不同于天然粗骨料混凝土。結(jié)合再生粗骨料混凝土的特點(diǎn)，分析干縮率存在的影響因素，有利于在施工中采取相應(yīng)的控制措施，避免使用中缺陷的發(fā)生。針對(duì)再生粗骨料混凝土的使用，還需要業(yè)界人士注重積累經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)研究水平，從而提高使用效果。