高強再生粗骨料混凝土軸壓性能試驗研究

王新 黃磊群 田小風 陳炳霖

為了研究高強再生粗骨料混凝土軸壓性能，文章以再生粗骨料取代率、水膠比與膠凝材料用量為變化參數(shù)，設計制作了108個試件進行棱柱體單軸抗壓試驗。通過觀察試件的破壞過程及形態(tài)，獲取了棱柱體單軸受壓的抗壓強度，分析了再生粗骨料取代率、水膠比及膠凝材料用量對再生粗骨料混凝土抗壓強度的影響。結果表明：水膠比為0.28時，隨著粗骨料取代率的增加，高強再生粗骨料混凝土的軸心抗壓強度整體上都有減小;當膠凝材料用量為620 kg/m3時，隨著水膠比的增大，不同取代率高強再生粗骨料混凝土的軸心抗壓強度持續(xù)減小，整體幅度在2.7%～27.5%之間;再生粗骨料混凝土應用到實際建筑中時建議膠凝材料用量>620 kg/m3。

高強再生粗骨料;軸壓性能;水膠比;膠凝材料

U416.03A040115

0 引言

再生混凝土是指對廢混凝土塊進行破碎、清洗和分級，然后按一定的比例相互配合以再生骨料的形式全部或部分代替天然骨料配制的混凝土[1]。隨著社會的發(fā)展，城市不斷擴張，舊城改造不斷推進，建設行業(yè)對于砂石骨料的需求在不斷增加。由于天然砂石骨料的過度開采，造成自然資源不斷枯竭，嚴重影響可持續(xù)發(fā)展道路[2]。另一方面，城市基礎設施建設每天產(chǎn)生的大量建設垃圾未經(jīng)處理，運到城市郊區(qū)堆放，污染環(huán)境，浪費土地資源。將廢棄的建筑垃圾資源利用起來是未來的一個發(fā)展趨勢[3-4]。

目前，國內外對普通再生混凝土的基本力學性能研究已較成熟，但對高強再生粗骨料混凝土軸壓性能研究鮮少。為此，本文通過36組108個棱柱體試件的抗壓試驗，觀察試件的破壞過程及形態(tài)，研究再生粗骨料取代率與水膠比對其宏觀力學性能的影響，以期為高強再生粗骨料混凝土的軸壓性能研究及工程實際應用提供參考。

1 試驗概況

1.1 試件設計

試驗以再生粗骨料取代率、水膠比與膠凝材料用量為變化參數(shù)設計并制作了36組（每組3個，共108個）同一批次的棱柱體混凝土試件，試件尺寸為150 mm×150 mm×300 mm。其中再生粗骨料取代率分別為0%、30%、70%、100%，水膠比分別為0.28、0.32、0.36，膠凝材料（含水泥、粉煤灰、硅灰）分別為520 kg/m3、570 kg/m3、620 kg/m3。

各試件設計參數(shù)如表1所示。

1.2 試驗材料及其性能

試驗所用天然粗骨料為粒徑5～31.5 mm的連續(xù)級配。再生粗骨料采用原路面廢棄混凝土，經(jīng)過機器初步破碎、人工二次破碎后篩分成粒徑為5～20 mm的連續(xù)級配。參照《建設用卵石、碎石》[5]（GB/T 14685-2011）的測試方法，測得再生粗骨料的松散堆積密度為1 260 kg/m3，表觀密度為2 640 kg/m3，吸水率為3.2%，壓碎指標為14.9%。

試驗所用細骨料采用天然河砂，人工篩分成粒徑為4.75 mm以下，參照《建設用砂》[6]（GB/T 14684-2011）采用四分法取樣烘干后對細骨料進行篩分試驗，分計篩余如表2所示。

由表2計算可知，在Ⅱ區(qū)級配范圍內，天然砂的細度模數(shù)為2.6，處于2.3～3.0之間，屬于中砂。另外參照規(guī)范[6]，對細骨料進行了物理性能試驗，其松散堆積密度為1 610 kg/m3，表觀密度為2 660 kg/m3，含泥量為1.05%。

試驗所用水泥采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，具體性能指標如表3所示。粉煤灰采用二級粉煤灰，參照《用于水泥和混凝土的粉煤灰》[7]（GB/T 1596-2005）測試方法，45 μm方孔篩余62.3%，比表面積為550.7m2/kg，燒失量為0.3%。拌養(yǎng)用水采用城市自來水，減水劑采用YZ-M聚羧酸高性能減水劑，減水率為25%，摻量為1%?；炷僚浜媳热绫?所示。

1.3 混凝土配置及養(yǎng)護條件

高強再生粗骨料混凝土的配置參照《普通混凝土拌和物性能試驗方法標準》[8]（GB/T 50080-2002）進行，所有試件都進行相同環(huán)境條件下的自然養(yǎng)護。

1.4 加載裝置及制度

混凝土基本力學性能試驗參照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[9]（GB/T 50081-2002）進行加載，加載裝置采用YAW-10000J微機控制電流伺服壓剪試驗機。加載制度為0.02 mm/s的位移控制加載，預壓100 kN后加載試件，加載至荷載降到峰值荷載的85%時停止加載。

2 破壞形態(tài)分析

高強再生粗骨料混凝土棱柱體試塊破壞形態(tài)以貫穿豎向裂縫為主，裂縫的分岔較少。加載初期，裂縫首先出現(xiàn)在棱柱體試塊的端部。隨著加載的進行，豎向裂縫數(shù)量增多，且豎向裂縫逐漸由端部向試塊中部延伸。棱柱體試塊經(jīng)歷峰值荷載后，裂縫延伸貫穿整個試塊，且大多數(shù)試塊的裂縫呈平行狀。進入破壞階段后，高強再生粗骨料混凝土棱柱體試塊出現(xiàn)成塊剝落現(xiàn)象。通過觀察棱柱體試塊的破壞面可知，試塊的破壞面貫穿粗骨料和水泥石，有明顯的劈裂痕跡。根據(jù)上述破壞過程可知，高強再生粗骨料棱柱體試塊呈現(xiàn)較明顯的脆性，這主要是因為再生粗骨料與天然粗骨料相比，其內部具有較多的初始細小裂紋和粘結缺陷，與普通混凝土的內部微觀結構存在一定差異。

3 影響因素分析

3.1 粗骨料取代率對抗壓強度的影響

圖1表示粗骨料取代率對高強再生混凝土軸心抗壓強度的影響。

由圖1（a）可見，水膠比為0.28時，隨著粗骨料取代率的增加，高強再生粗骨料混凝土的軸心抗壓強度整體上都有減小，膠凝材料為520 kg/m3時幅度在2.8%～18.3%之間，膠凝材料為570 kg/m3時幅度在0.9%～4.9%之間，膠凝材料為620 kg/m3時幅度在8.8%～17.8%之間。故當水膠比為0.28時，用再生粗骨料取代天然粗骨料建議膠凝材料用量為570 kg/m3。

由圖1（b）可見，當水膠比為0.32，膠凝材料為520 kg/m3時，隨著取代率的增大，高強再生粗骨料混凝土軸心抗壓強度先增大后減小，最優(yōu)取代率為30%。但膠凝材料用量>520 kg/m3后，抗壓強度呈先減小后增大的趨勢。

由圖1（c）可見，當水膠比為0.36時，不同膠凝材料用量都隨著取代率的增大，高強再生粗骨料混凝土軸心抗壓強度整體呈波動上升的趨勢?？梢娝z比達到0.36后，可以實現(xiàn)再生粗骨料替換天然骨料以達到混凝土抗壓強度的可能性。

3.2 水膠比對抗壓強度的影響

下頁圖2表示水膠比對高強再生混凝土軸心抗壓強度的影響。

由圖2（a）可見，膠凝材料用量為520 kg/m3時，隨著水膠比的增加，不同取代率的高強再生粗骨料混凝土的軸心抗壓強度整體上不斷減小。取代率越大，隨著水膠比的增加，抗壓強度下降的幅度越小，與天然粗骨料混凝土相比，全再生粗骨料混凝土的抗壓強度下降幅度變小得更為明顯。

由圖2（b）可見，當膠凝材料用量為570 kg/m3時，在水膠比分別為0.28與0.36的情況下，隨著取代率的增加，抗壓強度變化不明顯。但水膠比為0.32時，隨著取代率的增加，抗壓強度較為離散。

由圖2（c）可見，當膠凝材料用量為620 kg/m3時，隨著水膠比的增大，不同取代率高強再生粗骨料混凝土的軸心抗壓強度持續(xù)減小，整體幅度在2.7%～27.5%之間。

3.3 膠凝材料用量對抗壓強度的影響

圖3表示膠凝材料用量對高強再生混凝土軸心抗壓強度的影響。

由圖3（a）可見，水膠比為0.28時，隨著膠凝材料用量的增加，未摻再生粗骨料與全再生粗骨料高強混凝土的軸心抗壓強度都持續(xù)增大，30%與70%取代率的混凝土強度表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢。

由圖3（b）可見，當水膠比為0.32時，隨著膠凝材料用量的增加，不同取代率下高強再生混凝土的軸心抗壓強度離散程度呈先增大后減小的趨勢，膠凝材料用量為570 kg/m3與520 kg/m3相比，試件的軸心抗壓強度離散程度顯著增大。

由圖3（c）可見，當水膠比為0.36時，除取代率為30%以外，隨著膠凝材料用量的增大，不同取代率的高強再生粗骨料混凝土的軸心抗壓強度較為接近。因此再生粗骨料混凝土應用到實際施工中建議膠凝材料用量>620 kg/m3。

4 結語

（1）水膠比為0.28時，隨著粗骨料取代率的增加，高強再生粗骨料混凝土的軸心抗壓強度整體上都有減小;當水膠比為0.32，膠凝材料為520 kg/m3時，隨著取代率的增大，高強再生粗骨料混凝土軸心抗壓強度先增大后減小，最優(yōu)取代率為30%;水膠比達到0.36后，可以實現(xiàn)再生粗骨料替換天然骨料來達到混凝土抗壓強度的可能性。

（2）當膠凝材料用量為570 kg/m3時，水膠比為0.28與0.36的情況下，隨著取代率的增加，抗壓強度變化不明顯;當膠凝材料用量為620 kg/m3時，隨著水膠比的增大，不同取代率高強再生粗骨料混凝土的軸心抗壓強度持續(xù)減小，整體幅度在2.7%～27.5%之間。

（3）隨著膠凝材料用量的增加，未摻再生粗骨料與全再生粗骨料高強混凝土的軸心抗壓強度都持續(xù)增大，30%與70%取代率的混凝土強度表現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢。再生粗骨料混凝土應用到實際施工中時，建議膠凝材料用量>620 kg/m3。

參考文獻

[1]王國林，祁尚遠，李聚義，等.再生粗骨料混凝土力學性能試驗研究[J].混凝土，2020（3）：168-171，176.

[2]Chtemichuk S，Hubbard J.The utilization of recycled concrete aggregate to produce controlled low strength materials without using Portland cement[J].Cement and Concrete Composites，2009，31（8）：564-569.

[3]陳宗平，周春恒，陳宇良，等.再生卵石骨料混凝土力學性能試驗研究[J].建筑材料學報，2014，17（3）：465-469，506.

[4]寇世聰，潘智生.不同強度混凝土制造的再生骨料對高性能混凝土力學性能的影響（英文）[J].硅酸鹽學報，2012，40（1）：7-11.

[5]GB/T 14685-2011，建設用卵石、碎石[S].

[6]GB/T 14684-2011，建設用砂[S].

[7]GB/T 1596-2005，用于水泥和混凝土的粉煤灰[S].

[8]GB/T 50080-2002，普通混凝土拌和物性能試驗方法標準[S].

[9]GB/T 50081-2002，普通混凝土力學性能試驗方法標準[S].