可再生廢棄骨料混凝土超聲回彈測強(qiáng)曲線試驗研究

程志敏

(中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司 北京 100040)

1 引言

再生骨料混凝土由建筑廢棄物作為再生骨料與水、水泥、砂等配置而成[1]，既解決了廢棄混凝土掩埋造成的環(huán)境污染，又節(jié)省了骨料開采與水泥的消耗[2]。宏觀層面考慮，國家已經(jīng)明確要將碳達(dá)峰、碳中和作為國家生態(tài)文明建設(shè)的總體格局。在這種時代背景下，以綠色環(huán)保、低碳節(jié)能著稱的可再生廢棄骨料混凝土必將迎來蓬勃發(fā)展的新時期[2-4，13]。

超聲回彈綜合法在普通混凝土的應(yīng)用研究已非常深入，其不僅為施工安全提供信息，有效避免工程質(zhì)量事故的發(fā)生，而且在可再生廢棄骨料混凝土工程應(yīng)用領(lǐng)域，超聲回彈綜合法也將起到至關(guān)重要的質(zhì)量保證作用[5]。超聲回彈綜合法針對再生骨料混凝土的研究亟待完善，再生骨料混凝土和一般水泥力學(xué)性能和強(qiáng)度都具有明顯差別，將一般混凝土的測強(qiáng)曲線直接運(yùn)用到可再生廢棄骨料混凝土上并不合理，且可再生廢棄骨料混凝土強(qiáng)度也不能精確預(yù)估，使得可再生廢棄骨料混凝土工程質(zhì)量難以保證[6-8]。針對以上問題，對C30、C35可再生廢棄骨料混凝土進(jìn)行超聲回彈綜合試驗，建立C30、C35可再生廢棄骨料混凝土超聲回彈綜合法專用測強(qiáng)曲線并進(jìn)行誤差分析[9-10]。

本文選擇廢棄砼(來自實驗室廢舊混凝土試塊)為再生骨料原材料，而廢棄砼再生骨材在試驗中代替天然骨材的替代率約為50%。通過對50組不同齡期的C30、C35可再生廢棄骨料混凝土試塊進(jìn)行超聲回彈試驗，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及分析，建立C30、C35強(qiáng)度等級可再生廢棄骨料混凝土超聲回彈綜合法專用測強(qiáng)曲線。

2 試驗概述

2.1 試驗原材料

本文試驗中所使用的廢棄混凝土再生骨材，取自某單位經(jīng)質(zhì)檢部門試驗室檢測后的廢混凝土試塊及構(gòu)件，在通過實驗室粉碎機(jī)粉碎和標(biāo)準(zhǔn)篩振機(jī)篩分后，取其5～20 mm粒徑范圍的粗骨材，且級配良好。原始骨料取自河北某采石場的自然砂礫。細(xì)骨材一般選擇中砂或自然河砂，細(xì)度模量約為2.51，粒度小于5 mm，且級配較好?；炷了酁榻鹩缤ㄓ肞.O42.5R硅酸鹽水泥，混凝土材料的拌和水取自實驗室自來水。廢棄混凝土再生粗骨料的各項性能指標(biāo)如表1所示。

表1 粗骨料性能指標(biāo)

2.2 可再生廢棄骨料混凝土配合比確定

本試驗采用設(shè)計強(qiáng)度為C30和C35的可再生廢棄骨料混凝土，齡期設(shè)置為7 d、14 d和28 d。試驗人員對150塊廢棄混凝土再生骨料混凝土試塊(C30、C35強(qiáng)度，7 d、14 d和28 d齡期各25塊)分別測量回彈值、超聲聲速、抗壓強(qiáng)度值，根據(jù)計算、試配、重新調(diào)整配制，確定試驗用可再生廢棄骨料混凝土的配合比，如表2所示。

表2 可再生廢棄骨料混凝土實際配合比

2.3 試驗設(shè)備及方法

本試驗采用HJW-60混凝土試驗攪拌機(jī)、振動臺、WES-100混凝土壓力試驗機(jī)、HT-225一體式數(shù)顯回彈儀和ZW-U91非金屬超聲檢測儀。在采集應(yīng)變前，對可再生廢棄骨料混凝土試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，確定其極限承載力范圍。應(yīng)力-應(yīng)變按比例分級加載，先按1/10抗壓強(qiáng)度加載至80%極限承載力，各級荷載穩(wěn)定持荷2 min。當(dāng)加載至極限承載力的80%，改變加載方式為位移控制加載方式，直至加載至極限承載能力。試驗過程中，當(dāng)試塊出現(xiàn)卸載現(xiàn)象或加載至極限承載力的60%時終止試驗。選擇再生廢棄水泥骨料砼試塊兩對面的非澆筑面，進(jìn)行回彈值和超聲聲速值的測定，每一測量面的測點設(shè)計為8個均勻排列的點，合計16個回彈檢測點(如圖1左圖所示)，兩相鄰測點間隔宜大于等于30 mm，測點距邊緣應(yīng)大于等于50 mm；對廢棄骨料混凝土試塊另外兩對面的非澆筑面進(jìn)行超聲或音速檢測。換能器在聲速檢測點安裝時，需涂刷黃油以保證換能器與測點完全接觸。對于每1音速量測面，沿該面斜向可在對角均勻布設(shè)3個測點，因此共有6個超聲量測點。

圖1 超聲與回彈測點布置

3 試驗結(jié)果分析

3.1 試驗數(shù)據(jù)

因試塊多、測點多，試驗數(shù)據(jù)龐大，表3僅給出C30、C35可再生廢棄骨料混凝土在齡期為7 d、14 d和28 d的試驗平均值。

3.2 單因素回彈法測強(qiáng)曲線的建立與評價

圖2 可再生廢棄骨料混凝土單因素回彈法測強(qiáng)曲線

C30可再生廢棄骨料混凝土回彈法試驗結(jié)果可擬合為:

式(1)擬合相關(guān)系數(shù)為87.95%。C35可再生廢棄骨料混凝土回彈法試驗結(jié)果擬合結(jié)果為:0.175 52R1.52719，相關(guān)系數(shù)為84.92%。

3.3 單因素超聲波測強(qiáng)曲線的建立與評價

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，測強(qiáng)曲線采用冪函數(shù)進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖3所示。

圖3 可再生廢棄骨料混凝土單因素超聲法測強(qiáng)曲線

C30可再生廢棄骨料混凝土超聲法擬合結(jié)果為:

式(2)擬合相關(guān)系數(shù)為84.84%。C35可再生廢棄骨料混凝土超聲法擬合結(jié)果為:＝0.048 14R4.42706，相關(guān)系數(shù)為76.76%。

3.4 可再生廢棄骨料混凝土超聲回彈綜合測強(qiáng)曲線的建立與評價

根據(jù)規(guī)范[11-12]推薦，選取冪函數(shù)模型擬合試驗結(jié)果。C30、C35可再生廢棄骨料混凝土超聲回彈綜合法測強(qiáng)曲線如圖4所示。

圖4 可再生廢棄骨料混凝土超聲回彈綜合法測強(qiáng)曲線

C30可再生廢棄骨料混凝土超聲回彈綜合測強(qiáng)曲線為:＝0.088 23V2.07028R0.83166，C35再生廢棄物骨料混凝土的超聲回彈綜合法測強(qiáng)曲線為:＝0.079 6V1.73279R1.00537。

C30可再生廢棄骨料混凝土超聲回彈綜合法測強(qiáng)曲線的相對誤差為3.69%，C35可再生廢棄骨料混凝土超聲回彈綜合法測強(qiáng)曲線的相對誤差為4.85%，均滿足相對誤差小于等于12%的要求。對于圖4可再生廢棄骨料混凝土超聲回彈綜合法測強(qiáng)曲線，C30可再生廢棄骨料混凝土測強(qiáng)曲線相關(guān)性達(dá)到96.31%，C35強(qiáng)度可再生廢棄骨料混凝土的測強(qiáng)曲線相關(guān)性為95.51%，擬合效果良好。由分析結(jié)果可知:不同強(qiáng)度等級的可再生廢棄骨料混凝土測強(qiáng)曲線參數(shù)不同，故不能使用相同參數(shù)測強(qiáng)曲線推測C30和C35可再生廢棄骨料混凝土服役狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度。對比單因素回彈法、單因素超聲測強(qiáng)曲線發(fā)現(xiàn)，超聲回彈法測強(qiáng)曲線誤差最小，相關(guān)性更高，準(zhǔn)確性更大，在以后的再生廢棄骨料混凝土強(qiáng)度測量工作中推薦使用超聲回彈綜合法進(jìn)行強(qiáng)度檢測。

3.5 可再生廢棄骨料混凝土測強(qiáng)曲線對比國家測強(qiáng)曲線

根據(jù)實際測量得到的再生廢棄骨料混凝土試驗數(shù)據(jù)，將擬合計算得到的再生廢棄骨料混凝土超聲回彈法測強(qiáng)曲線與全國相應(yīng)強(qiáng)度等級的普通混凝土統(tǒng)一測強(qiáng)曲線進(jìn)行對比，如圖5所示。

圖5 可再生廢棄骨料混凝土超聲回彈法測強(qiáng)曲線對比國家普通混凝土測強(qiáng)曲線

再生廢棄骨料混凝土超聲回彈法測強(qiáng)曲線對比全國普通混凝土統(tǒng)一測強(qiáng)曲線誤差較大，并不滿足相關(guān)規(guī)范要求。圖5表明:用全國相應(yīng)強(qiáng)度等級的普通混凝土統(tǒng)一測強(qiáng)曲線來預(yù)測可再生廢棄骨料混凝土并不合理，統(tǒng)一測強(qiáng)曲線預(yù)測的抗壓強(qiáng)度值較高，比實測再生廢棄骨料混凝土抗壓強(qiáng)度高30%以上，故直接引用全國統(tǒng)一普通混凝土測強(qiáng)曲線對再生廢棄骨料混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢測并不恰當(dāng)，必須基于更多的試驗結(jié)果建立針對性更強(qiáng)的專門適合可再生廢棄骨料混凝土的測強(qiáng)曲線。根據(jù)已完成試驗的再生廢棄骨料混凝土的超聲回彈試驗數(shù)值，計算擬合得出的針對C30和C35可再生廢棄骨料混凝土的超聲回彈測強(qiáng)曲線檢測的再生廢棄骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度誤差小、相關(guān)度好。與國家普通混凝土測強(qiáng)曲線推定的強(qiáng)度相比較，本試驗擬合曲線得到的預(yù)測值更接近再生廢棄骨料混凝土實測強(qiáng)度值，可為實際工程應(yīng)用中檢測相同配比再生廢棄骨料混凝土強(qiáng)度提供有效參考。

4 結(jié)論

(1)隨齡期的增長，試驗所得C30、C35再生廢棄骨料混凝土的回彈值、超音波聲速值和抗壓強(qiáng)度值均呈上升態(tài)勢，其中C30可再生廢棄骨料混凝土抗壓強(qiáng)度值增幅為31%，C35可再生廢棄骨料混凝土抗壓強(qiáng)度值增幅為36%?；貜椫翟龇s20%，超聲聲速隨可再生廢棄骨料混凝土齡期增長的增幅為5%左右。

(2)用超聲回彈法檢測得到C30再生廢棄骨料混凝土測強(qiáng)曲線為:＝0.088 23V2.07028R0.83166， C35再生廢棄骨料混凝土測強(qiáng)曲線為:fccu＝0.079 6V1.73279R1.00537。對強(qiáng)度等級不同的再生廢棄骨料混凝土采用同一測強(qiáng)曲線并不合理，建立不同強(qiáng)度等級再生廢棄骨料混凝土的超聲回彈綜合法專用測強(qiáng)曲線已勢在必行。

(3)針對本試驗表2所給配合比的再生廢棄骨料混凝土，超聲回彈綜合法冪函數(shù)回歸模型擬合出的測強(qiáng)曲線擬合精度高，具有較強(qiáng)的可靠性；通過對冪函數(shù)回歸模型與國家普通混凝土統(tǒng)一測強(qiáng)曲線進(jìn)行比較可知，冪函數(shù)模型擬合再生廢棄骨料混凝土強(qiáng)度效果較好，建議采用冪函數(shù)模型開展再生廢棄骨料混凝土測強(qiáng)曲線回歸分析及工程應(yīng)用。