包漿再生粗骨料對混凝土力學(xué)性能影響研究

王軒,李樂帥 （.重慶文理學(xué)院，重慶 40260；2.菲律賓克里斯汀大學(xué)國際學(xué)院，菲律賓馬尼拉 0900)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，綠色經(jīng)濟(jì)和環(huán)保越來越重要，在建筑行業(yè)，對建筑廢料的重復(fù)循環(huán)利用正變?yōu)橛鷣碛匾囊粋€(gè)課題，再生粗骨料混凝土正是其中不可忽視的一項(xiàng)研究內(nèi)容[1]。但再生粗骨料混凝土與普通天然骨料混凝土相比具有吸水率高、密度低、堅(jiān)固性差等缺點(diǎn)[2]，難以滿足人們對混凝土力學(xué)性能的要求。而對粗骨料進(jìn)行包漿處理能改善再生粗骨料混凝土的力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)對建筑廢物的循環(huán)利用。本試驗(yàn)從再生骨料的強(qiáng)化著手，通過使用不同的包漿水泥的強(qiáng)度、不同的粉煤灰的摻取量、不同的減水劑摻量以及不同的再生骨料代替率來研究這些因素對再生粗骨料混凝土的力學(xué)性能所產(chǎn)生的影響，以及對未來實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用的重要意義[3]。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

①水泥：某水泥廠生產(chǎn)的不同型號的普通硅酸鹽水泥；

②粉煤灰：重慶?；徒ú挠邢薰旧a(chǎn)的1級粉煤灰；

③粗骨料：某學(xué)校實(shí)驗(yàn)室廢棄的混凝土，原混凝土強(qiáng)度等級為C30，機(jī)械破碎后篩選出5mm～20mm，利用部分或全部再生粗骨料取代天然粗骨料；

④細(xì)骨料：砂子，細(xì)度模數(shù)2.0，泥塊含量0.7%；

⑤減水劑：江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的SBT高效減水劑；

⑥包漿再生粗骨料：對原廢棄的混凝土使用水膠比為0.5粉煤灰摻量為30%的水泥漿對表面進(jìn)行包漿處理，包漿完成后置于陰涼處直到不再相互粘結(jié)時(shí)放入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28天后取出晾干，各種骨料的基本性能見表1。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用粉煤灰摻量、減水劑摻量、再生粗骨料替代率、包漿水泥的強(qiáng)度四個(gè)因素，每個(gè)因素下設(shè)置四個(gè)水平構(gòu)成四因素四水平正交試驗(yàn)，依據(jù)正交表L16（45）安排試驗(yàn)，因素水平見表2，其中粉煤灰按照等質(zhì)量替代水泥的方式摻入，減水劑按照膠凝材料的百分比摻入[4]。

正交因素、水平表 表2

為了符合試驗(yàn)的需求，分別制作尺寸為100mm×100mm×100mm的試件用于混凝土的抗壓與劈裂抗拉試驗(yàn)和100mm×100mm×400mm的試件用于抗折試驗(yàn)，正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)配合比表 表3

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

混凝土正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表 表4

先分析各個(gè)因素在不同的水平狀況下對力學(xué)性能的影響。用每個(gè)因素在同一水平狀態(tài)下的抗壓、劈拉、抗折強(qiáng)度的平均值來作為參考數(shù)據(jù)。

①粉煤灰摻量。從表5和圖1可以看出，隨著粉煤灰的摻量不斷增加，再生混凝土的抗壓、劈拉、抗折強(qiáng)度三項(xiàng)指標(biāo)都在減小，在水平4時(shí)達(dá)到最低。

圖1 粉煤灰摻量圖

表5

②包漿水泥的強(qiáng)度。從表6和圖2可以看出，在對再生粗骨料混凝土進(jìn)行包漿處理后再生混凝土的力學(xué)性能得到了明顯改善，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，混凝土的和易性相比未包漿的混凝土也得到了改善。但隨著包漿水泥強(qiáng)度的不斷提升，再生混凝土的力學(xué)性能又下降，包漿水泥強(qiáng)度為水平2時(shí)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度達(dá)到最大值，分別為44.125MPa和1.3375MPa。

圖2 包漿水泥的強(qiáng)度圖

表6

③再生粗骨料替代率。從表7和圖3可以看出隨著再生粗骨料的替代率不斷升高，再生混凝土的抗壓、劈拉、抗折強(qiáng)度的總體趨勢是先升高后降低，不同的是再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度是在替代率為水平2（20%）時(shí)達(dá)到最大值，而抗折強(qiáng)度則是在替代率為水平3（30%）時(shí)達(dá)到最大值。

圖3 再生粗骨料替代率

表7

④減水劑摻量。從表8和圖4可以看出再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都是隨著減水劑摻量的增加先上升后下降，并且兩者都是在各自的第二水平時(shí)達(dá)到最高值，而劈拉強(qiáng)度則隨著減水劑摻量的增加而減少。

圖4 減水劑摻量

表8

因?yàn)槊總€(gè)因素并不是在同一個(gè)水平下三個(gè)力學(xué)性同時(shí)達(dá)到最高值，因此單獨(dú)分析每個(gè)因素對三個(gè)力學(xué)性能的影響還無法得出最佳方案，需要將四個(gè)因素結(jié)合起來，通過極差分析，找出對力學(xué)系能影響最大的因素后再權(quán)衡做出最佳方案。

由極差分析表（表9）可得四項(xiàng)因素對抗壓強(qiáng)度的影響由大到小是粉煤灰摻量＞包漿水泥的強(qiáng)度＞減水劑摻量＞再生粗骨料替代率，保證抗壓強(qiáng)度最大的方案是A1（代表A因素的水平1，下同）、B2、C2、D2。對劈拉強(qiáng)度的影響情況來講，粉煤灰的摻量造成的影響最大，之后是包漿水泥的強(qiáng)度以及減水劑的摻量產(chǎn)生影響最小的因素是再生粗骨料替代率，保證劈拉強(qiáng)度達(dá)到最大的方案是A1、B2、C2、D1。對抗折強(qiáng)度的影響情況是粉煤灰摻量造成的影響最大，之后是再生粗骨料替代率以及減水劑摻量，影響最小的是包漿水泥的強(qiáng)度，保證抗折強(qiáng)度達(dá)到最大的方案是A1、B3、C3、D2。

極差分析表 表9

綜上，粉煤灰摻量A在三個(gè)力學(xué)性能中都是在A1水平下達(dá)到最高值，而在包漿水泥的強(qiáng)度B中抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度都是在B2水平下達(dá)到最大值而抗折強(qiáng)度則是在B3水平下達(dá)到最大值，但在抗折強(qiáng)度中B的極差為最低的0.2，所以B對抗折強(qiáng)度的影響最小，而B在前兩項(xiàng)力學(xué)性能的影響力又排在第二，因此包漿水泥強(qiáng)度的最佳方案應(yīng)為B2水平。

再生粗骨料替代率C在抗壓強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度中都是在C2水平下達(dá)到最大值，在抗折強(qiáng)度中是在C3水平下達(dá)到最大值，而再生粗骨料替代率在前兩項(xiàng)力學(xué)性能中的影響程度是最低的，而在抗折強(qiáng)度中的影響力又是第二高，因此為了實(shí)現(xiàn)總體力學(xué)性能最優(yōu)，應(yīng)選用C3水平下的粗骨料替代率。

減水劑摻量D抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度中是在D2水平下達(dá)到最大值，而在劈拉強(qiáng)度中是在D1水平下達(dá)到最大值，而減水劑摻量在抗壓、劈拉、抗折強(qiáng)度三項(xiàng)指標(biāo)中的影響力都是第三，因此無法通過極差來直接確定。經(jīng)計(jì)算D2水平下的抗壓強(qiáng)度相較D1提升0.48%，抗折強(qiáng)度相較D1提升5.36%，而D1水平下的劈拉強(qiáng)度相較D2提升了0.19%，綜上根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)可以得知D2水平下的減水劑摻量對力學(xué)性能的提升更大。最佳方案為A1、B2、C3、D2。

3 結(jié)論

經(jīng)過試驗(yàn)后可得知再生混凝土在包漿的情況下相比于不包漿有較大程度的提升，且使用配比為粉煤灰摻量25%，包漿水泥的強(qiáng)度32.5R，再生粗骨料替代率30%，減水劑摻量為0.9%的再生粗骨料混凝土可以得到最佳的力學(xué)性能。