水膠比和再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究

袁繼峰，王衛(wèi)，陸永濤

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇泰州225300）

水膠比和再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究

袁繼峰，王衛(wèi)，陸永濤

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇泰州225300）

為了更好地掌握再生混凝土強(qiáng)度變化規(guī)律，利用廢棄混凝土試塊作為再生粗骨料原料，依據(jù)水膠比和再生粗骨料取代率不同配制了15組共計(jì)75個(gè)再生混凝土試塊進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：再生混凝土破壞過程和破壞形態(tài)與普通混凝土基本一致，但相對(duì)于普通混凝土來說，再生混凝土的基本力學(xué)性能較差。再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨水膠比增大而降低，再生粗骨料取代率的增加會(huì)對(duì)再生混凝土的基本力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。

再生混凝土；抗壓強(qiáng)度；水膠比；再生粗骨料取代率

0 引言

改革開放30多年來，我國步入城市化快速發(fā)展階段，而與之伴生的環(huán)境問題、資源問題等已成為制約我國城市健康發(fā)展的頑疾。在這之中，由于建筑物拆除、改建、裝修產(chǎn)生的建筑垃圾，既帶來環(huán)境破壞又耗費(fèi)大量資源[1]。對(duì)廢棄混凝土進(jìn)行再生循環(huán)利用不僅可以減少資源的浪費(fèi)，更有利于推動(dòng)建筑行業(yè)可持續(xù)性發(fā)展[2]。然而相對(duì)于普通混凝土而言，影響再生混凝土強(qiáng)度的因素較為復(fù)雜，必須加以重視。

近年來，我國許多學(xué)者已經(jīng)開展該領(lǐng)域的研究[3-4]，并取得一定的成果，但相關(guān)研究仍缺乏系統(tǒng)性和全面性。本文主要基于不同水膠比和粗骨料取代率，研究其對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響的規(guī)律，以便為再生混凝土的研究及應(yīng)用提供一定的借鑒。

1 試驗(yàn)研究

1.1 原材料

（1）水泥采取泰州楊灣海螺水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的32.5號(hào)普通硅酸鹽水泥。

（2）天然骨料：砂采取泰州市鳳城河天然砂，中砂；天然碎石采用泰州市鳳城河的人工碎石，連續(xù)級(jí)配，粒徑4.75～19mm。

（3）再生粗骨料：采用泰州市同一建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司提供的廢棄混凝土試塊（圖1）人工破碎篩分而成，原廢棄混凝土試塊強(qiáng)度等級(jí)均為C30。破碎篩分后的再生粗骨料見圖2所示。根據(jù)《普通混凝土用砂石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，測試了粗骨料的基本性能，見表1。

1.2 試驗(yàn)方案

圖1 待破碎廢混凝土試塊

圖2 再生粗骨料篩分

表1 粗骨料的基本性能

為了更好掌握再生混凝土強(qiáng)度變化規(guī)律，分別以水膠比為0.45、0.55、0.65，再生粗骨料取代率為0%、25%、50%、75%、100%分組制作再生粗骨料混凝土試塊，每組試塊數(shù)為5件，尺寸均為150mm×150mm×150mm。本次試驗(yàn)的試塊制作養(yǎng)護(hù)參照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50080-2002，采用HJW-60臥式混凝土攪拌機(jī)攪拌，人工振實(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至28d進(jìn)行試驗(yàn)。所有試件均為一批澆筑完成，混凝土抗壓強(qiáng)度的測定嚴(yán)格遵循《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081-2002進(jìn)行。

1.3 配合比設(shè)計(jì)

再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)考慮了再生粗骨料較高的吸水性能，參照鄧壽昌、羅冠祥的研究[5]，引入附加水補(bǔ)償再生粗骨料的吸水量，并控制用水增加量不超過5%。本文采用的再生混凝土的配合比詳見表2。表2中1、2、3分別代表水膠比為0.45、0.55、0.65；R0、R25、R50、R75、R100分別代表再生粗骨料取代率為0%、25%、50%、75%、100%。

表2 再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)

1.4 試驗(yàn)過程

對(duì)多組再生混凝土試塊的抗壓試驗(yàn)過程觀察發(fā)現(xiàn)，再生混凝土試件的破壞形式與原生混凝土試件是基本相似的。本試驗(yàn)中試驗(yàn)機(jī)的承壓板上不涂潤滑劑，混凝土的橫向變形受到摩擦阻力，形成套箍作用。試件剛開始加載階段，表面并沒有出現(xiàn)裂縫，隨著荷載的增加，試件開始出現(xiàn)了裂縫（見圖3-a所示）。裂縫首先是在試件的側(cè)表層出現(xiàn)的，隨后逐步擴(kuò)大，中部裂縫基本處于垂直方向，并沿斜向上和斜向下大約成45°的方向發(fā)展。繼續(xù)增加荷載，試件達(dá)到所能承受的最大壓力，此時(shí)的試塊達(dá)到極限應(yīng)力狀態(tài)，試驗(yàn)機(jī)的壓力值不再增加，而是降低，試件的承載能力迅速下降，變形增大，直至破壞。試驗(yàn)表明，無論再生粗骨料取代率的大小為多少，再生混凝土立方體試塊最終的破壞形態(tài)均為正倒相連的四角錐（見圖3-b所示）。

圖3 再生混凝土試驗(yàn)過程

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 水膠比對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

水膠比是影響混凝土抗壓強(qiáng)度最基本的因素，對(duì)于普通混凝土，混凝土強(qiáng)度的抗壓強(qiáng)度與水灰比成反比關(guān)系。鄧旭華研究了再生粗骨料取代率100%情況下水膠比變化對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度影響趨勢[6]，本次研究將綜合分析不同粗骨料取代率下水膠比對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、整理、分析，得到不同粗骨料取代率水膠比與再生混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，見圖4所示。

圖4 水膠比與再生混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系

由圖4發(fā)現(xiàn)，再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度隨著水膠比的增大而逐漸降低，與普通混凝土相似。但通過對(duì)各粗骨料取代率下運(yùn)用線性擬合分析水膠比的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)水膠比的影響呈現(xiàn)不同趨勢。在水膠比從0.45增至0.55時(shí)，取代率為0%、25%、50%，再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出規(guī)律性的降低，線性斜率是呈現(xiàn)出一定的規(guī)律即斜率是逐漸增大，但在取代率75%時(shí)強(qiáng)度降低較大，在100%時(shí)，甚至出現(xiàn)一定的增加，表現(xiàn)出極其不穩(wěn)定的一面；在水膠比由0.55增至0.65時(shí)，從整個(gè)抗壓強(qiáng)度值的表現(xiàn)來看，總體上呈現(xiàn)出比較平穩(wěn)的波動(dòng)，但在取代率100%時(shí)，還是出現(xiàn)較大的增加幅度，在一定程度上存在不穩(wěn)定的一面?？梢娝z比對(duì)于再生粗骨料取代率為75%、100%兩種再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的波動(dòng)還是比較明顯的，但對(duì)于取代率低于50%的再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出規(guī)律性的波動(dòng)，這一現(xiàn)象對(duì)于今后再生混凝土力學(xué)性能方面的研究具有借鑒作用。

2.2 再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

Mandal和Gupta的試驗(yàn)得出再生混凝土強(qiáng)度均低于普通混凝土，平均降低15%[7]，但Ridzuan的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，再生混凝土強(qiáng)度較普通混凝土高2%～20%[8]。為了更好地研究再生混凝土的性能，基于不同再生粗骨料取代率分析再生混凝土抗壓強(qiáng)度。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、整理、分析，得到不同粗骨料取代率水膠比與再生混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，見圖5所示。

圖5 再生骨料取代率與再生混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系

從圖5中可以看出，在水膠比為0.45、0.55時(shí)，再生混凝土取代率為0%時(shí)（普通混凝土），抗壓強(qiáng)度是最高的，在水膠比為0.65，取代率為75%時(shí)，是本次試驗(yàn)唯一再生混凝土強(qiáng)度高于同等條件的普通混凝土。當(dāng)再生粗骨料取代率由0%增至25%時(shí)，三個(gè)水膠比情況下的抗壓強(qiáng)度值均呈現(xiàn)明顯下降趨勢；當(dāng)增加到取代率增至50%、75%時(shí)，均呈現(xiàn)上升趨勢。對(duì)于再生粗骨料取代率25%至75%這一階段，再生粗骨料立方體抗壓強(qiáng)度隨再生粗骨料取代率的增加而增加這一現(xiàn)象，這可能是因?yàn)樵偕止橇媳砻娴拇植诔潭容^天然骨料大，且再生粗骨料表面包裹著水泥砂漿導(dǎo)致界面結(jié)合得到一定加強(qiáng)。

從圖5中可知，這個(gè)上升趨勢在再生粗骨料取代率為75%以內(nèi)是適用的，但再生粗骨料增加至100%時(shí)，在水膠比為0.45的立方體抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出繼續(xù)上升趨勢，但水膠比為0.55和0.65時(shí)均呈現(xiàn)出下降的趨勢。對(duì)于取代率為100%表現(xiàn)出的這種性質(zhì)有待進(jìn)一步的研究。

進(jìn)一步分析再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度影響程度，以R0組（再生粗骨料取代率為0%，即為普通混凝土）混凝土為基本組進(jìn)行對(duì)比分析，詳見表3所示。

表3 再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度降低率（%）

從表3可以看出，在與R0組相比，再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度影響降低率最高為17.45%，這一結(jié)論Mandal和Gupta的試驗(yàn)結(jié)論較為相似，再生混凝土抗壓強(qiáng)度降低主要問題在再生粗骨料中天然骨料與老舊砂漿之間以及再生粗骨料與新砂漿之間形成較為薄弱的界面過渡區(qū)，影響了混凝土的強(qiáng)度。

3 結(jié)論

（1）從再生混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中可看出，再生混凝土試件的破壞斷面主要集中在粗骨料的界面，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有少許粗骨料被劈開的情況，但從整個(gè)破壞形態(tài)來看，再生混凝土試件的破壞基本上是骨料和砂漿結(jié)合面的斷裂導(dǎo)致的破壞。

（2）水膠比對(duì)再生混凝土的影響規(guī)律類似于普通混凝土，尤其是取代率50%以下時(shí)具有較好的穩(wěn)定性。但對(duì)于粗骨料取代率為75%、100%時(shí)，當(dāng)水膠比大于0.55時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出極其不穩(wěn)定的一面。

（3）粗骨料取代率對(duì)再生混凝土強(qiáng)度影響較大，再生粗骨料中天然骨料與老舊砂漿之間以及再生粗骨料與新砂漿之間形成較為薄弱的界面過渡區(qū)，導(dǎo)致再生混凝土強(qiáng)度普遍低于普通混凝土，這點(diǎn)在再生混凝土為25%和50%表現(xiàn)較為明顯。從試驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)在再生粗骨料取代率為100%時(shí)，隨水膠比的增大出現(xiàn)兩種截然相反的趨勢。

（4）在本試驗(yàn)中，原生混凝土的來源比較單一，強(qiáng)度等級(jí)以C30為主，但在實(shí)際工程中，再生粗骨料的來源比較復(fù)雜，其性能也不盡相同，這也就給再生混凝土的研究增添了很大的難點(diǎn)，對(duì)于再生粗骨料的不同來源有待進(jìn)一步的研究。

[1]肖建莊.再生混凝土[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社. 2008:2-4.

[2]賈淑明，趙永花，姚旭.再生混凝土技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].中國建材科技，2013（1）：22-26.

[3]鄧壽昌，羅冠祥.混凝土配合比設(shè)計(jì)與再生混凝土配合比設(shè)計(jì)方法的比較與分析[J].惠州學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，31（3）:9-18.

[4]劉金海.再生粗骨料混凝土力學(xué)性能影響因素實(shí)驗(yàn)研究[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[5]肖建莊，李佳彬，孫振平.再生混凝土的抗壓強(qiáng)度研究[J].上海:同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，32（12）:1558-1561.

[6]鄧旭華.水灰比對(duì)再生混凝土強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2005（2）:46-48.

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責(zé)任編輯：孫蘇

Study on Impacts of Water Cement Ratio and RCA Replacement Ratio on Recycled Concrete Strength

To better masterthe changing law ofrecycled concrete strength,some abandoned concrete blocks are used as RCA to produce 75 recycled concrete blocks in 15 groups with differentwater cement ratios and RCA replacement ratios for study and analysis.The study shows that recycled concrete shares the same failure process and failure form with ordinary concrete,but has poor basic mechanicalproperties compared with ordinary concrete.The compressive strength of recycled concrete weakens with the increase of water cement ratio.Besides，the increase of RCA replacementratio has negative impacton the basic mechanicalproperties of recycled concrete.

recycled concrete；compression strength；watercementratio；RCA replacementratio

TU528

A

1671-9107（2014）10-0053-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.10.053

2014-09-17

袁繼峰（1980-），男，湖北荊州人，研究生，講師，主要從事工程結(jié)構(gòu)基本理論及應(yīng)用的研究，材料性能分析。