再生骨料級(jí)配對(duì)再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

姜　魯，劉元珍，王文婧，胡鳳麗

(太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院, 山西太原030024)

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再生骨料級(jí)配對(duì)再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

姜魯，劉元珍，王文婧，胡鳳麗

(太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院, 山西太原030024)

為研究再生骨料級(jí)配對(duì)再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度及其離散性的影響規(guī)律，對(duì)四種不同再生骨料級(jí)配配制的混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，并計(jì)算抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。以骨料級(jí)配為變量，分析了再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度的變化趨勢(shì)。研究表明：通過(guò)人工調(diào)配可提高骨料的物理性質(zhì)以及優(yōu)化骨料級(jí)配。級(jí)配調(diào)整后不僅可以提高混凝土抗壓強(qiáng)度，也可有效降低抗壓強(qiáng)度的離散性，標(biāo)準(zhǔn)差在1～3MPa范圍內(nèi)。當(dāng)分別增加大粒徑(9.5～19mm)、小粒徑(4.75～9.5mm)再生粗骨料時(shí)，雖依照現(xiàn)行普通混凝土規(guī)范[《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T10-2011)]表現(xiàn)為級(jí)配不良，但出現(xiàn)了強(qiáng)度分別提高27.3%和14.1%的現(xiàn)象。同一級(jí)配下再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度呈正態(tài)分布，級(jí)配調(diào)整后，再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度正態(tài)分布曲線均值增加。再生骨料級(jí)配調(diào)整，可為再生保溫混凝土的推廣應(yīng)用提供一定的技術(shù)手段。

骨料級(jí)配;再生保溫混凝土;抗壓強(qiáng)度;離散性;正態(tài)分布

0　引　言

再生粗骨料混凝土(以下簡(jiǎn)稱(chēng)再生混凝土)是指一種將廢棄混凝土經(jīng)破碎、篩分后作為粗骨料應(yīng)用于新拌混凝土中的綠色環(huán)保型混凝土。隨著再生混凝土研究的深入，將再生骨料作為粗骨料應(yīng)用于實(shí)際建筑工程中是我國(guó)建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外有關(guān)再生混凝土的研究涉及到材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)等方面。肖建莊等[1]指出當(dāng)再生骨料自然級(jí)配不良時(shí)，經(jīng)調(diào)整后可改善骨料的壓碎指標(biāo)，提高骨料的堆積密度。池漪等[2]運(yùn)用分形理論探討了不同分形維數(shù)的再生骨料級(jí)配對(duì)再生混凝土基本力學(xué)性能的影響，研究表明：再生混凝土基本力學(xué)性能和工作性能，與同一級(jí)配分形維數(shù)下骨料的最大粒徑有關(guān)。González-FonteboaBelén等[3]研究了不同再生骨料摻量對(duì)再生混凝土本構(gòu)關(guān)系的影響，指出隨著再生骨料摻量的增加，縱向應(yīng)變?cè)龃?，彈性模量減小，峰值應(yīng)變和極限應(yīng)變均增大。這說(shuō)明再生骨料的摻入可提高混凝土的延性。陳宗平等[4]指出再生混凝土強(qiáng)度隨取代率的增加而提高，綜合考慮強(qiáng)度指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，再生骨料最佳替代率為30%～40%。石建光等[5-6]發(fā)現(xiàn)采用再生骨料自然級(jí)配配制的再生混凝土抗壓強(qiáng)度低，工作性能差，當(dāng)增加大粒徑再生骨料時(shí)，其工作性能以及抗壓強(qiáng)度均大幅提高，并且運(yùn)用顆粒—彈簧模型，從細(xì)觀上分析計(jì)算了不同骨料級(jí)配對(duì)再生混凝土性能的影響。邱樹(shù)恒等[7]指出再生混凝土表觀密度與骨料取代率呈線性關(guān)系，且水灰比降到一定程度時(shí)，再生混凝土強(qiáng)度會(huì)超過(guò)基準(zhǔn)混凝土。嚴(yán)捍東等[8]發(fā)現(xiàn)不同連續(xù)級(jí)配再生骨料對(duì)硬化混凝土的抗壓強(qiáng)度和新拌混凝土的工作性能影響顯著。

保溫混凝土是指在混凝土拌合時(shí)摻入一定量的玻化微珠保溫材料，使其成為兼具保溫承重的一種新型綠色混凝土。劉元珍、王文婧等[9-10]研究了保溫混凝土力學(xué)性能，確定了其強(qiáng)度等級(jí)C20～C60?；⒅楸鼗炷恋呐浜媳龋渲袑?dǎo)熱系數(shù)在0.2～0.6W/(m·K)之間。趙林等[11-12]對(duì)保溫混凝土微觀結(jié)構(gòu)和保溫性能方面進(jìn)行了研究，指出?；⒅閮?nèi)部呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，可有效降低混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)。2012年本課題組在保溫混凝土的基礎(chǔ)上，將“建筑材料的再生利用”與“結(jié)構(gòu)自保溫”相結(jié)合提出了再生保溫混凝土，并進(jìn)行了相關(guān)配合比[13]、力學(xué)性能和抗震性能[14]的探索研究，但是關(guān)于再生骨料級(jí)配對(duì)再生保溫混凝土基本力學(xué)性能的研究尚屬空白。為此，本文在上述研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)實(shí)際工程中再生骨料級(jí)配存在的問(wèn)題，擬對(duì)再生骨料級(jí)配進(jìn)行人工調(diào)整，對(duì)比分析級(jí)配調(diào)整前后再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律。

1　試驗(yàn)概況

1.1材料

再生粗骨料(取自邯鄲某再生骨料生產(chǎn)廠)：5～20mm連續(xù)級(jí)配再生粗骨料，表觀密度為2 448kg/m3，其24h飽和吸水率為6.1%，壓碎指標(biāo)為14.7%。圖1為粗骨料與保溫骨料外觀形貌，再生粗骨料表面如圖1(b)所示。

天然細(xì)骨料：24h飽和吸水率為6.0%，細(xì)度模數(shù)為2.37，屬于Ⅱ區(qū)中砂。

水泥：42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。

保溫骨料：采用玻化微珠為保溫骨料，取自河南信陽(yáng)某玻化微珠加工廠，主要物理指標(biāo)見(jiàn)表1，其形狀如圖1(c)所示。

減水劑：聚羧酸系高性能減水劑。

(a) 天然骨料

(b) 再生骨料

(c) ?；⒅?/p>

(d) ?；⒅閮?nèi)部結(jié)構(gòu)

圖1粗骨料與保溫骨料

Fig.1Coarseaggregateandthermalaggregate

表1?；⒅?GHB)物理指標(biāo)

Tab.1Physicalpropertiesofglazedhollowbead(GHB)

粒徑/mm堆積密度/(kg·m-3)筒壓強(qiáng)度/kPa導(dǎo)熱系數(shù)/[W·(m·K)-1]24h吸水率/%表面?；]孔率/%體積漂浮率/%0.5～1.51322070.033528990

1.2材料級(jí)配曲線

粒徑為5～20mm再生骨料的自然級(jí)配、人工級(jí)配、最佳級(jí)配[按《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T10-2011)得到的粗骨料最佳級(jí)配曲線]以及砂子級(jí)配曲線如圖2所示。與自然級(jí)配相比，再生骨料經(jīng)人工調(diào)整后的三種級(jí)配的物理性質(zhì)如表2所示。

(a) 再生粗骨料級(jí)配

從表2中可以看出，經(jīng)人工調(diào)整后，當(dāng)增加小粒徑再生粗骨料時(shí)，可達(dá)到最佳調(diào)整效果：再生粗骨料松散堆積密度、緊密堆積密度分別提高了2.16%、2.02%，壓碎指標(biāo)降低了6.52%。

1.3再生保溫混凝土配合比

本文為探究再生粗骨料級(jí)配對(duì)再生保溫混凝土基本力學(xué)性能離散性的影響以及可能產(chǎn)生的變異現(xiàn)象，通過(guò)采用人工調(diào)整后級(jí)配配制的再生保溫混凝土與其自然級(jí)配相對(duì)比。有關(guān)學(xué)者[16]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法預(yù)測(cè)了再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響因素，研究表明：砂率、水灰比、再生粗骨料替代率以及骨料本身的吸水率等均會(huì)影響混凝土的抗壓強(qiáng)度。基于此，本研究為盡量消除其他因素影響，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，采用同一批廢棄混凝土生產(chǎn)的再生粗骨料，并且再生粗骨料替代率為100%。外加劑替代水泥的4.8%，其1m3配合比如表3所示。

表3　再生保溫混凝土(RATIC)配合比Tab.3　The mixture proportion of recycled aggregate thermal insulation concrete (RATIC)

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度

按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)中規(guī)定的對(duì)各組中每個(gè)試件均做了強(qiáng)度檢驗(yàn)，由于數(shù)據(jù)較多，本文中僅列出最佳級(jí)配時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。圖3為不同再生骨料級(jí)配下抗壓強(qiáng)度的變化趨勢(shì)。

表4　再生保溫混凝土(RATIC)最佳級(jí)配時(shí)抗壓強(qiáng)度代表值Tab.4　Representative values of compressive strength of RATIC with the optimum gradation

圖3　再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度Fig.3　The compressive strength of RATIC

從圖3中可以看出：①自然級(jí)配再生保溫混凝土強(qiáng)度偏低；②人工調(diào)配后，分別增加大粒徑(9.5～19mm)骨料含量，使得抗壓強(qiáng)度較自然級(jí)配時(shí)提高了27.3%，這可能是由于再生粗骨料用于新拌混凝土?xí)r，骨料在重力作用下向下運(yùn)動(dòng)，拌合水則相對(duì)于骨料向上運(yùn)動(dòng)，水對(duì)骨料的運(yùn)動(dòng)起到阻礙作用，使水在骨料下部聚集成水囊。與此同時(shí)，水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的鈣離子被帶到并富集于骨料下部，形成界面過(guò)渡區(qū)。與小粒徑骨料相比較，大粒徑骨料下沉?xí)r，拌合水對(duì)骨料的阻力較小，使得骨料運(yùn)動(dòng)較快，骨料下部的水囊數(shù)量減少，骨料—新水泥砂漿界面過(guò)渡區(qū)孔隙率減小，使得界面過(guò)渡區(qū)強(qiáng)度提高，從宏觀上表現(xiàn)為再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度提高；另外在破碎原生混凝土?xí)r，與得到小粒徑骨料相比，大粒徑再生粗骨料損傷程度較小，并且大粒徑骨料表面較粗糙，骨料與新水泥砂漿的粘結(jié)較好，因此增加一部分大粒徑骨料也會(huì)使得混凝土強(qiáng)度提高；③增加小粒徑(4.75～9.5mm)再生骨料含量，使得抗壓強(qiáng)度比自然級(jí)配提高了14.1%，這可能是由于小粒徑再生粗骨料表面附著大量舊水泥砂漿，或者其本身就是砂漿顆粒，使得小粒徑再生粗骨料吸水率較高[18]，導(dǎo)致混凝土有效水灰比減小，再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度提高；④當(dāng)按JGJ/T10-2011《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》中粗骨料最佳級(jí)配曲線配制的再生保溫混凝土，其抗壓強(qiáng)度較自然級(jí)配時(shí)提高17.5%，原因是此時(shí)再生骨料級(jí)配較優(yōu)。

2.2再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度離散性

GB/T50107-2010《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定：檢驗(yàn)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差按式(1)計(jì)算：

(1)

其中，fcu,i表示第i組強(qiáng)度實(shí)測(cè)值；mfcu表示強(qiáng)度平均值；n表示樣本容量。

肖建莊等[1]給出了如式(2)所示的再生混凝土抗壓強(qiáng)度概率密度函數(shù)，式(2)同樣也適用于再生保溫混凝土，并通過(guò)本文給出的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差和平均值得到概率密度曲線。

(2)

式中，μ表示強(qiáng)度平均值，x為概率密度函數(shù)f(x)的隨機(jī)變量。

不同再生骨料級(jí)配配制再生保溫混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差及正態(tài)分布曲線如圖4所示。

(a) 抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差

圖4再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差和正態(tài)分布曲線

Fig.4ThestandarddeviationandgausscurvesofcompressivestrengthforRATIC

由圖4(a)可知：當(dāng)增加大粒徑骨料時(shí)，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差最小，表明此級(jí)配時(shí)再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度離散程度小，其后分別為最佳級(jí)配、增加小粒徑和自然級(jí)配。從圖4(b)中可以看出級(jí)配調(diào)整后，再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度正態(tài)分布曲線均值增加，強(qiáng)度代表值提高。這也和不同級(jí)配再生骨料對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度值的影響規(guī)律相同，故人工調(diào)整后的再生骨料級(jí)配不僅可以提高混凝土抗壓強(qiáng)度，也可有效降低抗壓強(qiáng)度的離散性。

3　結(jié)　論

①通過(guò)再生骨料級(jí)配優(yōu)化可提高再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度。

②級(jí)配調(diào)整后的再生粗骨料配制的再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度增大，當(dāng)分別增加大粒徑(9.5～19mm)、小粒徑(4.75～9.5mm)再生粗骨料時(shí)，雖依照現(xiàn)行普通混凝土規(guī)范[《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T10-2011)]表現(xiàn)為級(jí)配不良，但出現(xiàn)了強(qiáng)度分別提高27.3%、14.1%的現(xiàn)象。

③人工調(diào)整后的再生骨料級(jí)配可有效降低抗壓強(qiáng)度的離散性。

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(責(zé)任編輯唐漢民梁健)

Effects of gradation on compression strength of recycled aggregate thermal insulation concrete

JIANG Lu, LIU Yuan-zhen, WANG Wen-jing, HU Feng-li

(CollegeofArchitecture&CivilEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

Togetabetterunderstandingonthecompressivestrengthanddiscretenessofrecycledaggregatethermalinsulationconcrete(RATIC)affectedbyrecycledcoarseaggregate(RCA)gradation,anexperimenthasbeencarriedoutonconcreteoffourdifferentrecycledaggregategradations.Therelationshipbetweencompressivestrengthandrecycledaggregategradationisanalyzed,andthestandarddeviationofcompressivestrengthiscalculated.Theresearchshowsthatthegradationofrecycledcoarseaggregateproducedbyindustryispoor,andthephysicalpropertiesandgradationoftheaggregatecanbeimprovedbyartificialmixing.ThegradationadjustmentcannotonlyenhancethecompressivestrengthoftheRATIC,butalsodecreasetheseparationofthecompressivestrength,andthestandarddeviationfallsinarangeof1～3MPa.Afterincreasingtheratioofmediumsize(9.5～19mm)andsmallsize(4.75～9.5mm)ofRCA,thecompressivestrengthoftheRATICwereincreasedby27.3%and14%1%,respectively,althoughtheparticlegradationwaspooraccordingtotheTechnicalSpecificationforConstructionofConcretePumping(JGJ/T10-2011).ThecompressivestrengthsofRATICarenormaldistributionunderthesamegradation,andthemeancompressivestrengthofRATICincreasesafterthegradationadjustment.RecycledaggregategradationadjustmentprovidesawayforthepromotionandapplicationofRATIC.

aggregategradation;recycledaggregatethermalinsulationconcrete(RATIC);compressivestrength;separation;normaldistribution

2016-03-14；

2016-06-15

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51508370，51308371)；山西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014011033-1)

劉元珍(1974—)，女，山西霍州人，太原理工大學(xué)副教授，博士；E-mail：liuyuanzhen820@126.com。

10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.1200

TU528.79

A

1001-7445(2016)04-1200-06

引文格式：姜魯，劉元珍，王文婧,等.再生骨料級(jí)配對(duì)再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度的影響[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，41(4)：1200-1205.