廢棄料再生混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究

王利夫，王正中

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西楊凌712100；2.漢中市河道管理處，陜西漢中723000）

廢棄料再生混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究

王利夫1,2，王正中1

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西楊凌712100；2.漢中市河道管理處，陜西漢中723000）

廢棄混凝土在建筑垃圾中占有很大比例，一般達(dá)到55%-65%，對(duì)廢棄混凝土循環(huán)再利用進(jìn)行研究，不僅可以保護(hù)環(huán)境、節(jié)約土地，還可以降低建設(shè)成本。通過(guò)試驗(yàn)，研究水灰比0.55時(shí)再生粗骨料不同取代率下的混凝土抗壓強(qiáng)度的特征及分布規(guī)律。分析試驗(yàn)結(jié)果表明：在水灰比0.55條件下，再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨著廢棄料粗骨料取代率的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)；當(dāng)粗骨料取代率50%時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度最接近普通混凝土。

循環(huán)利用；再生粗骨料；取代率；抗壓強(qiáng)度；特征規(guī)律

1 前言

隨著我國(guó)建筑業(yè)的蓬勃快速發(fā)展，廢舊建筑物的拆遷數(shù)量也是不斷增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)每一年產(chǎn)生超過(guò)4000萬(wàn)噸[1]的建筑垃圾。這些建筑垃圾中廢棄混凝土和報(bào)廢的混凝土構(gòu)筑物的比例一般達(dá)到55%-65%。目前，對(duì)于廢棄混凝土的處理我國(guó)一般采用兩種方式：一是作為建筑垃圾直接運(yùn)往郊外堆放或者填埋，這種方式既占土地資源又造成環(huán)境污染和生態(tài)破壞；二是作為回填材料或者砌體材料使用，這種處理方式可行但使用數(shù)量和范圍很有限。故而，對(duì)廢棄混凝土的循環(huán)再利用研究就具有較強(qiáng)的必要性和重大的現(xiàn)實(shí)意義。

我國(guó)再生混凝土的研究雖然起步較晚，但近些年發(fā)展速度較快。國(guó)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者主要通過(guò)試驗(yàn)研究，提出建筑廢料再利用制造再生混凝土，并把普通混凝土作為參照物，探討再生混凝土的相關(guān)性能，并取得了一些成果。張亞梅等[2]通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比普通混凝土與再生混凝土的強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)在水灰比合適的情況下再生混凝土的抗壓強(qiáng)度比普通混凝土還要高。顧榮軍[3]根據(jù)所含的雜質(zhì)不同將廢棄混凝土分為4類(lèi)，并研究了不同種類(lèi)的廢棄混凝土在工程建設(shè)中的應(yīng)用。周靜海[4]通過(guò)對(duì)再生混凝土進(jìn)行單軸抗壓試驗(yàn)，提出當(dāng)摻入再生骨料的比例合適，再生混凝土柱的承載能力基本上滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)要求，與普通混凝土柱承載能力大小基本一致，完全可以用作結(jié)構(gòu)構(gòu)件。楊青[5]研究了再生粗骨料在不同吸水率情況下對(duì)再生混凝土力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)表明，再生粗骨料的吸水率一般大于天然級(jí)配粗骨料，再生粗骨料的用量遞增時(shí)，再生混凝土的粘聚性和保水性有較明顯的提高，但是和易性會(huì)變差。王璇[6]等研究了再生混凝土梁的抗彎、承載力等力學(xué)性，并指出了應(yīng)用的可能性。

由上述情況，可以看出我國(guó)目前對(duì)再生混凝土的研究大多側(cè)重其抗壓性能和彈性模量等方面。然而，由于廢棄混凝土來(lái)源、性狀不同，導(dǎo)致制備的再生混凝土基本力學(xué)性能指標(biāo)差異也較大。在廢棄混凝土再利用研究中，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度是不可或缺的重要基本參數(shù)，也是對(duì)再生混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性分析評(píng)價(jià)的重要參數(shù)[7]。顯然，再生粗骨料混凝土和普通混凝土的抗壓強(qiáng)度有明顯差異。本文以拆除路面C25混凝土破碎篩分后作為部分粗骨料配置的再生混凝土為研究對(duì)象，研究0.55水灰比條件下，再生粗骨料取代率0，25%，50%，75%，100%的再生混凝土抗壓強(qiáng)度的主要變化特征及分布規(guī)律，為今后再生混凝土研究和一般使用提供參考。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)材料

（1）天然骨料。試驗(yàn)所使用的天然骨料為連續(xù)級(jí)配的碎石和黃砂。碎石最大粒徑為20 mm，碎石的含水率為0.45%。砂為普通黃砂，細(xì)度模數(shù)為2.75，砂的含水率為2.7%，堆積密度為1473 kg/m3。

（2）再生骨料。由某路面拆除混凝土塊狀物破碎加工而成，經(jīng)核實(shí)該廢棄混凝土標(biāo)號(hào)為C25，壓碎指標(biāo)15.3%，粒徑篩分選為5～10 mm、10～15 mm、15～20 mm、20～25 mm四種，參考《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ52-2006），分別測(cè)定了天然粗骨料及再生粗骨料的基本物理性能，結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)粗骨料的基本物理性能

（3）其他材料。本試驗(yàn)采用海螺牌32.5的普通硅酸鹽水泥，其表觀(guān)密度為3100 kg/m3，本試驗(yàn)再生混凝土拌合物采用自來(lái)水。

2.2 試驗(yàn)儀器與方法

試驗(yàn)主要設(shè)備為無(wú)錫生產(chǎn)的YE－2000D液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，最大量程為2000 kN。試驗(yàn)操作步驟參考《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。

2.3 再生混凝土配合比

本試驗(yàn)采用0.55水灰比，再生粗骨料以0、25%、50%、75%、100%的取代率代替天然骨料，每種取代率制作1組（3個(gè)）試塊。由于目前再生混凝土沒(méi)有規(guī)范的配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，本試驗(yàn)參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55－2011)[8]設(shè)計(jì)配合比，0.55水灰比的配合比設(shè)計(jì)如表2所示。再生混凝土試塊制備后，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d進(jìn)行試驗(yàn)。

表20 .55水灰比混凝土試塊的配合比

2.4 試塊制作與養(yǎng)護(hù)

試驗(yàn)中首先利用攪拌機(jī)（50L）對(duì)混凝土拌合物進(jìn)行攪拌，直至拌合物達(dá)到和易性要求，隨后將拌合物裝入標(biāo)準(zhǔn)鋼模（150 mm×150 mm×150 mm），并借助于振動(dòng)臺(tái)振實(shí)、成型。靜置24 h后，進(jìn)行拆模并編號(hào)。而后放置試塊于標(biāo)準(zhǔn)室養(yǎng)護(hù)內(nèi)，28 d后取出進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試塊破壞加載過(guò)程

對(duì)照普通混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法，對(duì)再生混凝土試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)并觀(guān)察其破壞過(guò)程。加載前，試塊表面平整，無(wú)明顯裂縫。隨著加載增加，再生混凝土試塊在受壓而逐漸形變，出現(xiàn)局部裂隙，且方向垂直。當(dāng)加荷速度均勻，以每秒鐘0.3～0.5MPa增加時(shí)，裂縫逐漸向里發(fā)展，當(dāng)荷載達(dá)到試塊的極限荷載時(shí)，混凝土試塊將發(fā)生破壞。

3.2 抗壓強(qiáng)度計(jì)算

通過(guò)對(duì)養(yǎng)護(hù)28 d混凝土試件進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，記錄每個(gè)試件的破壞荷載。依據(jù)國(guó)家規(guī)范《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50107-2010）》[9]計(jì)算立方體試件抗壓強(qiáng)度。計(jì)算公式如下：

式中：fcc為抗壓強(qiáng)度，MPa；F為試件破壞荷載，N；A為試件承壓面積，mm2。

3.3 強(qiáng)度值的確定原則

依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方法并通過(guò)計(jì)算得出各混凝土試件的抗壓強(qiáng)度，并按照以下原則確定試件強(qiáng)度值：（1）某組試件的強(qiáng)度值取為各試件強(qiáng)度測(cè)試值的算術(shù)平均值。（2）三個(gè)測(cè)試值中若其極大與極小值與中值的差值其中任意一個(gè)超過(guò)15%時(shí)，則舍去兩極值，保留中值作為該組時(shí)間抗壓強(qiáng)度測(cè)試值。（3）若兩極值與中間值的差值均超過(guò)15%時(shí)，舍棄該組實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表30 .55水灰比抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

3.4 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

試塊經(jīng)過(guò)28天的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，將水灰比為0.55的混凝土試塊在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載試驗(yàn)，記錄不同取代率試塊的抗壓強(qiáng)度值，如表3所示。并繪制0.55水灰比下粗骨料的取代率與抗壓強(qiáng)度關(guān)系圖，如圖1所示。

由圖1可以看出，當(dāng)水灰比為0.55時(shí)，再生混凝土試件抗壓強(qiáng)度隨粗骨料取代率的增加，抗壓強(qiáng)度平均值總體呈先增大后減小趨勢(shì)。即當(dāng)取代率為25%-50%，抗壓強(qiáng)度明顯增大；當(dāng)取代率為50%～100%時(shí)，抗壓強(qiáng)度隨著取代率的增大而降低。總體來(lái)說(shuō)，抗壓強(qiáng)度總體維持在25 MPa到35 MPa之間。同時(shí)，通過(guò)對(duì)測(cè)試過(guò)程分析可見(jiàn)再生骨料與新砂漿之間粘結(jié)較弱是導(dǎo)致再生抗壓強(qiáng)度降低的主要原因[9]。

圖10 .55水灰比的混凝土抗壓強(qiáng)度折線(xiàn)圖

4 結(jié)論

本文以路面C25廢棄混凝土為試驗(yàn)材料，研究了0.55水灰比情況下不同粗骨料取代率C25再生混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。主要得到以下結(jié)論：

（1）在水灰比為0.55時(shí)，當(dāng)取代率為25%-50%，抗壓強(qiáng)度明顯增大；當(dāng)取代率為50%-100%時(shí)，抗壓強(qiáng)度隨著取代率的增大而降低。由其總體變化可分析得出，隨著粗骨料取代率的增加再生混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。

（2）混凝土的抗壓強(qiáng)度受再生粗骨料取代率變化的影響較為明顯。當(dāng)再生粗骨料取代率接近50%時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度與普通混凝土較為接近。

[1]馬嶸.再生混凝土在生態(tài)建筑中的意義[J].混凝土，2003(10)：1-7.

[2]張亞梅，秦鴻根，孫偉，郝東明，寧鐘再生混凝土配合比設(shè)計(jì)初探[J].混凝土與水泥制品，2002(1)：7-9.

[3]顧榮軍，耿歐，袁江，高飛劍.再生骨料的生產(chǎn)技術(shù)研究[J].混凝土與水泥制品，2006(1)：16-18.

[4]周靜海,楊永生,焦霞.再生混凝土柱軸心受壓承載力研究[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2008(04)

[5]楊青.再生骨料的吸水率對(duì)再生混凝土物理力學(xué)性能的影響研究[D].浙江大學(xué)，2011.

[6]王璇.再生混凝土梁受彎性能研究[J].黑龍江科技信息，2017（5）：20-23.

[7]李佳彬，肖建莊，黃健，等.再生粗骨料取代率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2006，9(3)：297-301.

[8]肖建莊，李佳彬，孫振平.回彈法檢測(cè)再生混凝土抗壓強(qiáng)度研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2004，30(4)：51-54．

[9]混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50107-2010）[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[10]王江，薛燕飛，周輝.再生混凝土抗壓強(qiáng)度研究[J].混凝土，2006，28 (7)：47-49.

Experimental Study on Compressive Strength of Waste Material Recycled Concrete

Wang Lifu,Wang Zhengzhong
（College ofwater resources and architectural engineering,Water Northwest A&F UniversityYangling712100,Shaanxi; HanzhongRiver Management Office Hanzhong723000,Shaanxi）

Waste concrete for construction waste occupies a large proportion,generally 55%to 65%.The article is based on studying waste concrete recycling,not only can protect the environment,save the land,but also can reduce construction costs.Through the experiment,the characteristics and distribution regularity of concrete compressive strength under different substitution rates of recycled coarse aggregate at 0.55 were studied.The results showthat the compressive strength of recycled concrete increases with the increase of the ratio of coarse aggregate of waste material under the condition of water-cement ratio of0.55.When the ratioofcoarse aggregate is 50%.The compressive strength ofrecycled concrete is closest toordinary concrete.

Recycling utilization,recycled coarse aggregate,substitution rate,compressive strength and characteristics and regualtion

無(wú)

無(wú)

1673-9000（2017）04-0063-03

2017-04-15

高小芳（1985-），女，山西呂梁人，工程師主要從事水利規(guī)劃工作。