C30再生粗骨料混凝土和易性和抗壓強度研究

何錦云 ，毛明明

(河北工程大學土木工程學院，河北邯鄲056038)

隨著我國城市化進程的不斷加快，拆除的建筑垃圾占用了大量的土地并形成嚴重的二次污染［1]，因此廢棄混凝土的回收再利用問題成為研究的熱點。安新正等［2]利用廢棄C25混凝土梁破碎制成的再生粗骨料進行了再生混凝土在海水環境下的腐蝕研究;邢振賢等［3]研究了再生骨料摻量、粉煤灰取代水泥量、粉煤灰超量系數和水灰比對粉煤灰再生混凝土抗壓強度的影響。本實驗采用正交設計試驗方法研究邯鄲再生混凝土在不同再生粗骨料取代率、不同水灰比、不同砂率的條件下對C30再生粗骨料混凝土抗壓強度及和易性的影響，以期為實際工程應用建筑垃圾骨料提供有益的參考。

1 材料與方法

1.1 原材料

①水泥:選用太行山牌42.5R普通硅酸鹽水泥，其各項性能指標及化學成分［4]見表1、表2。

②再生粗骨料:采用磚混結構舊建筑拆卸下來的混凝土塊(以碎磚為主)，經人工破碎制成具有連續顆粒級配的再生粗骨料，其物理性能指標［5]見表 3。

③天然骨料:本試驗選用邯鄲本地產的碎石，其物理性能指標見表3。

④細骨料:選用當地的細砂，其物理性能指標見表4。

⑤水:采用邯鄲市飲用自來水。

1.2 試驗方法

本試驗利用正交設計的方法配制C30混凝土，選取再生粗骨料取代率、水灰比和砂率3個因素，分別以A、B、C來表示，D表示空列，每個因素選取3個水平，即再生粗骨料取代率為0%、30%、60%，水灰比為 0.48、0.5、0.52，砂率為 36%、38%、40%;采用)正交表來安排試驗，以抗壓強度和坍落度為考核指標，對考核指標進行極差分析，得到因素A、B、C的第1水平所對應的各指標和K1，第2水平 K2，第3水平 K3及 K1、K2、K3的平均值 k1、k2、k3，最后計算極差值 R，從而確定最佳試驗方案［6]。另外本試驗根據再生粗骨料吸水率大而選用基于自由水灰比之上的配合比設計方法［7]。

2 試驗結果與分析

表5為28 d抗壓強度與坍落度的試驗結果，可以看出再生粗骨料取代率為60%，水灰比為0.48，砂率為40%時，28 d抗壓強度為最小，其值為40.5MPa，由此可知配制強度完全能夠滿足設計要求;當摻加再生粗骨料時，28d抗壓強度最大值達到了46.3MPa，已經大大超出了配置強度。

28 d抗壓強度與坍落度的極差分析見表6，可以根據R的大小判斷出影響28 d抗壓強度的主次順序為A1→B2→C2，即再生粗骨料取代率是影響28 d抗壓強度的主要因素，砂率對再生粗骨料混凝土的影響不大，水灰比有一定的影響;還可判斷出影響坍落度的主次順序為A1→B1→C2，即再生粗骨料的取代率和水灰比對混凝土坍落度的影響比較大。

表1 普通硅酸鹽水泥的性能指標Tab.1 Properties of ordinary portland cement

表3 粗骨料的性能指標Tab.3 Properties of concrete coarse aggregate

表4 細骨料的性能指標Tab.4 Properties of concrete fine aggregate

表5 28d抗壓強度與坍落度試驗結果Tab.5 Test results of 28d compressive strength and slump

表6 28d抗壓強度與坍落度的極差分析Tab.6 Range analysis of 28d compressive strength and slump

2.1 28 d抗壓強度分析

利用極差分析中每個因素的3個強度平均值k1、k2、k3得出再生粗骨料混凝土28 d抗壓強度與各因素水平的關系(圖1)，可以看出隨著再生粗骨料取代率的增加，混凝土的強度有所下降(由于砂率的不同故對強度有一定的影響)，主要是由于再生粗骨料與新舊砂漿之間的粘結力較為薄弱及再生粗骨料孔隙率高，在承受軸向壓力時，容易形成應力集中，導致再生混凝土的強度降低。

對于普通混凝土來說，降低水灰比可以提高混凝土的強度，但并非越小越好［8]，而再生混凝土也具有這樣的特點，從圖1可以看出當水灰比從0.52增加到0.5時，再生混凝土的強度增長較為顯著，而當水灰比繼續增加至0.48時，抗壓強度反而下降，這是由于水分的減少影響了水泥水化反應的充分進行。

圖2為再生粗骨料取代率分別為0%、30%、60%時，不同水灰比對28 d抗壓強度的影響，可以看出無論再生粗骨料的取代率是0%、30%還是60%，當水灰比為0.5時，再生混凝土的28 d抗壓強度均為最大。并且取代率為30%的再生混凝土相較于普通混凝土，28 d抗壓強度下降了13.1%，而再生粗骨料取代率為60%時，28 d抗壓強度也只下降了13.1%，由此可見當水灰比合適時，再生粗骨料取代率對28 d抗壓強度影響不大。

2.2 坍落度分析

利用極差分析中每個因素的3個坍落度平均值k1、k2、k3得出再生粗骨料混凝土坍落度與各因素水平的關系(圖3)，可以看出隨著再生粗骨料取代率的增加，坍落度呈下降趨勢，主要是由于再生粗骨料孔隙率及吸水率均大于天然粗骨料，在相同水灰比的條件下再生粗骨料的取代率越大，再生骨料混凝土的坍落度就越低;同時由于再生粗骨料表面粗糙，棱角眾多，增大了拌和物在攪拌與澆筑時的摩擦力，降低了再生粗骨料混凝土的坍落度。從圖3還可以看出坍落度隨著水灰比的增大而降低，這主要是因為砂率的增大導致粗骨料表面積增大，使混凝土中實際拌合水用量減少，降低了坍落度。

圖4為水灰比分別為0.48、0.5、0.52 時，不同再生粗骨料取代率對坍落度的影響，可以看出當水灰比為0.5時，再生粗骨料的取代率從0變化到30%時坍落度減小的不是很明顯，而30%－60%則明顯下降;而水灰比為0.52時則正好相反，因此當工程對坍落度有要求時應根據實際情況選擇再生粗骨料取代率和水灰比。

3 結論

1)再生粗骨料替代天然骨料配制C30混凝土，再生骨料取代率為60%時配制出的混凝土強度略高于40 Mpa，由此可知當再生粗骨料取代率小于60%時，配制強度完全能夠滿足設計要求。

2)隨著再生粗骨料取代率及水灰比的增大，混凝土的抗壓強度及和易性均下降。

［1] 肖建莊，李佳彬，蘭陽.再生混凝土技術最新研究進展與評述［J] .混凝土，2003(6):17－20.

［2] 安新正，易 成，姜新佩，劉 超.海水環境下再生混凝土的腐蝕研究［J] .河北工程大學學報:自然科學版，2011，28(1):5 －9.

［3] 邢振賢，王曉蕾，趙玉青，胡玉珊.正交設計選擇粉煤灰再生混凝土最佳配合比［J] .低溫建筑技術，2004(1):4－5.

［4] 田芳，葉 青，章天剛.廢棄混凝土磨細粉作水泥混合材的試驗研究［J] .河北工程大學學報:自然科學版，2010，27(4):23－25.

［5] 白憲臣.土木工程材料實驗［M] .北京:中國建材工業出版社，2009.

［6] 劉文卿.實驗設計［M] .北京:清華大學出版社，2005.

［7] 史巍，侯景鵬.再生混凝土技術及其配合比設計方法［J] .建筑技術開發，2001(8):18 －20.

［8] 肖建莊.再生混凝土［M] .北京:中國建材工業出版社，2008.