再生粗骨料替代率對再生混凝土抗壓強度的影響

張邵峰 朱寶劍 鄭宇倩 鄭琪琪 嵇道奔

(南通大學建筑工程學院，江蘇 南通 226000)

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·建筑材料及應用·

再生粗骨料替代率對再生混凝土抗壓強度的影響

張邵峰 朱寶劍 鄭宇倩 鄭琪琪 嵇道奔

(南通大學建筑工程學院，江蘇 南通 226000)

以廢棄加氣混凝土砌塊和廢磚塊作為再生粗骨料，建立了再生混凝土抗壓強度模型，主要研究了其替代率對再生混凝土抗壓強度的影響規律，得出的試驗結果為相關研究提供了依據。

再生粗骨料，再生混凝土，替代率，抗壓強度

0 引言

隨著城市建筑設施的新建和更新，我國近幾年每年產生的建筑垃圾數量已占到城市垃圾的30%～40%，其中從舊建筑物上拆下來的廢棄混凝土占這些建筑垃圾中的一大部分[1-3]。傳統的對于廢棄混凝土的處理方法不僅費時費力，而且污染環境，對整個社會的經濟以及生態效益都造成了消極的影響。

再生混凝土是將廢棄混凝土經破碎、清洗、分級后并按一定比例配合水泥和部分天然骨料制成的綠色混凝土。再生混凝土是建筑垃圾進行循環利用的有效途徑之一，既節約了天然砂石骨料，又緩解了開采天然骨料而造成的環境破壞。目前，再生混凝土的應用受到諸多因素制約時，如何進一步研制和開發再生混凝土已受到廣泛關注。

1 試驗

1.1 試驗材料

本文研究所使用的細骨料為普通河砂，級配良好；水泥為42.5R普通硅酸鹽水泥；攪拌水為南通當地自來水。試驗所使用的粗骨料分為天然骨料和再生粗骨料。其中，天然骨料采用的是天然石材加工而成的碎石，骨料粒徑為5 mm～20 mm，連續級配；再生粗骨料為南通某工地上隨機選取的廢棄加氣混凝土砌塊與廢磚，加氣混凝土砌塊體積密度為500 kg/m3，抗壓強度為25 MPa，廢磚為MU15等級，經人工破碎后篩分成5 mm～10 mm，10 mm～20 mm，20 mm～30 mm以及30 mm～40 mm四種粒徑的再生粗骨料，在下文中加氣混凝土碎塊記為AAC，粘土磚碎塊記為CB人工破碎。

1.2 試驗方案

為了研究不同種類再生粗骨料和不同骨料替代率對再生混凝土抗壓強度的影響，本試驗設計了如下的試驗方案：分別選取了0.5與0.55兩種水灰比，再生粗骨料替代率分別為0%，20%，40%和60%，再生混凝土抗壓強度等級設計為C30。本試驗采用普通混凝土配合比的設計方法，并考慮附加用水量[6,7]，按照JGJ 55—2011混凝土配合比設計規程并參考DG/T J08—2018—2007上海市建設規范再生混凝土應用技術規程進行制作。各組混凝土配合比見表1。

1.3 試驗過程

按表1中配合比分別制作了替代率為0%，20%，40%以及60%的再生混凝土試塊，并進行28 d的標準養護，之后按照標準試驗方法進行抗壓強度試驗，試驗設備為JYE-2000型壓力試驗機。圖1為試塊加載直至破壞后的破壞形態。

表1 再生混凝土試塊的配合比

2 不同再生粗骨料替代率下的混凝土抗壓強度

本試驗中，普通混凝土和再生混凝土試塊的28 d強度測定結果如表2所示。

從表2中可以看出：除了A13組的試塊抗壓強度未達到C30強度等級要求外，其余各組再生混凝土試塊的抗壓強度均都達到了C30強度等級要求，驗證了用再生粗骨料替代天然粗骨料配置混凝土的可行性。

根據表2中的試驗數據，分別繪制了以AAC和CB作為再生粗骨料時，不同替代率對再生混凝土抗壓強度的影響曲線，如圖2所示。

表2 再生混凝土28 d抗壓強度 MPa

通過對圖2的分析可知：

1)各替代率下再生混凝土的抗壓強度值均小于普通混凝土。隨著再生粗骨料替代率的增加，再生混凝土抗壓強度值逐漸降低。其原因是：隨著替代率的增大，孔隙率增大，骨料吸水率越高，水泥水化不夠充分，再生粗骨料與新砂漿之間的粘結較為薄弱，從而使抗壓強度降低。

2)在相同替代率下，以AAC為再生粗骨料時，水灰比為0.55的再生混凝土試塊比水灰比為0.5的抗壓強度提高很多，平均增幅為29.5%；以CB為再生粗骨料時，水灰比為0.55的再生混凝土抗壓強度試塊比水灰比為0.5的試塊也有相應的提高，平均增幅為6.3%。

3 再生混凝土抗壓強度模型的建立

由試驗數據可知再生粗骨料的替代率是再生混凝土抗壓強度重要的影響因素之一，可建立兩者之間的一元線性模型：

假設一元模型：y=a+bx。其中，y為再生混凝土抗壓強度，MPa；x為再生粗骨料替代率，%；a，b均為待定常數。數據的擬合結果如圖3所示。

由圖3可知：

1)再生粗骨料混凝土的抗壓強度與替代率的線性關系十分明顯。

除曲線4外，其他三條曲線擬合的線性相關系數均超過0.86，低水灰比的線性關系更加明顯。因此，可采用表3中擬合曲線作為相應水灰比和再生粗骨料替代率下的抗壓強度的計算公式，其中x為再生粗骨料替代率。

2)當水灰比從0.5增大到0.55時，再生混凝土的抗壓強度提高，但隨著再生粗骨料替代率的提高，擬合曲線的斜率增大，說明再生混凝土的抗壓強度的下降速度增大。建議再生粗骨料替代率較高時，采用較小的水灰比，以避免再生混凝土抗壓強度的大幅度下降。通過分析國內外學者對再生混凝土的研究并結合本次試驗可認為：水灰比越大，凝結硬化后蒸發的水越多，混凝土中的孔隙就越多，與粗骨料粘結力越小，水泥石的強度越低，從而使混凝土強度降低，這點也與普通混凝土相似。

表3 再生混凝土抗壓強度擬合曲線

從以上分析可知：試驗結果較好地反映了再生粗骨料替代率對再生混凝土抗壓強度的影響規律，但是抗壓強度隨水灰比的變化說明替代率不是決定再生混凝土強度的唯一因素。考慮到再生混凝土的離散性較大，以及本試驗的誤差和條件的局限性，其他因素也會產生相應的影響，例如：再生粗骨料種類、骨料級配、附加用水量等等，有待于進一步從再生混凝土的微觀結構入手進行研究。

4 結語

通過上述試驗研究分析，可以得出如下結論：

1)再生粗骨料的替代率是再生混凝土抗壓強度的重要影響因素之一。

再生混凝土的抗壓強度隨著替代率的增大而下降。當替代率較低時，再生混凝土的抗壓強度下降比例不大，下降幅度為20%以內。

2)各組再生混凝土試塊的抗壓強度大部分都能滿足C30強度等級要求，與試驗預期結果相同，驗證了用再生粗骨料替代天然骨料配置混凝土的可行性。當再生粗骨料替代率取40%時，試塊的抗壓性能相對較好且比較穩定。

3)建議再生粗骨料替代率相同的情況下，配置再生混凝土宜選用較小的水灰比。

[1]Hansen.T.C. Recycled aggregate and recycled aggregate concrete .Materials and Structures,1986,19(5):201-204.

周宏敏.再生骨料混凝土技術及其研究現狀.混凝土,2008(12):75-76.

[2]M.C.Limbaehiya,T.Leelawat,R.K.Dhir.Use of recycled concrete aggregate in high-strength concrete.Materialsand Struetures,2000(33):574-578.

[3]孫躍東,肖建莊.再生混凝土骨料.混凝土,2004(6):33-36.

[4]鄧旭華.水灰比對再生混凝土強度影響的試驗研究.混凝土,2005(2):46-48.

[5]張學兵,鄧壽昌.再生混凝土單位體積用水量的實驗研究.混凝土,2004(10):38-40.

[6]張學兵,鄧壽昌,方 志.附加用水量對再生混凝土強度及其流動性能的影響.首屆全國再生混凝土研究和應用學術交流會論文集.2008:203-207.

[7]肖建莊.再生混凝土的抗壓強度研究.同濟大學學報,2004,32(12):1558-1561.

[8]蘆靜夫.再生混凝土基本力學性能及微觀機理研究.南寧：廣西大學，2013.

1009-6825(2015)21-0102-03

2015-05-11

張邵峰(1987- )，男，碩士，助理實驗師； 朱寶劍(1993- )，男，在讀本科生； 鄭宇倩(1992- )，女，在讀本科生； 鄭琪琪(1992- )，女，在讀本科生； 嵇道奔(1992- )，男，在讀本科生

TU528

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