基于正交試驗(yàn)的再生混凝土配合比優(yōu)化研究

劉　娟

(江蘇城市職業(yè)學(xué)院建工學(xué)院，南京 210019)

?

基于正交試驗(yàn)的再生混凝土配合比優(yōu)化研究

劉娟

(江蘇城市職業(yè)學(xué)院建工學(xué)院，南京 210019)

摘要：采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)再生混凝土的配合比，當(dāng)水膠比(W/B) 0.45，再生骨料(RA)取代量30%，聚羧酸鹽高效減水劑(PC)摻量2.5%，粉煤灰(FA)摻量20%時(shí)，組成再生混凝土的最優(yōu)配合比。選用最優(yōu)配合比，改變?cè)偕橇系脑蓟炷翉?qiáng)度，表現(xiàn)出原始混凝土強(qiáng)度高，配制的再生混凝土強(qiáng)度也高的結(jié)果。當(dāng)原始混凝土強(qiáng)度達(dá)到C50，基本上可以配制出與天然骨料一樣的混凝土強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：再生混凝土；配合比；優(yōu)化；正交試驗(yàn)

0引言

對(duì)廢棄的混凝土進(jìn)行破碎后所得的骨料稱為再生骨料，使用再生骨料部分或者全部取代天然骨料拌制的混凝土稱為再生混凝土。近年來(lái)，伴隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化改造的加快，產(chǎn)生了大量的混凝土廢棄物，這些廢棄物如果得不到充分利用，將會(huì)帶來(lái)很大的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[1-2]。由于一直被用作混凝土組成成分的天然骨料被大量開(kāi)采所造成的資源枯竭和環(huán)境破壞問(wèn)題也日益突出，因此，利用廢棄的混凝土制作再生骨料，既可以解決當(dāng)下的自然資源過(guò)度消耗，又可以解決廢棄物的占地和環(huán)境污染問(wèn)題[3]，成為研究熱點(diǎn)也為建筑廢棄物的處理提供了一個(gè)新途徑。

1試驗(yàn)

1.1原材料

水泥：采用普通硅酸鹽水泥P.O42.5；細(xì)骨料：河砂，中砂，連續(xù)級(jí)配；再生骨料：實(shí)驗(yàn)室中配制的混凝土，經(jīng)攪拌、澆筑 、振搗、養(yǎng)護(hù)成混凝土梁形試件后經(jīng)人工破碎、篩分后按一定比例相互配合制得，粒徑5～31.5 mm；天然骨料：碎石，最大粒徑 31.5 mm，連續(xù)級(jí)配；減水劑：聚羧酸鹽高效減水劑，蘇州市興邦化學(xué)建材有限公司生產(chǎn)，棕色透明液體，固含量20%，減水率29%；粉煤灰：Ⅱ級(jí)粉煤灰，其基本性能見(jiàn)表1；水：采用自來(lái)水。

表1　粉煤灰基本性能

1.2試件制作與養(yǎng)護(hù)

制作混凝土立方體試件，尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件(溫度(20±2)℃，相對(duì)濕度 95%以上)養(yǎng)護(hù)至60 d，測(cè)量其抗壓強(qiáng)度[4-5]。試驗(yàn)中粉煤灰采用等量取代法(以粉煤灰取代相同質(zhì)量的水泥)摻入，再生骨料也采用等量取代法(以再生骨料取代相同質(zhì)量的天然骨料)，聚羧酸鹽高效減水劑摻量，按占膠凝材料的質(zhì)量計(jì)。

1.3試驗(yàn)方法

抗壓強(qiáng)度的測(cè)試按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 再生混凝土最優(yōu)配合比

利用再生骨料、粉煤灰、聚羧酸鹽高效減水劑參與配制再生混凝土，其中再生骨料、粉煤灰、減水劑的摻量影響著配制的再生混凝土的各項(xiàng)技術(shù)性能與耐久性能[6]。基于這個(gè)原因，把再生骨料、粉煤灰及減水劑的摻量作為研究再生混凝土最優(yōu)配合比的因素，考慮到水膠比也是影響混凝土力學(xué)性能和耐久性的一個(gè)重要因素，因此選取水膠比、再生骨料取代量、粉煤灰及減水劑摻量共計(jì)4個(gè)因素來(lái)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，每個(gè)因素安排3個(gè)水平，選取混凝土的抗壓強(qiáng)度，作為試驗(yàn)的考核指標(biāo)，見(jiàn)表2。

表2　因素與水平

注：水膠比—水/(水泥+粉煤灰)，為質(zhì)量比；試驗(yàn)用的再生骨料來(lái)源的混凝土為C25。

采用L9(34) 正交表，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果

注：一組3個(gè)試件，強(qiáng)度為3個(gè)試件的平均值。

對(duì)表3的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，找出各因素的最佳基體。其中k1、k2及k3分別表示水膠比、再生骨料取代量、聚羧酸鹽高效減水劑及粉煤灰摻量在所設(shè)計(jì)的3個(gè)水平值下對(duì)應(yīng)的再生混凝土的抗壓強(qiáng)度平均值，R為極差。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　k1、k2、k3及極差R的計(jì)算結(jié)果

由表4，抗壓強(qiáng)度極差R(水膠比)= 3.6，R(再生骨料取代量)= 3.7，R(聚羧酸鹽高效減水劑摻量)=1.6，R(粉煤灰摻量)=1.4。極差大小排序，再生骨料取代量>水膠比>聚羧酸鹽高效減水劑摻量>粉煤灰摻量。再生骨料取代量極差最大，說(shuō)明再生骨料取代量對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響最大。

圖1表示4個(gè)因素水平與k值之間的關(guān)系。從圖1可見(jiàn)，水膠比從0.45升至0.55，抗壓強(qiáng)度指標(biāo)逐漸降低，水膠比為0.45時(shí)，強(qiáng)度指標(biāo)最高；再生骨料取代量由30%增大至80%，抗壓強(qiáng)度指標(biāo)呈逐漸下降態(tài)勢(shì)，再生骨料取代量為30%時(shí)，強(qiáng)度指標(biāo)最大；聚羧酸鹽高效減水劑摻量從1.5%增大到2.5%，抗壓強(qiáng)度指標(biāo)出現(xiàn)先降后升，摻量為2.5%時(shí)，強(qiáng)度指標(biāo)最大；粉煤灰摻量由10%增加至25%，抗壓強(qiáng)度指標(biāo)表現(xiàn)為先升后降，摻量為20%時(shí)，強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到最大值。由此可知，再生混凝土最優(yōu)配合比應(yīng)是A1B1C3D2，即取各因素平均指標(biāo)最高時(shí)所對(duì)應(yīng)的水平值，此時(shí)水膠比為0.45，再生骨料取代量為30%，聚羧酸鹽高效減水劑摻量為2.5%，粉煤灰摻量為20%。這表明了水膠比0.45，再生骨料取代量30%，聚羧酸鹽高效減水劑摻量2.5%，粉煤灰摻量20%組成再生混凝土的最優(yōu)配合比。

圖1　抗壓強(qiáng)度點(diǎn)圖分析

2.2不同原始混凝土配制的再生混凝土的性能

混凝土的原始強(qiáng)度是否對(duì)再生混凝土強(qiáng)度有影響，為此，試驗(yàn)選取了不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土破碎成再生骨料，按照最優(yōu)配合比配制混凝土，制作尺寸為100 mm×100 mm×100 mm混凝土立方體試塊，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件(溫度(20±2)℃，相對(duì)濕度 95%以上)養(yǎng)護(hù)至60 d，測(cè)試其抗壓強(qiáng)度，并與天然骨料配制的普通混凝土做對(duì)比，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表5　再生混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

注：一組3個(gè)試件，強(qiáng)度為3個(gè)試件的平均值。

從表5試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同的水膠比、再生骨料取代量、聚羧酸高效減水劑及粉煤灰摻量下，生產(chǎn)再生骨料的原始混凝土強(qiáng)度影響著再生混凝土的強(qiáng)度。原始混凝土強(qiáng)度高，配制的再生混凝土強(qiáng)度也高。隨著原始混凝土強(qiáng)度逐漸提高至C50，由其產(chǎn)生的再生混凝土強(qiáng)度，基本上可以達(dá)到天然骨料配制的普通混凝土強(qiáng)度。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于隨著原始混凝土強(qiáng)度增大，其內(nèi)部愈來(lái)愈密實(shí)[7-8]，相應(yīng)的孔隙率在不斷降低，當(dāng)密實(shí)度達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)表現(xiàn)出與天然骨料一樣的強(qiáng)度。可見(jiàn)，選用高強(qiáng)度混凝土產(chǎn)生的再生骨料配制再生混凝土，同樣能獲得與天然骨料一樣高的混凝土強(qiáng)度。

3結(jié)語(yǔ)

1)使用再生骨料代替天然骨料拌制再生混凝土，當(dāng)水膠比為0.45，再生骨料取代量為30%，聚羧酸鹽高效減水劑摻量為2.5%，粉煤灰摻量為20%時(shí)，組成再生混凝土的最優(yōu)配合比。

2)在最優(yōu)配合比下，再生骨料的原始混凝土強(qiáng)度影響著再生混凝土的強(qiáng)度。原始混凝土強(qiáng)度高，配制的再生混凝土強(qiáng)度也高。原始混凝土強(qiáng)度提高至C50，基本上可以達(dá)到天然骨料配制的普通混凝土強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

[1] 周明輝,李連君.再生骨料混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)研究與分析[J].混凝土，2011(5)：99-101.

[2] 王占鋒,王社良，翁光遠(yuǎn).不同粗骨料取代率再生混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33(4)：32-35.

[3] 楊海濤,田石柱.高強(qiáng)再生骨料混凝土的配制及性能研究[J].功能材料，2013，17(44)：2524-2527.

[4] 張波志，王社良，張博，等.再生混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].混凝土，2011(7)：4-6.

[5] 馬羅為，羅崢，閻文，等，再生混凝土配合比設(shè)計(jì)與抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].混凝土，2010 (8)：142-144.

[6] 陳愛(ài)玖，孫校配，楊粉，等，正交法分析再生混凝土基本力學(xué)性能[J].新型建筑材料，2013 (4)：1-4.

[7] 孫躍東，王濤.再生骨料強(qiáng)化對(duì)再生混凝土基本力學(xué)性能的影響[J].四川建筑科學(xué)研究，2010，36(4):212-215.

[8] 唐捷.再生混凝土的抗壓強(qiáng)度初步研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2007，33(4):183-186.

The Optimization Study on Mix Proportion of Recycled Concrete Based on Orthogonal Test

LIU Juan

(TheCollegeofArchitecturalEngineering,JiangsuCityVocationalCollege,Nanjing210019,China)

Abstract：The mix proportion of recycled concrete is designed by orthogonal test. When the water cement ratio is 0.45, recycled aggregate replacement amount is 30%, the content of Poly carboxylic acid superplasticizer is 2.5%, and fly ash content is 20%, they form the optimal mix proportion of recycled concrete. If the optimal mixture ratio is chosen, and the original concrete strength of recycled aggregate is changed, it shows that the recycled concrete strength is also high when the original concrete strength is high. If the original concrete strength reached C50, it can be almost used to prepare with the natural aggregate concrete strength.

Key words：recycled concrete; mix proportion; optimization; orthogonal test

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-8984(2016)01-0022-03

中圖分類號(hào)：TU528.59

作者簡(jiǎn)介：劉娟(1974-)，女(漢)，河南南陽(yáng)，碩士，講師

基金項(xiàng)目：江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目(14KJB560004)

收稿日期：2016-02-03

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2016.01.005

主要研究新型建筑材料。