再生骨料混凝土自生收縮預測模型

王雅思

(1.福建江夏學院工程學院　福建福州　350108；2.福建省環保節能型高性能混凝土協同創新中心　福建福州　350108)

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再生骨料混凝土自生收縮預測模型

王雅思1,2

(1.福建江夏學院工程學院福建福州350108；2.福建省環保節能型高性能混凝土協同創新中心福建福州350108)

以市政道路破碎混凝土為再生粗骨料，以再生粗骨料、粉煤灰摻量、復摻粉煤灰和礦渣總量為影響因素配制再生骨料混凝土。在混凝土自生收縮試驗的基礎上，分析現有常用自生收縮預測模型與試驗值的區別，選取歐洲規范BSEN模型作為基準模型，結合所研究的自生收縮試驗結果提出修正參數，建立適用于再生骨料混凝土的自生收縮預測模型。

再生骨料混凝土；自生收縮；預測模型

0　引言

隨著經濟發展，巨大的混凝土生產量使資源、能源、環境以及相關的社會問題越發突出，可持續發展和環境保護戰略迫切需要有效合理地利用廢棄混凝土，再生骨料混凝土也因此應運而生[1]。近年來國內外已有關于再生骨料混凝土的研究[2-3]，但鮮見關于再生骨料混凝土自生收縮的研究[4]。混凝土早期的自生收縮是引起其開裂的主要原因之一，故研究自生收縮對于控制混凝土早期的開裂具有重要意義。而混凝土的自生收縮主要發生在早齡期，這給自生收縮的測量帶來很大困難[5]，因此有必要根據理論研究和試驗數據基礎建立自生收縮的預測模型。由于影響再生骨料混凝土自生收縮的因素有很多，國內外對于混凝土自生收縮的預測尚無廣泛適用的模型[6]。本文主要在分析國內外混凝土自生收縮預測模型的基礎上，選擇合適的模型，考慮再生粗骨料、粉煤灰摻量、復摻粉煤灰和礦渣量這幾個因素對于再生骨料混凝土自生收縮預測模型的影響，建立再生骨料混凝土自生收縮預測模型。

1　原材料及試驗方法

本文采用的再生粗骨料為市政道路工程廢棄的混凝土，經砂石骨料加工廠破碎、分級后形成，粒徑5～20mm。水泥為福建省順昌水泥廠生產的煉石牌42.5普通硅酸鹽水泥；粉煤灰是福建省福州朝軍工貿有限公司生產的II級粉煤灰；礦渣為福建省中聯建材微粉有限公司生產，產品等級S95；細骨料選用天然細骨料，為福建省閩江中砂；減水劑為福建省建筑科學研究院生產的聚羧酸高效減水劑(TW-JS)。

本文試驗以再生粗骨料、粉煤灰摻量、復摻粉煤灰和礦渣總量為影響因素，配制10組水膠比0.4、砂率40%的C30混凝土(包括天然骨料混凝土，再生骨料混凝土，摻加粉煤灰的再生骨料混凝土，粉煤灰和礦渣復摻的再生骨料混凝土)探討各因素對混凝土自生收縮的影響規律。

以各組混凝土配合比分別制作自生收縮試驗試件，試件為100mm×100mm×515mm棱柱體，共10組，每組3個試件。在澆筑混凝土試件前，先在試模上安裝反射靶預埋件，后澆筑混凝土，確保反射靶在澆筑過程中不發生移位偏斜現象，澆筑后立即密封試件，保證自生收縮試件的密封性。采用電渦流位移傳感器測試反射靶間的位移差，試驗裝置為非接觸式，進而確保試驗數據可靠性[7]。自生收縮試驗在室內恒溫恒濕的條件下進行。其中，實驗室溫度由兩臺冷熱空調控制，濕度由抽濕機控制，溫度控制為20℃±3℃，相對濕度為60%±3%。試驗數據采集頻率為30min，采集60d。由各組混凝土的自生收縮發展可知，各組混凝土的自生收縮總體發展趨勢一致，在早期都發展迅速，而后期則趨于平緩，即早齡期是混凝土自生收縮發展的關鍵時期。

2　混凝土自生收縮預測模型分析

混凝土自生收縮模型一般可分為理論模型和經驗模型兩類。因此，就本文的試驗，選擇考慮多因素影響的經驗模型作為混凝土的自生收縮預測模型。

現有常用自生收縮預測模型有：Dilger等針對高性能混凝土的模型、法國建筑行業規范建議的AFREM模型、歐洲規范(Eurocode)BSEN1992-1-1模型、歐洲標準委員會建議模型(Eurocode)、日本土木工程協會JSCE建議模型[7]。綜合現有的混凝土自生收縮預測模型，一般將自生收縮表達為最終收縮和時間系數的乘積，并在此基礎上考慮影響自生收縮的因素，如水灰比、水泥品種、礦物摻合料等的影響，引入相關的修正系數。由于這些模型都是基于本地的混凝土自生收縮試驗結果，鑒于混凝土原材料地域性的差別，各個預測模型都有其局限性，并且模型的考慮因素和適用范圍也各有不同，表1為各個模型的考慮因素和時間系數采用的函數形式[8]。

殘差百分比即實際試驗值和模型值之間差的絕對值與實際值的百分比，可用來表征模型預測值的可靠度。以RAC及RAC-F15-S15為例，見圖1和圖2，本文各組混凝土試驗值與各模型的殘差百分比變化相差較大。其中預測模型Dilger、Eurocode、日本JSCE與本文試驗值的殘差百分比相差較大，且隨著齡期的增長，變化幅度較大。而歐洲規范BSEN模型雖然與本文各個試驗值的殘差百分比都比較大，但是各組混凝土殘差百分比隨著齡期的增長變化幅度都較小，整體較穩定。綜上，本文借鑒歐洲規范BSEN模型預測再生骨料混凝土的自生收縮，并在試驗的基礎上引入參數對預測模型進行修正。

表1　自生收縮模型所考慮的因素比較

3　再生骨料混凝土自生收縮預測模型

以歐洲規范BSEN模型為模型基礎，參照課題組已有成果[8-9]，本文的預測模型在原有模型基礎上，引入再生粗骨料品種和礦物摻合料對混凝土自生收縮的影響系數，以試驗值進行擬合，對原有模型預測值進行修正即得各影響系數取值，最終建立考慮多方面影響因素的再生骨料混凝土自生收縮預測模型。

本文自生收縮表達式為：

ε(t)=ε(∞)·β(t)

(1)

式中：ε(t) ——時間t天時的自干燥收縮(×10-6)；

ε(∞)——最終自生收縮(×10-6)；

β(t)——時間影響因子。

最終自生收縮ε(∞)，主要隨混凝土的抗壓強度變化，并考慮礦物摻合料種類及摻量的影響：

ε(∞)=γcγyγrγaγsd(fck-10)×10-6

(2)

式中：γc——基本修正系數，考慮到原有模型試驗中摻入30%的粉煤灰，原模型系數應去除粉煤灰的影響，經本文試驗參數Bsd修正后，取γc=5.335；

γy——預處理工藝修正系數，對凈漿裹石法γy取為0.834；

γr——再生粗骨料影響系數，

γr=1+4.77×10-3α-6.73×10-6α2

其中α為再生粗骨料的取代率百分數，對于本文再生粗骨料取代率百分數70，擬取γr=1.3；

γa——再生粗骨料品種系數，受本文試驗所限，僅對比課題組原有模型試驗所用的再生粗骨料與本文試驗再生粗骨料，并根據本文試驗數據進行擬合，取γa=1.521；

Bsd——礦物摻合料種類、摻量的影響系數；

fck——混凝土28天立方體抗壓強度(MPa)。

礦物摻合料種類、摻量的影響系數Bsd，其中α為礦物摻合料的摻量百分數：

①單摻粉煤灰時：

Bsd=-0.159 5+0.097 9α-0.002 75α2+2.384×10-5α3

(3)

②復摻粉煤灰、礦渣時：

Bsd=2.041 6-0.074 8α+0.001 573α2-5.863×10-6α3

(4)

自生收縮隨時間變化的函數β(t)：

β(t)=1-exp(-at)b

(5)

式中：t——混凝土的自生收縮測試時間(d)，即從混凝土出現膨脹峰值點的時刻開始算起的測試時間；a，b為常數，本文取a=0.2，b=0.5。

4　再生骨料混凝土自生收縮預測模型驗證

經計算對比，各組混凝土的試驗值與本文提出的模型值的發展趨勢一致，以RAC及RAC-F15-S15為例，如圖3～圖6，可見模型預測值的準確性。從試驗值和模型值的殘差百分比圖中可知，自生收縮實測值與模型預測值的殘差百分比在混凝土的早齡期較大，除了RAC-F60和RAC-F30-S30在前3d將近40%，其余各組均在20%以內，而隨著混凝土齡期的增長，殘差百分比顯著降低，并維持在較低水準(5%以內)。考慮到混凝土早期的不穩定性，預測模型整體表現出良好的擬合效果。由此可見，本文的再生骨料混凝土預測模型對自生收縮值的擬出良好的擬合效果。由此可見，本文的再生骨料混凝土預測模型對自生收縮值的擬合效果良好，該模型考慮的影響因素多且具有普遍性，故該模型具有廣泛的適用性。

5　結論

(1)各組混凝土的自生收縮在早期都發展迅速，而后期則趨于平緩，即早齡期是混凝土自生收縮發展的關鍵時期。

(2)現有的混凝土自生收縮預測模型，一般將自生收縮表達為最終收縮和時間系數的乘積，并在此基礎上考慮影響自生收縮的因素。

(3)本文各組混凝土試驗值與現有模型的殘差百分比變化相差較大，但是歐洲規范BSEN模型值與試驗值殘差百分比隨著齡期的增長變化幅度都較小，整體較穩定。

(4)本文各組混凝土的試驗值與本文提出的模型預測值的發展趨勢一致，該模型對自生收縮值的擬合效果良好，考慮的影響因素多且具有普遍性，故該模型具有廣泛的適用性。

[1]冷發光，何更新，張仁瑜.國內外建筑垃圾資源化現狀及發展趨勢[J].商品混凝土，2009(3)：20-23

[2]M.Etxeberria,E.Vázquez,A.Marí,M.Barra.Influenceofamountofrecycledcoarseaggregatesandproductionprocessonpropertiesofrecycledaggregateconcrete[J].CementandConcreteResearch, 2007(37):735-742

[3]HanifiBinici.Durabilityofconcretemadewithgraniteandmarbleasrecycleaggregates[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology, 2008(208):299-308

[4]肖建莊.再生混凝土[M].北京：中國建筑工業出版社，2008

[5]吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京，中國鐵道出版社，1999

[6]王雪芳，鄭建嵐.礦物摻合料對高性能混凝土自生收縮影響及計算模型研究[J].建筑結構學報，2010(2)：93-98

[7]JournalofBuildingStructures, 2010(2):93-98. (inChinese)

[8]GB/T50082-2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法[S] .北京：中國建筑工業出版社，2010

[9]王國杰.自密實混凝土早齡期收縮、開裂性能研究[D]. 福州：福州大學，2011

[10]朱慶洲.基于再生粗骨料預處理的高性能再生混凝土自生收縮性能試驗研究[D].福建：福州大學，2013

王雅思(1989-)，女，博士研究生，助教。

Thecalculationmodelofautogenousshrinkageofrecycledaggregateconcrete

WANG Yasi1,2

(1.CollegeofEngineering,FujianjiangxiaUniversity,Fuzhou350108;2.FujianjiangxiaUniversityCoordinativeinnovationcenterforenvironmentallyfriendlyandenergysavingHPCofFujianProvince,Fuzhou350108)

Therecycledaggregatebrokenfrommunicipalroadwasusedtomakerecycledaggregateconcrete.Themixingamountofrecycledaggregateandmixingamountofflyashandmixingamountofflyashandslagwastookastheinfluencefactors.Basedontheautogenousshrinkagetestofdeferentconcrete,analyzingandcomparingseveralcommonlyusedautogenousshrinkagecalculationmodelwithexperimentalvaluesofthispaper,selectingamoreappropriateoneasreference.Inheritingtheoriginalautogenousshrinkagemodelofresearchgroup,combinedwiththeautogenousshrinkagetestresultstoadjustparameters,thenasuitableautogenousshrinkagecalculationmodelforhigh-performancerecycledaggregateconcreteisputforward.

Recycledaggregateconcrete;Autogenousshrinkage;Calculationmodel

校青年科研人才培育基金項目(JXZ2014012)

王雅思(1989-)，女，助教。

E-mail:435682853@qq.com

2016-03-03

TU528

A

1004-6135(2016)03-0098-04