不同吸水率粗骨料對混凝土強度和干燥收縮性能的影響

崔正龍，李 靜

(遼寧工程技術大學建筑工程學院,阜新 123000)

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不同吸水率粗骨料對混凝土強度和干燥收縮性能的影響

崔正龍，李 靜

(遼寧工程技術大學建筑工程學院,阜新 123000)

試驗以不同吸水率粗骨料(天然碎石、再生骨料、煤矸石骨料)配制C20、C30混凝土，對不同吸水率粗骨料混凝土抗壓強度及抵抗干燥收縮性能進行基礎性試驗研究，闡明不同吸水率粗骨料所保有的水分對混凝土強度及干燥收縮性能的影響。試驗結果表明，隨著養護齡期的增加，不同吸水率、不同強度等級混凝土的抗壓強度也隨之增加；和天然混凝土對比分析來看，再生粗骨料混凝土與自燃煤矸石粗骨料混凝土的強度略有下降。當混凝土強度等級相同時，在7 d以內相對較短干燥收縮齡期時內吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收縮長度變化率反而最小，再生粗骨料混凝土試件次之，普通混凝土試件的干燥收縮率最大；但7 d以后隨著干燥收縮齡期的增加，吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收縮長度變化率卻最大，所對應的質量損失率也會加大。

再生粗骨料； 煤矸石粗骨料； 強度； 干燥收縮

1 引 言

在混凝土表面形成的裂縫不僅影響建筑物美觀，還會使結構內部深度進水，導致鋼筋銹蝕，最終會降低建筑物的耐久性能[1-4]。其中，混凝土產生裂縫的重要因素之一是干燥收縮。混凝土產生干燥收縮的主要原因在于，隨著水泥水化反應的進展，混凝土內部微細孔的體積變化及孔隙內部存在的凝膠水的逸散所致。相反，約束混凝土干縮的因素為粗骨料的體積率及彈性模量，但粗骨料因吸水對混凝土干燥收縮的影響仍不明確[5-7]。

試驗以不同吸水率粗骨料(天然碎石、再生骨料、煤矸石骨料)配制C20、C30混凝土，對不同吸水率粗骨料混凝土抗壓強度及抵抗干燥收縮性能進行基礎性試驗研究，闡明不同吸水率粗骨料所保有的水分對混凝土強度及干燥收縮性能的影響。

2 試 驗

2.1 試驗原材料與配比

2.1.1 制備再生粗骨料與煤矸石粗骨料

再生粗骨料出處為某市政工程混凝土結構大廈拆遷時發生的廢棄混凝土。煤矸石選用阜新海州礦排放出的自燃煤矸石，其化學成分由表1所示。這些固體廢棄物在現場簡單清理后在實驗室用破碎機進行二次處理，經過粒度調整、篩分、組配后制備5～25 mm粒徑再生粗骨料及自燃煤矸石粗骨料。對比用天然粗骨料選用5～25 mm粒徑玄武巖類碎石，級配滿足規范要求。表1所示所制備的最終再生骨料、自燃煤矸石骨料與天然骨料的基本物理和力學性能。圖1所示天然粗骨料、再生粗骨料及自燃煤矸石粗骨料的照片。

表1 自燃煤矸石化學成分Tab.1 The chemical composition of spontaneous combustion of coal gangue /%

表2 粗、細骨料的基本性質Tab.2 Basic properties of coarse and fine aggregates

圖1 天然骨料(a)、再生骨料(b)及自燃煤矸石粗骨料(c)照片Fig.1 Photo of the natural aggregate and recycled aggregate and spontaneous combustion gangue coarse aggregate

2.1.2 其它材料

水泥選用唐山產P.O42.5普通硅酸鹽水泥；細骨料使用天然河沙，潔凈，級配良好；減水劑使用聚羧酸系高性能減水劑(水泥質量的0.6%)；水為常用自來水。

2.1.3 試驗混凝土配比

試驗以不同吸水率粗骨料(天然碎石、再生骨料、煤矸石骨料)配制C20、C30混凝土。包括對比用普通混凝土共制作3組試件。考慮到再生骨料及自燃煤矸石骨料吸水率超出一般范圍，在預拌混凝土時提前使其吸水，處于飽和面干狀態，在拌合混凝土時不至于影響新拌混凝土的和易性能，配制時混凝土拌合物坍落度控制在80±100 mm。

混凝土各試名如下件命：C20再生混凝土試件命名為C20-RN，C30再生混凝土試件命名為C30-RN；C20自燃煤矸石混凝土試件命名為C20-GN，C20普通混凝土試件命名為C20-NN。其它試件類推。表3所示不同類型混凝土的配合比。

表3 混凝土的配比Tab.3 Mix proportion of concrete

2.2 混凝土強度試驗

再生混凝土、自燃煤矸石混凝土以及普通混凝土的抗壓強度試驗是根據GB/T 50081-2002[普通混凝土力學性能試驗方法標準][8]進行。當混凝土養護齡期達到7 d、28 d、60 d時對再生混凝土、自燃煤矸石混凝土及普通混凝土的抗壓強度進行檢測。

圖2 不同吸水率粗骨料混凝土抗壓強度Fig.2 Compressive strength of coarse aggregate concrete with different water absorption

2.3 混凝土試件干縮試驗

不同吸水率粗骨料混凝土在不同強度等級(C20、C30混凝土)時的自由干燥收縮試驗采用《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》[9]中的接觸法，混凝土干縮試件尺寸為100 mm×100 mm×515 mm的長方體。試驗的干縮齡期分別為1 d、3 d、5 d、7 d、14 d、21 d 、28 d、35 d、42 d、49 d、56 d。混凝土試件的質量損失率按如下公式(1)計算。

(1)

其中，m0為混凝土試件干燥收縮試驗前的質量；mi為干燥收縮齡期id時的質量。

3 結果與討論

3.1 不同吸水率粗骨料混凝土的抗壓強度

圖2為用天然碎石、再生骨料、煤矸石骨料配制的C20、C30混凝土抗壓強度。從圖中可以發現，標準養護齡期越長，不同吸水率、不同強度等級混凝土的抗壓強度也隨之增加；與普通混凝土試件(C20-NN、C30-NN)相比，再生粗骨料混凝土與自燃煤矸石粗骨料混凝土的強度表現出下降的趨勢，煤矸石混凝土的強度降低更加明顯。

3.2 不同吸水率粗骨料混凝土的干燥收縮特性

圖3是C20、C30不同吸水率粗骨料混凝土的干燥收縮試驗結果。圖4是C20、C30不同吸水率粗骨料混凝土干燥收縮齡期與質量損失率曲線。從試驗結果得出，在同一強度等級條件下，7 d以內相對較短干燥收縮齡期時，吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收縮長度變化率反而最小，再生粗骨料混凝土試件次之，普通混凝土試件的干燥收縮率最大；但7 d以后隨著干燥收縮齡期的增加，吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收縮長度變化率卻最大，所對應的質量損失率也會加大。

圖3 干燥收縮率與齡期Fig.3 Relationship between shrinkage rate and age

圖4 質量損失率與齡期Fig.4 Relationship between mass loss rate and age

3.3 分 析

在相同強度等級條件下，不同粗骨料吸水率越大，混凝土強度略有降低的主要原因在于，粗骨料本身吸水率越大，內部結構相對疏松，骨料堅硬程度差，與水泥砂漿界面過渡區粘結強度越顯薄弱，受壓破壞時很容易在薄弱處形成應力集中，強度會降低；在同一強度等級條件下，7 d以內相對較短干燥收縮齡期時，吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收縮長度變化率反而最小，但7 d以后較長干燥收縮齡期時反而最大的主要原因是，在混凝土干燥初期粗骨料自身所含有的水分以相對濕度為驅動力，在混凝土內部供給水分較充裕，從而延緩了細微孔隙的收縮，間接延緩了混凝土的干燥收縮，但到了后期混凝土處于長期干燥收縮環境時，吸水率較大粗骨料隨著內部水分的蒸發，因自身內部相對較大孔隙率等原因，粗骨料本身約束混凝土干燥收縮的能力相對天然粗骨料差，導致后期干燥收縮率變大。

4 結 論

(1)隨著養護齡期的增加，不同吸水率、不同強度等級混凝土的抗壓強度也隨之增加；與普通混凝土試件相比，再生粗骨料混凝土及自燃煤矸石粗骨料混凝土的強度有所降低;

(2)在同一強度等級條件下，7 d以內相對較短干燥收縮齡期時，吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收縮長度變化率反而最小，再生粗骨料混凝土試件次之，普通混凝土試件的干燥收縮率最大；但7 d以后隨著干燥收縮齡期的增加，吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收縮長度變化率卻最大，所對應的質量損失率也會加大。

[1] 劉數華,冷發光.再生混凝土技術[M].北京：中國建筑工業出版社,2007.

[2] 徐 卓,龍幫云.開發利用再生混凝土走可持續發展的道路[J].中外建筑,2004,(2):197-199.

[3] 肖建莊.再生混凝土[M].北京：中國建筑工業出版社,2008,4.

[4] 周 梅,田 爽,郭 濤,等.自燃煤矸石配制混凝土的試驗研究[J].硅酸鹽通報,2011,30(5):1221-1226.

[5] 王 磊,陳 杏,張 毅.再生骨料混凝土長齡期收縮及基本力學性能研究[J].混凝土,2013(7):23-25.

[6] 張金喜,陳煒林,楊榮俊.煤矸石集料基本性能的試驗研究[J].建筑材料學報,2010,13(6):739-743.

[7] 應敬偉,肖建莊.再生骨料置換率對再生混凝土耐久性的影響[J].建筑科學與工程學報,2012,29(1):56-62.

[8] GB/T 50081-2002,普通混凝土力學性能試驗方法標準[S].2003.

[9] GB T50082-2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準[S].

Effect of Coarse Aggregate with Different Water Absorption on Strength and Drying Shrinkage of Concrete

CUIZheng-long,LIJing

(College of Civil and Architectural Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin 123000,China)

Making C20 、C30 concrete with different water absorption of coarse aggregate(natural crushed stone、recycled aggregate、coal gangue aggregate) ,the fundamental experiment was used to study the compressive strength and drying shrinkage performance of coarse aggregate concrete with different water absorption,illustrating the effect of different water absorption of coarse aggregate on concrete strength and drying shrinkage.Results show that,when the curing age increases,the compressive strength of concrete with different water absorption and different strength grade increases.Compared with natural concrete,the strength of recycled coarse aggregate concrete and spontaneous combustion coal gangue coarse aggregate concrete decrease slightly.When the concrete strength grade is the same,within 7 d relative shorter drying shrinkage age,when the water absorption rate of spontaneous combustion coal gangue coarse aggregate concrete is the maximum,the drying shrinkage length is minimum,the recycled coarse aggregate concrete is the second place,and the ordinary concrete is biggest.But after 7 d,when the age of drying shrinkage increases,the rate of dry shrinkage of spontaneous combustion coal gangue coarse aggregate concrete with the maximum water absorption rate is maximum,and the corresponding quality loss rate will increase.

recycled coarse aggregate;coal gangue aggregate;strength;drying shrinkage

遼寧省“十百千高端人才引進工程”資助項目(50GD02)

崔正龍(1974-)，男，博士，副教授.主要從事再生混凝土以及固體廢棄物的綜合利用的研究.

TU528.79

A

1001-1625(2016)08-2396-04