含磚粒再生混凝土基本性能研究

安新正,牛 薇,張亞飛,劉 燕

含磚粒再生混凝土基本性能研究

安新正1,牛 薇1,張亞飛1,劉 燕2

（1.河北工程大學 土木工程學院，河北 邯鄲 056038；2.河北農業大學 城鄉建設學院，河北 保定071001）

以再生磚粒取代率（0%～30%）和水膠比（0.40～0.50）為主要參數，通過工作性能與彈性模量試驗，研究再生磚粒取代率和水膠比對再生混凝土工作性能及彈性模量的影響規律。結果表明：當水膠比相同時，再生混凝土的工作性能和彈性模量均隨再生磚粒取代率的增加而降低，且在再生磚粒取代率為30%，水膠比為0.5時，再生混凝土彈性模量的降幅達17.62%；提出適合于含再生磚粒再生混凝土彈性模量估算的預測模型，該預測模型與試驗值吻合較好。

再生混凝土；再生磚粒；取代率；工作性能；彈性模量

據不完全統計，目前我國由于城市改造、自然災害等產生的建筑垃圾中，廢棄磚塊的含量大約在50%左右[1]。利用含再生磚粒再生粗骨料制備建筑結構用再生混凝土，對建筑垃圾的資源化利用、建筑業的可持續發展以及環境保護具有重要意義。目前，大多數研究成果都集中在利用廢棄混凝土生產再生骨料進而配制的再生混凝土上[2-5]，而從混凝土工程中再生粗骨料應用的實際情況出發，同步考慮含再生磚粒再生混凝土基本性能的相關研究還較少見[6-7]。從我國目前的實際情況來看，含再生磚粒再生混凝土在工程中的應用還達不到再生混凝土用量的20%。為了促進含再生磚粒再生混凝土在結構中的應用，迫切需要對其基本性能進行深入地研究。因此本文以再生磚粒取代率和水膠比為主要參數，來研究其對再生混凝土彈性模量及工作性能的影響規律，旨在為含再生磚粒再生混凝土的結構設計與應用提供一定參考。

1 試驗研究

1.1 再生混凝土的材料選用

水泥：采用太行山P.O42.5級普通硅酸鹽水泥；砂：采用沙河砂，細度模數2.3；再生粗骨料：采用邯鄲市區房屋拆除的廢棄混凝土和粘土磚，經鄂式破碎機破碎處理后，按設定比例混合而成的全級配混合再生粗骨料；粉煤灰：采用Π級粉煤灰；減水劑：采用TW-JS高效聚竣酸減水劑；水：采用邯鄲市飲用自來水。再生粗骨料的基本特性詳見表1。再生磚粒取代率分別為：0%、15%、30%。

表1 再生骨料的基本特性Tab.1 Basic characteristics of recycled aggregate

1.2 再生混凝土配合比設計與編組

鑒于當前我國建筑結構用再生混凝土中，再生磚粒在再生粗骨料中的含量一般不超過30%的實際情況，對水膠比（W/C）和再生磚粒取代率（r）這兩個影響因素每個因素取3個水平（r=0%、r=15%和 r=30%；W/C=0.40、W/C=0.45和 W/C=0.50），來進行W/C與r對再生混凝土彈性模量及工作性能影響程度及規律的系列試驗研究。

再生混凝土的配制采用33%的常用砂率，粉煤灰摻量為所用膠凝材料總用量的20%（以質量計），減水劑摻量為1.6%（占膠凝材料總質量的百分比）。參照文獻[8]的基本要求，在考慮再生粗骨料吸水性、細骨料含水率及試驗目的的基礎上，對試驗用再生混凝土進行相應配合比的設計（其水泥用量均為300 kg），同時依據再生混凝土配合比及再生磚粒取代率的不同，對試件進行系列編組（表2）。

表2 試件的基本情況Tab.2 Basic information of test specimen

1.3 試件制作與試驗方法

對再生粗骨料經造殼法處理后可十分有效地改善再生混凝土的工作性能[5]，提高再生混凝土的可泵性，在此對再生混凝土的生產工藝上進行了改進，具體方法：在攪拌機（J30型強制式攪拌機）內首先加入砂和再生粗骨料，攪拌50 s之后向攪拌機內加入總用水量的1/3，再攪拌70 s；然后再加入水泥和高效減水劑并攪拌30 s，之后把剩余水全部加入，攪拌100 s；將生產出來的再生混凝土分別裝入150 mm×150 mm×150 mm立方體和150 mm×150 mm×300 mm棱柱體試件模具之中，然后放在混凝土振動臺上振搗密實并將表面抹平，靜置24 h后拆模，并將試件放置于NLD-40B型標準養護箱內養護備用。試件制作數量：每組立方體試件和棱柱體試件均制作6個試件。

再生混凝土工作性能在此以再生混凝土的塌落度（Hrc）來度量。ZA1—ZA3組、ZB1—ZB3組和ZC1—ZC3組各組再生混凝土工作性能及彈性模量的試驗方法，分別依據文獻[9]和文獻[10]的相關要求進行。彈性模量試驗加載采用應力控制，在TYA-2000型壓力試驗機上進行，加載速率均采用0.5 MPa/s。

2 試驗結果與分析

2.1 再生混凝土工作性能試驗結果與分析

基于ZA1—ZA3組、ZB1—ZB3組和ZC1—ZC3組再生混凝土工作性能的試驗過程觀察，可以發現：摻再生磚粒的新拌再生混凝土均沒有泌水和離析現象發生，再生磚粒能夠在再生混凝土中形成比較均勻的分布。圖1給出各組再生混凝土塌落度的試驗實測結果。由圖1可以看出，在W/C相同條件下，再生磚粒的摻量對再生混凝土的流動性有明顯的影響，且再生混凝土的坍落度隨r的增加而降低，這是由再生磚粒的基本特性所決定的。W/C從0.40增加到0.50，Hrc的最大增量約為30 mm，r從0%增加到30%，Hrc的最大增量約為40 mm。因此對再生混凝土工作性能來說，r的影響比較顯著，不可忽視。

2.2 再生混凝土彈性模量試驗結果與分析

對ZA1—ZA3組、ZB1—ZB3組和ZC1—ZC3組再生混凝土棱柱體試件進行28 d齡期彈性模量試驗，取3個試件試驗結果的平均值作為再生彈性模量試驗值（Erc）。Erc隨r和W/C變化關系的實測結果見圖2。由圖2可知，在W/C相同的條件下，Erc隨r的增加而降低。當W/C分別為0.40、0.45和0.50時，r=30%的再生混凝土與普通再生混凝土（r=0%時）對比，其28 d的Erc分別降低了12.45%、11.76%和17.62%。其主要原因是再生磚粒表面含有泥土，這將會削弱新界面過渡區的粘結強度，同時再生磚粒內部含有較大孔隙和較多微裂紋，且隨W/C的增大，含再生磚粒再生混凝土內部的空隙率也會逐漸增多。因此當水膠比較大時，在再生粗骨料中摻入較多再生磚粒會導致Erc顯著降低，應給予足夠的重視。

2.3 再生混凝土彈性模量預測

本文以文獻[11]為基礎，考慮到摻再生磚粒對再生混凝土彈性模量的實際影響，再生混凝土彈性模量預測值按式（1）進行計算。

式中，Erc,y—摻再生磚粒再生混凝土彈性模量預測值，MPa；fcu—摻再生磚粒再生混凝土抗壓強度，MPa；a、b、c、d—均為試驗參數。依據文獻[13]，結合本文的相關試驗結果，可取b=0.500 0、c=0.950 0。基于本課題的試驗結果，采用MATLAB分析軟件對試驗參數a與d進行擬合分析，可以得到：a=4 211、d=0.218 2。

基于擬合結果的含再生磚粒再生混凝土彈性模量預測模型見式（2）。

含再生磚粒再生混凝土彈性模量實測值與基于式（2）彈性模量預測值的比較結果見表3。由表3可知，本文給出的含再生磚粒再生混凝土彈性模量預測模型的總體預測偏差在0.97～1.05之間，能夠在一定程度上反映含再生磚粒再生混凝土彈性模量的實際情況。

表3 實測值和預測值對比Tab.3 Comparison of test values and calculated values for elastic modulus

3 結論

1）與廢棄再生粗骨料相比，再生磚粒的表觀密度低、吸水率高，對再生混凝土的塌落度存在不利影響。再生混凝土的塌落度隨著再生磚粒摻量的增加而降低。

2）當水膠比相同時，再生混凝土的彈性模量隨著再生磚粒摻量的增加而降低。當水膠比為0.50時，與普通再生混凝土相比，再生磚粒取代率為30%時的再生混凝土彈性模量的降幅達17.62%。

3）基于CEB-FIP模型，考慮含再生磚粒取代率對再生混凝土彈性模量的影響，提出適合于再生磚粒再生混凝土彈性模量的預測模型，該預測模型與含再生磚粒再生混凝土28 d彈性模量的試驗值吻合較好，可為含再生磚粒再生混凝土的結構設計提供參考。

參考文獻：

[1]陳家瓏.地震災區建筑垃圾處理技術研究[[J].建筑技術，2009，40(9)：822-824.

[2]周靜海，何海進，孟憲宏，等.再生混凝土基本力學性能試驗[J].沈陽建筑大學學報：自然科學版，2010，26(3)：465-467.

[3]黃 靖.不同粗骨料種類再生混凝土的基本性能試驗研究[D].南寧：廣西大學，2012.

[4]葉 騰，徐毅慧，張 錦.基于工作性能的再生混凝土抗壓強度試驗研究[J].建筑結構，2014，44(21)：75-77.

[5]張會芝，鄭建嵐.再生混凝土抗壓強度及工作性能的影響因素分析[J].福州大學學報：自然科學版，2012，40(4)：508-514.

[6]田志偉.富含磚粒的再生混凝土試驗研究[D].邯鄲：河北工程大學，2015.

[7]楊 濤.含再生磚粒混凝土的力學性能及框架柱抗震性能研究[D].西安：西安建筑科技大學，2013.

[8]JGJ 55-2011，普通混凝土配合比設計規程[S].

[9]GB/T 50080-2002，普通混凝土拌合物性能試驗方法標準[S].

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

[11]ACI Committee 318，Building code requirements for reinforced concrete[S].

（責任編輯 王利君）

Study on basic performance of recycled concrete with brick grain

AN Xinzheng1, NIU Wei1, ZHANG Yafei1, LIU Yan2

(1.College of Civil Engineering, Hebei University of Engineering, Hebei Handan,056038,China; 2.College of Urban and Rural Construction, Agricultural University of Hebei, Hebei Baoding,071001,China)

The influences of different water cement ratios (0.40～0.50)and different replacement rates (0%～30%)of recycled brick grain on the workability and elastic modulus of the recycled concrete are investigated based on the slumps experiment and elastic modulus experiment of those concrete mixtures. The test results indicated that with the increase of content of recycled brick grain, the workability and the elastic modulus become bad under the condition of the same water cement ratio. And when the replacement rate of recycled brick grain is 30% and water cement ratio is 0.50, the descend range is equal to 17.62% for its elastic modulus. Based on the test results, the prediction model of the elastic modulus is proposed for the recycled concrete with brick grain.

recycled concrete; recycled brick grain; replacement rate; workability; elastic modulus

TU528

A

1673-9469（2017）01-0030-04

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.01.007

投稿日期：2016-09-18 特約專稿

河北省自然科學基金資助項目（E2015204111）；河北省科學技術研究與發展計劃資助項目(15273609D)

安新正（1963-），男，河南鎮平人，工學博士，副教授，碩士生導師，研究方向：混凝土結構耐久性理論與設計。