廢棄粗骨料再生混凝土的力學性能研究

楊秀芬 梁嘉俊 周峰 張弛

摘 要：再生混凝土是現代綠色建筑可持續發展的一大研究課題。本文通過測試廢棄的 C40 混凝土梁破碎后用作再生粗骨料制成取代率的混凝土（0%、25%、50%）再生立方體抗壓強度、立方體劈裂抗拉強度等力學指標分析不同粗骨料取代率對再生混凝土各項力學性能的影響情況。

關鍵詞：再生混凝土;再生骨料取代率;基本力學性能

再生混凝土是指將廢棄混凝土破碎、清洗及篩分后，天然骨料被部分或全部取代后制成的混凝土，解決了原生混凝土的原材料生產需要大量天然砂、天然石料的消耗所造成大量的石油資源耗損從而影響環境[1]的難題。

再生混凝土只有天然骨料—新砂漿一種界面，相比普通混凝土有較多的界面過渡區，應力集中的現象比較明顯，再生骨料由于破碎、加工篩選引起損傷，以及之前的水泥砂漿會在表面附著，導致再生混凝土的性能和普通混凝土相比有較大差異[2]。

本文以廢棄的 C40 混凝土梁破碎后用作再生粗骨料替代率作為變量，配置了不同取代率的再生混凝土，分析基本力學性能變化情況。

一、 實驗材料及制備

（一）實驗原料

實驗采用某水泥廠的 42.5R 普通硅酸鹽水泥（C），密度為3.16 g /cm3，天然黃沙作細骨料（S），天然粗骨料（RCA）取粒徑為5-25mm的巖石顆粒，再生粗骨料（RFA）采用粒徑與天然粗骨料一致的由C40混凝土梁破碎分級取得的，已知所用的再生粗骨料含水率為4.1%，吸水率為7.56%，為補償再生混凝土自身吸水達到飽和面干時的吸附水，需在配置時添加再生骨料含量的3.46%的補償水（CW）。試驗配合比如表 1 所示。

（二）試件的制備

根據《普通混凝土設計規程》（JGJ55-2011）的配合比要求，分別對于再生粗骨料3種取代率 0%，25%，50%的C35混凝土試件，制作尺寸為100mm×100mm×100mm的立方體劈裂抗拉和立方體抗壓試件每組各3塊，抗折強度和軸心抗拉強度試件尺寸為100mm ×100mm×400 mm，每組試件有3個，碳化實驗的試件尺寸為100mm ×100mm×400 mm的棱柱體混凝土試件每組各3塊。

二、再生混凝土基本力學性能

（一）實驗步驟

立方體抗壓試驗、軸心抗壓強度試驗、劈裂抗拉強度試驗及抗折實驗基本步驟如下圖：

抗折強度試驗按下圖布置：

（二）實驗結果分析

1、抗壓強度

早期國內外有部分學者認為伴隨著再生骨料的輸入，會在一定程度上降低混凝土的立方體抗拉強度和軸心抗壓強度，Nixon發現再生混凝土的抗壓強度相比普通混凝土有所降低，降幅最大可達到20%[3]，國內學者肖建莊在試驗中測得再生混凝土抗壓強度的降低幅度在30%左右[4]。但本次試驗中，由表2及圖1可以發現，兩者的立方抗壓強度和軸心抗壓與再差距不大，其中立方體抗壓強度隨混凝土試件中廢棄骨料的取代率的增加使抗壓性先下降后上升，而軸心抗壓強度則有較明顯的上升趨勢，通過對試驗原料以及數據的分析探討，得出以下原因：①再生粗骨料服役年限對再生混凝土強度有一定影響，服役年限較低以及服役年限較高的再生骨料制備的再生混凝土的抗壓強度比較接近，力學性能相差不大，而服役年限處于兩者之間的再生骨料制成的混凝土抗壓性能較差;②制備試件所用的再生骨料是經機械破碎后篩選留下來的粘結強度高的部分，故提高了再生混凝土的整體強度。③再生骨料具有較高的吸水性能，難以保證再生混凝土中各部分具有相同的水灰比。

2、劈裂抗拉強度和抗折強度

再生混凝土28天后的劈裂抗拉強度比普通混凝土低，如圖2可見，混凝土劈裂抗拉強度呈現明顯的降低趨勢，主要原因是再生混凝土內部缺陷以及粗骨料本身存在的細小裂縫，對抗壓性能的影響忽略不計，但是受拉破壞影響較大。同時，由于廢棄的再生粗骨料與水泥石界面間的黏結力較小，即使水泥石界面和再生骨料之間具有相對較大的摩擦系數，對抗拉強度的影響較小，但是再生混凝土在受拉時極易產生開裂破壞現象。

四、結論與未來展望

本文通過研究了不同取代率再生骨料對混凝土力學性能的影響程度，得出以下結論：

（一）普通混凝土試件與再生混凝土試件的抗壓性能差異較小，隨混凝土試件中再生粗骨料的含量的增加，立方體抗壓強度先下降后上升，而軸心抗壓強度則有顯著的上升趨勢。

（二）不同再生粗骨料取代率的再生混凝土和普通混凝土相比，抗折強度幾乎相同，沒有較大的差異性，現實應用中在一定程度上可以相互替代。

在未來發展中，混凝土的再利用將會是促進現代化綠色建筑的一大熱門重點，本文研究了再生粗骨料對于混凝土力學性能影響，但由于變量比較單一，未從水灰比等變量分析。總之，再生混凝土的現實應用還有很長的路要走。

參考文獻：

[1]崔正龍，路沙沙，汪振雙.不同強度砂漿界面過渡區對再生骨料混凝土性能的影響[J].硅酸鹽通報，2011，30（03）：545-549.

[2]馬嶸.論再生混凝土在生態建筑中的意義[J].混凝土，2003（10）.

[3]Nixon P J . Recycled concrete as an aggregate for concrete—a review[J]. Matériaux et Construction， 1978， 11（5）：371.

[4]肖建莊，李佳彬，孫振平.再生混凝土抗壓強度研究[J].同濟大學學報（自然科學版），2004（12）.