再生混凝土和易性及強(qiáng)度受砂率影響研究

郭維維

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，建筑垃圾也在大量增加。廢棄的建筑垃圾大多采取掩埋的方法進(jìn)行處理，容易造成二次污染，嚴(yán)重影響環(huán)境，如何處理建筑垃圾已成為眾人關(guān)注的問(wèn)題。通過(guò)破碎、分級(jí)將廢棄的混凝土塊替代天然骨料而配成的再生混凝土是發(fā)展綠色混凝土非常重要的途徑，在其配制過(guò)程中，為了保證混凝土有足夠強(qiáng)度，砂石比例尤為重要，并通過(guò)砂率來(lái)體現(xiàn)，因?yàn)槠鋾?huì)對(duì)混凝土的和易性、質(zhì)量等產(chǎn)生影響。目前，學(xué)者研究了再生粗骨料替代率、粗骨料種類、水灰比等的不同對(duì)再生混凝土各方面性能的影響，但較少在砂率影響再生混凝土的和易性及強(qiáng)度方面進(jìn)行研究探討。本文研究C30再生混凝土在不同砂率影響的情況下和易性及強(qiáng)度的變化規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料及方案設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 再生粗骨料制備

將石材市場(chǎng)拆除產(chǎn)生的混凝土廢料用作制備再生粗骨料的原料，經(jīng)測(cè)試平均強(qiáng)度為28.9MPa。通過(guò)粉碎和篩分，所得再生骨料粒徑為5.5～25.5mm。為比較再生混凝土與普通混凝土在強(qiáng)度及收縮性能的差異，同時(shí)進(jìn)行普通混凝土試驗(yàn)作為參考。不同骨料的基本性質(zhì)見表1。

表1 骨料的基本性質(zhì)

1.1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)的研究對(duì)象是制備C30再生粗骨料混凝土，同時(shí)通過(guò)普通混凝土試驗(yàn)進(jìn)行比較，分別用Z和P表示。試驗(yàn)期間，再生混凝土試件中的粗骨料均為再生粗骨料，細(xì)骨料選自河砂。試驗(yàn)時(shí)兩種混凝土的砂率分別為22%、27%、32%、37%、42%。在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，使用P·O 42.5水泥，其密度為3.15g/cm3。天然河砂的表觀密度為2640kg/m3，天然粗骨料表現(xiàn)密度2730kg/m3，吸水率0.63%。減水劑選用高效減水劑，固體含量18.9%，用量為水泥用量的0.45%。設(shè)計(jì)配合比見表2。

表2 設(shè)計(jì)混凝土配合比

2 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果分析

2.1 混凝土坍落度受砂率變化的影響

根據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080—2016），測(cè)試C30再生混凝土和普通混凝土在不同砂率下的坍落度。試驗(yàn)結(jié)果見圖1，從圖1中可以看出，隨著砂率的增加，兩種不同類型的混凝土坍落度值均呈先增大后減小的趨勢(shì)，普通混凝土坍落度達(dá)到最大值時(shí)砂率在27%左右，再生混凝土坍落度達(dá)到最大值時(shí)砂率在32%左右。由于混凝土在保證不泌水的情況下坍落度大，可以有較好的工作性能，因此，普通混凝土砂率及再生混凝土砂率分別取在27%和32%左右較為合適。當(dāng)砂率分別為22%、27%、32%、37%、42%時(shí)，再生混凝土坍落度值分別為141mm、148mm、150mm、146mm、139mm，與再生混凝土相比，普通混凝土具有較大的坍落度值，其增加幅度分別為4.2%、4.1%、0.7%、1.4%、2.9%，這是因?yàn)榇植诘脑偕止橇衔搅烁嗟乃嗌皾{，同時(shí)天然骨料的吸水率低于再生骨料，這增加了混凝土的用水量，降低了混凝土的稠度。

圖1 不同砂率條件下混凝土坍落度變化情況

2.2 混凝土強(qiáng)度受砂率變化的影響

制作不同砂率情況下邊長(zhǎng)為150mm的普通混凝土和C30再生混凝土試件，依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2002），將試件置于標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，測(cè)定其在齡期28天的抗壓強(qiáng)度。

制備邊長(zhǎng)為150mm的不同砂率試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28天后，進(jìn)行450mm凈跨度和雙支點(diǎn)荷載下的彎曲和拉伸破壞試驗(yàn)。

制備邊長(zhǎng)為150mm的不同砂率試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28天后，加載對(duì)應(yīng)的條形荷載，將試件沿立方體中心劈裂破壞的力值進(jìn)行換算，求得其軸心抗拉強(qiáng)度。

以上試驗(yàn)結(jié)果見表3。從表3中可以看出，在增加砂率的條件下，C30再生粗骨料混凝土和普通混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度均發(fā)生了變化，但變化幅度不大，表明混凝土力學(xué)性能受砂率變化的影響不明顯。普通混凝土相比再生粗骨料混凝土，以上三項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)均略大，隨著砂率增加，抗壓強(qiáng)度分別提高7.8%，7.5%，8.3%，8.4%，抗折強(qiáng)度分別提高9.3%，8.0%，8.5%，10.4%。劈裂抗拉強(qiáng)度分別提高14.8%，15.1%，16.1%，14.4%，這是因?yàn)樗嗌皾{強(qiáng)度低且附著在再生粗骨料表面，當(dāng)混凝土受荷載時(shí)，由于薄弱的過(guò)渡區(qū)存在，同時(shí)因?yàn)榉e累形成的細(xì)裂紋存在于再生骨料中，使得再生粗骨料混凝土強(qiáng)度有所降低。

表3 不同類型混凝土試驗(yàn)強(qiáng)度

砂率對(duì)普通混凝土及再生混凝土拉壓比的影響見圖2、圖3。從圖2、圖3中可以看出，砂率的增大使得普通混凝土拉壓比呈先增大后減小的趨勢(shì)，而再生混凝土拉壓比呈一直增大的趨勢(shì)，但砂率達(dá)到一定值后，拉壓比增大的幅度減小。

圖2 砂率對(duì)普通混凝土拉壓比的影響

圖3 砂率對(duì)再生混凝土拉壓比的影響

2.3 砂率影響下的混凝土干燥收縮率變化情況

分別制作普通混凝土和C30再生混凝土試件。依據(jù)試驗(yàn)規(guī)程，將試件在溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度（60±5）%的條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，同時(shí)測(cè)定試件在不同齡期的干燥收縮率。其結(jié)果見表4。

表4 混凝土干燥收縮率變化情況 單位:10-4

從表4的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，砂率的增大使得C30再生粗骨料混凝土及普通混凝土的干燥收縮長(zhǎng)度變化率均以較小的幅度增加，在齡期大于128天后呈平穩(wěn)變化，這主要是因?yàn)榧?xì)骨料的吸水率較大，砂率的增加使得細(xì)骨料的用量增加，因此，在水分蒸發(fā)后發(fā)生大的干收縮變形。與再生粗骨料混凝土相比，普通混凝土有較小的干燥收縮率變化率，因?yàn)槠浔砻嫖降乃嗌皾{相對(duì)較少，因而吸水量也少，在干燥的過(guò)程中水蒸發(fā)量也較少，這又導(dǎo)致了較小的干燥收縮變化率。而砂率的增大，會(huì)使得混凝土吸水率受再生粗骨料的影響程度減小，因此，混凝土呈平穩(wěn)的干燥收縮變化趨勢(shì)。

3 結(jié) 語(yǔ)

a.C30強(qiáng)度等級(jí)的再生混凝土和普通混凝土同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，砂率的增加將導(dǎo)致坍落度先增大后減小，砂率分別取在32%和27%左右較為合適，但再生混凝土的坍落度值比普通混凝土小。

b.在提高砂率的條件下，C30再生粗骨料混凝土和普通混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度變化幅度不大。與再生粗骨料混凝土相比，普通混凝土的上述三個(gè)力學(xué)指標(biāo)略大。砂率的增大使得普通混凝土拉壓比呈先增大后減小的趨勢(shì)，而再生混凝土拉壓比呈一直增大的趨勢(shì)，但砂率達(dá)到一定值后，拉壓比增大的幅度減小。

c.在砂率不斷增加的情況下，C30再生粗骨料混凝土及普通混凝土干燥收縮長(zhǎng)度變化率均以較小的幅度增加，在齡期大于128天后呈平穩(wěn)變化，再生粗骨料混凝土的干燥收縮變化率相對(duì)較大。