包漿再生粗骨料對混凝土力學性能影響研究

王軒,李樂帥 （.重慶文理學院，重慶 40260；2.菲律賓克里斯汀大學國際學院，菲律賓馬尼拉 0900)

0 引言

隨著我國經濟的持續穩定發展，綠色經濟和環保越來越重要，在建筑行業，對建筑廢料的重復循環利用正變為愈來愈重要的一個課題，再生粗骨料混凝土正是其中不可忽視的一項研究內容[1]。但再生粗骨料混凝土與普通天然骨料混凝土相比具有吸水率高、密度低、堅固性差等缺點[2]，難以滿足人們對混凝土力學性能的要求。而對粗骨料進行包漿處理能改善再生粗骨料混凝土的力學性能，實現對建筑廢物的循環利用。本試驗從再生骨料的強化著手，通過使用不同的包漿水泥的強度、不同的粉煤灰的摻取量、不同的減水劑摻量以及不同的再生骨料代替率來研究這些因素對再生粗骨料混凝土的力學性能所產生的影響，以及對未來實際項目中應用的重要意義[3]。

1 試驗

1.1 原料

①水泥：某水泥廠生產的不同型號的普通硅酸鹽水泥；

②粉煤灰：重慶海煌建材有限公司生產的1級粉煤灰；

③粗骨料：某學校實驗室廢棄的混凝土，原混凝土強度等級為C30，機械破碎后篩選出5mm～20mm，利用部分或全部再生粗骨料取代天然粗骨料；

④細骨料：砂子，細度模數2.0，泥塊含量0.7%；

⑤減水劑：江蘇博特新材料有限公司生產的SBT高效減水劑；

⑥包漿再生粗骨料：對原廢棄的混凝土使用水膠比為0.5粉煤灰摻量為30%的水泥漿對表面進行包漿處理，包漿完成后置于陰涼處直到不再相互粘結時放入養護室養護28天后取出晾干，各種骨料的基本性能見表1。

1.2 試驗方案

試驗采用粉煤灰摻量、減水劑摻量、再生粗骨料替代率、包漿水泥的強度四個因素，每個因素下設置四個水平構成四因素四水平正交試驗，依據正交表L16（45）安排試驗，因素水平見表2，其中粉煤灰按照等質量替代水泥的方式摻入，減水劑按照膠凝材料的百分比摻入[4]。

正交因素、水平表 表2

為了符合試驗的需求，分別制作尺寸為100mm×100mm×100mm的試件用于混凝土的抗壓與劈裂抗拉試驗和100mm×100mm×400mm的試件用于抗折試驗，正交試驗數據見表3。

混凝土力學性能試驗配合比表 表3

2 試驗結果與分析

混凝土正交實驗結果表 表4

先分析各個因素在不同的水平狀況下對力學性能的影響。用每個因素在同一水平狀態下的抗壓、劈拉、抗折強度的平均值來作為參考數據。

①粉煤灰摻量。從表5和圖1可以看出，隨著粉煤灰的摻量不斷增加，再生混凝土的抗壓、劈拉、抗折強度三項指標都在減小，在水平4時達到最低。

圖1 粉煤灰摻量圖

表5

②包漿水泥的強度。從表6和圖2可以看出，在對再生粗骨料混凝土進行包漿處理后再生混凝土的力學性能得到了明顯改善，在實驗進行過程中，混凝土的和易性相比未包漿的混凝土也得到了改善。但隨著包漿水泥強度的不斷提升，再生混凝土的力學性能又下降，包漿水泥強度為水平2時再生混凝土的抗壓強度和劈拉強度達到最大值，分別為44.125MPa和1.3375MPa。

圖2 包漿水泥的強度圖

表6

③再生粗骨料替代率。從表7和圖3可以看出隨著再生粗骨料的替代率不斷升高，再生混凝土的抗壓、劈拉、抗折強度的總體趨勢是先升高后降低，不同的是再生混凝土的抗壓強度和劈拉強度是在替代率為水平2（20%）時達到最大值，而抗折強度則是在替代率為水平3（30%）時達到最大值。

圖3 再生粗骨料替代率

表7

④減水劑摻量。從表8和圖4可以看出再生混凝土的抗壓強度和抗折強度都是隨著減水劑摻量的增加先上升后下降，并且兩者都是在各自的第二水平時達到最高值，而劈拉強度則隨著減水劑摻量的增加而減少。

圖4 減水劑摻量

表8

因為每個因素并不是在同一個水平下三個力學性同時達到最高值，因此單獨分析每個因素對三個力學性能的影響還無法得出最佳方案，需要將四個因素結合起來，通過極差分析，找出對力學系能影響最大的因素后再權衡做出最佳方案。

由極差分析表（表9）可得四項因素對抗壓強度的影響由大到小是粉煤灰摻量＞包漿水泥的強度＞減水劑摻量＞再生粗骨料替代率，保證抗壓強度最大的方案是A1（代表A因素的水平1，下同）、B2、C2、D2。對劈拉強度的影響情況來講，粉煤灰的摻量造成的影響最大，之后是包漿水泥的強度以及減水劑的摻量產生影響最小的因素是再生粗骨料替代率，保證劈拉強度達到最大的方案是A1、B2、C2、D1。對抗折強度的影響情況是粉煤灰摻量造成的影響最大，之后是再生粗骨料替代率以及減水劑摻量，影響最小的是包漿水泥的強度，保證抗折強度達到最大的方案是A1、B3、C3、D2。

極差分析表 表9

綜上，粉煤灰摻量A在三個力學性能中都是在A1水平下達到最高值，而在包漿水泥的強度B中抗壓強度和劈拉強度都是在B2水平下達到最大值而抗折強度則是在B3水平下達到最大值，但在抗折強度中B的極差為最低的0.2，所以B對抗折強度的影響最小，而B在前兩項力學性能的影響力又排在第二，因此包漿水泥強度的最佳方案應為B2水平。

再生粗骨料替代率C在抗壓強度和劈拉強度中都是在C2水平下達到最大值，在抗折強度中是在C3水平下達到最大值，而再生粗骨料替代率在前兩項力學性能中的影響程度是最低的，而在抗折強度中的影響力又是第二高，因此為了實現總體力學性能最優，應選用C3水平下的粗骨料替代率。

減水劑摻量D抗壓強度和抗折強度中是在D2水平下達到最大值，而在劈拉強度中是在D1水平下達到最大值，而減水劑摻量在抗壓、劈拉、抗折強度三項指標中的影響力都是第三，因此無法通過極差來直接確定。經計算D2水平下的抗壓強度相較D1提升0.48%，抗折強度相較D1提升5.36%，而D1水平下的劈拉強度相較D2提升了0.19%，綜上根據計算數據可以得知D2水平下的減水劑摻量對力學性能的提升更大。最佳方案為A1、B2、C3、D2。

3 結論

經過試驗后可得知再生混凝土在包漿的情況下相比于不包漿有較大程度的提升，且使用配比為粉煤灰摻量25%，包漿水泥的強度32.5R，再生粗骨料替代率30%，減水劑摻量為0.9%的再生粗骨料混凝土可以得到最佳的力學性能。