礦物摻合料再生混凝土超聲回彈法測強(qiáng)曲線試驗(yàn)

李 藝 李佰壽

(延邊大學(xué)工學(xué)院結(jié)構(gòu)工程學(xué)科，吉林延吉 133002)

在再生混凝土配制中摻入礦物摻合料，可明顯改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，使水泥漿體的孔隙率明顯下降，強(qiáng)化了集料界面，提高了混凝土密實(shí)度，從而使再生混凝土的強(qiáng)度增長較快。摻入單一的礦物摻合料可能會造成混凝土拌合物的泌水量變大、早期強(qiáng)度較低等現(xiàn)象，如果將兩種或多種礦物摻合料按一定比例摻入混凝土，形成優(yōu)勢互補(bǔ)，從而改善混凝土的性能［1］。隨著無損檢測技術(shù)在混凝土工程中的廣泛應(yīng)用［2，3］，國內(nèi)外許多學(xué)者研究了回彈值與再生混凝土的抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系［4，5］，并取得了良好成果。本文通過將粉煤灰和礦粉雙摻入再生混凝土，應(yīng)用超聲回彈綜合法檢測其抗壓強(qiáng)度，分析了雙摻再生混凝土抗壓強(qiáng)度和回彈值以及超聲波速三者之間的關(guān)系，求出測強(qiáng)曲線表達(dá)式。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1)試驗(yàn)原材料。水泥由延吉市生產(chǎn)的廟嶺牌P.O42.5R，砂為天然黃砂，自來水作為拌合水，天然粗骨料為連續(xù)級配的碎石，再生骨料由北京元泰達(dá)環(huán)保建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)，基本性能見表1，琿春電廠Ⅱ級粉煤灰，礦粉由青島綠帆再生建材有限公司生產(chǎn)。

表1 粗骨料的基本性能

2)混凝土配合比。混凝土試塊共分為10組，再生粗骨料取代率為60%［6］的基礎(chǔ)上，礦物摻合料等量取代水泥為10%，20%，30%制備再生混凝土，RCK為單摻礦粉，RCF為單摻粉煤灰，RC為按1∶1雙摻，不摻入礦物摻合料作為對照組，即表2中RC-0。設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，由于再生骨料的吸水率大，所以本文根據(jù)文獻(xiàn)［7］對再生混凝土額外增加用水量，大小取其24 h的吸水量(見表2)。

表2 混凝土配合比

3)混凝土的制作與養(yǎng)護(hù)。采用機(jī)械攪拌，投料順序?yàn)?細(xì)骨料→粗骨料→水泥→水，裝入試模，24 h后拆模，放入標(biāo)準(zhǔn)室，28 d后取出進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

通過實(shí)驗(yàn)測得結(jié)果如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 齡期對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖1可見，再生骨料取代率為60%，摻入礦物摻合料的再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期增加而增長，7 d齡期礦物摻合料摻量為30%時，雙摻試塊抗壓強(qiáng)度比單摻粉煤灰早期強(qiáng)度有顯著提高(高了5.5 MPa)，14 d雙摻試塊比單摻粉煤灰高了4.9 MPa，28 d比單摻粉煤灰高了4.3 MPa，而單摻礦粉比單摻粉煤灰各齡期抗壓強(qiáng)度增長幅度更大，由此可見，將粉煤灰和礦粉按1∶1雙摻配制再生混凝土，能夠明顯提高混凝土抗壓強(qiáng)度，彌補(bǔ)單摻粉煤灰早期強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。

2.3 礦物摻合料摻量對回彈值及超聲波速的影響

由圖2可見，礦物摻合料摻量20%時下降幅度最大，單摻粉煤灰及礦粉時回彈值與超聲波速變化不大，但雙摻時回彈值及超聲波速明顯高于單摻粉煤灰或礦粉，原因是粉煤灰與礦粉雙摻的復(fù)合效應(yīng)，使再生混凝土活性明顯提高，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部比單摻粉煤灰密實(shí)，從而提高了混凝土的強(qiáng)度，且當(dāng)?shù)V物摻合料摻量為30%時，單摻粉煤灰及礦粉與雙摻時回彈值和超聲波速接近，這說明再生混凝土摻量為60%，礦物摻合料摻量30%時對混凝土回彈值及超聲波速的影響較好，但是否30%為最佳摻量還有待進(jìn)一步研究。

圖1 再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期的變化

圖2 礦物摻合料摻量對回彈值及超聲波速的影響

2.4 再生混凝土抗壓強(qiáng)度與回彈值及超聲波速的關(guān)系

將所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用最小二乘法分別進(jìn)行回歸分析，計(jì)算各函數(shù)模型的相關(guān)系數(shù)R，見表4。

表4 再生混凝土抗壓強(qiáng)度與回彈值及超聲波速回歸結(jié)果

以相關(guān)系數(shù)最大(0.976 7)的多項(xiàng)式函數(shù)作為再生混凝土28 d 測強(qiáng)曲線式，即:fcrcu=0.005R2－0.45v2+29.5。

采用上述公式計(jì)算得再生混凝土抗壓強(qiáng)度值見表5，換算值與實(shí)測值之比均達(dá)到95%以上，可見超聲回彈綜合法檢測的結(jié)果更精確。

表5 再生混凝土超聲回彈綜合法檢測試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語

本文通過回歸分析得到再生混凝土28 d抗壓強(qiáng)度測強(qiáng)曲線，取得的主要結(jié)論為以下幾點(diǎn):1)僅僅單摻粉煤灰時，混凝土的早期強(qiáng)度較低，但后期強(qiáng)度增長快，在摻入粉煤灰和礦粉的情況下，保證混凝土的早期和后期強(qiáng)度，發(fā)揮粉煤灰和礦粉的綜合效應(yīng)，使混凝土結(jié)構(gòu)更加致密，抗壓強(qiáng)度得到顯著提高。2)隨著礦物摻合料的增加，超聲波速及回彈值均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，粉煤灰和礦粉雙摻使超聲波速及回彈值均明顯高于單摻粉煤灰或礦粉，摻量30%時單摻粉煤灰及礦粉與雙摻時回彈值和超聲波速接近。3)回歸式fcrcu=0.005R2－0.45v2+29.5計(jì)算的28 d抗壓強(qiáng)度與再生混凝土實(shí)際抗壓強(qiáng)度之比均為95.6%以上，超聲回彈綜合法測強(qiáng)回歸式與雙摻再生混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)測值具有較好的相關(guān)性，為建立礦物摻合料再生混凝土專業(yè)測強(qiáng)曲線奠定了基礎(chǔ)。

［1］HASSAN K E，CABRERA J G，MALIEHE R S.The effect of mineral ad-mixtures on the properties of high-performance concrete［J］.Cement and Concrete，2000(22):267-271.

［2］侯寶隆，蔣之峰.混凝土的非破損檢測［M］.北京:地震出版社，1992.

［3］國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心.混凝土無損檢測技術(shù)［M］.北京:中國建材工業(yè)出版社，1996.

［4］TOPCU I B.Physical and mechanical properties of concrete produced with waste concrete［J］.Cement and Concrete Research，1997，27(12):1817-1823.

［5］季光耀.超聲回彈綜合法檢測再生混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究［J］.混凝土，2008(1):122-127.

［6］陳德玉，袁 偉，劉 歡.再生骨料取代率及礦物摻合料對混凝土力學(xué)性能的影響［J］.粉煤灰綜合利用，2009(2):14-16.

［7］孫躍東，肖 祥，龐 儉，等.再生骨料混凝土的配合比試驗(yàn)研究［J］.山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，28(1):25-28.