再生骨料在混凝土中形態(tài)分布試驗(yàn)研究

蘆靜夫 深圳天陽(yáng)工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518000

1 引言

建筑物達(dá)到使用年限或城市更新、市政改造、自然災(zāi)害(地震、臺(tái)風(fēng)等)都會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾。近年來(lái)為保護(hù)環(huán)境，政府出臺(tái)一系列法規(guī)加強(qiáng)對(duì)建筑垃圾的處理利用。將建筑廢棄混凝土經(jīng)機(jī)械破碎、清洗和分級(jí)后，按照一定的比例與水泥和砂子混合后，形成的混凝土稱(chēng)為再生骨料混凝土。再生骨料混凝土因其巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益，越來(lái)越受到人們的重視。

2 研究現(xiàn)狀

再生骨料混凝土研究應(yīng)用始于二戰(zhàn)后。蘇聯(lián)、日本、歐洲各國(guó)重建家園時(shí)就注意到了廢棄混凝土的問(wèn)題并開(kāi)始了再生混凝土的研究和應(yīng)用。美國(guó)制定《超級(jí)基金法》，規(guī)定:“企業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)建筑垃圾必須自行妥善處理，不得隨意丟棄。”美國(guó)政府也鼓勵(lì)使用再生混凝土，自2007 年起美國(guó)的高速公路工程已經(jīng)使用了多達(dá)1 億噸的再生瀝青路面。如密歇根州就有兩條公路為再生骨料混凝土。香港研究機(jī)構(gòu)在建筑廢物再生骨料環(huán)保磚、粉煤灰再生骨料混凝土、蒸汽養(yǎng)護(hù)再生骨料混凝土等方面取得了成果。比如香港濕地公園(建筑面積達(dá)10 萬(wàn)平米)位于香港西部毗鄰深圳，于2006 年建成。該工程中使用的再生骨料混凝土最高強(qiáng)度等級(jí)為C35［1］。文獻(xiàn)［2-4］從宏觀方面研究了再生骨料混凝土隨著再生骨料替代率及再生骨料強(qiáng)度的不同，再生混凝土強(qiáng)度的變化規(guī)律。文獻(xiàn)［5-7］從微觀方面研究了再生骨料混凝土強(qiáng)度異于自然骨料混凝土強(qiáng)度的原因。本文從宏觀角度，探討再生骨料在混凝土中的形態(tài)分布現(xiàn)象和規(guī)律。

3 試驗(yàn)研究

3.1 試件制備與試驗(yàn)

3.1.1 原材料

本試驗(yàn)所用粗骨料為廢棄混凝土經(jīng)破碎清洗后制成，骨料粒徑5mm～35mm;水泥使用仙鶴牌白色硅酸鹽水泥;試驗(yàn)用水為普通自來(lái)水。

3.1.2 試件制作

本試驗(yàn)配合比參考《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55-2011)［8］進(jìn)行設(shè)計(jì)，將再生粗骨料替代率設(shè)為50%，混凝土配合比見(jiàn)表1。

表1 再生混凝土配合比

本試驗(yàn)混凝土攪拌流程采用如圖1 所示，試件采用圓柱體，尺寸150x150x300mm，共10 個(gè)。

圖1 再生混凝土攪拌流程

本試驗(yàn)擬采用對(duì)圓柱體試件進(jìn)行橫截面切割，切割后統(tǒng)計(jì)骨料截面面積的方法計(jì)算骨料在試件中的分布規(guī)律。研究混凝土中骨料分布特性時(shí)，用一個(gè)截面去截取混凝土試件，截面中的骨料會(huì)呈現(xiàn)多邊形，將骨料面積比γa定義為所截取截面中骨料面積Aa 與斷面面積Ac 的比值，即:

這個(gè)比值應(yīng)等于該試件中骨料總體積Va 與試件體積Vc 之比，定義骨料體積比γv，即:

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

每個(gè)試件分別截取三個(gè)橫斷面，用S 表示上部截面，Z 表示中部截面，X 表示下部截面，如圖2 所示，圖3 為試件橫斷面圖。

圖2 試件橫斷面切割位置示意圖

圖3 試件橫斷面圖

表2 再生骨料粒徑為5mm～35mm 圓柱體試件各斷面數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖4 試件各段中骨料體積比

圖5 試件各段中骨料體積含量

分析表中數(shù)據(jù)可知，在50%再生骨料替代率的情況下，再生骨料在圓柱體試件上、中、下部有較大的分散性。再生骨料有異于自然骨料的獨(dú)特特性(高孔隙率、高吸水率、低容重等)且外觀上棱角較多，可能是因?yàn)檫@些特性，再生骨料與自然骨料在混凝土試件中的分布密度出現(xiàn)了一定的差異。由于本文并未進(jìn)行同等條件下的再生混凝土基本力學(xué)性能測(cè)試，因此這種分布的差異性對(duì)再生混凝土力學(xué)性能的影響有多少，還不得而知。再生骨料在試件中呈現(xiàn)的與自然骨料不同的隨機(jī)分布狀態(tài)，在實(shí)際工程中的影響，也有必要進(jìn)行更進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

再生骨料混凝土因再生骨料性能不如自然骨料，隨著再生骨料替代率的增大，再生混凝土力學(xué)性能逐漸降低。本文在50%替代率情況下，討論了再生骨料在試件中的形態(tài)分布情況，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析分析可知:再生骨料在混凝土中分布與自然骨料相比，體現(xiàn)出較大的差異性，雖然同自然骨料一樣，在混凝土中呈隨機(jī)分布狀態(tài)，但在混凝土中的分布密度不同。在實(shí)際工程中，是否可以忽略再生骨料與自然骨料在混凝土中的分布差異性這一因素的，還有待更進(jìn)一步研究。

［1］潘智生，寇世聰.香港建筑廢物再生骨料混凝土的研究進(jìn)展［J］.青島理工大學(xué)報(bào)，2009(4):17-23.

［2］趙立，趙順增.高性能再生骨料混凝土力學(xué)性能的研究［J］.混凝土與水泥制品，2011(6):1-4.

［3］王軍強(qiáng)，陳年和.再生骨料混凝土的強(qiáng)度和耐久性能試驗(yàn)研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2007(12):40-43.

［4］朱亞光，韓紀(jì)權(quán).顆粒整形再生骨料混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)研究［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(4):115-118.

［5］崔正龍，路沙沙，汪振雙.不同強(qiáng)度砂漿界面過(guò)渡區(qū)對(duì)再生骨料混凝土性能的響［J］.2011(3):545-549.

［6］張海捷.骨料界面弱化處理對(duì)混凝土阻尼性能影響的試驗(yàn)研究.［碩士論文］.衡陽(yáng):南華大學(xué)，2007.

［7］J.M.Gao.ITZ microstructure of concrete containing GGBS.［J］.Cement and Concrete Research.35(2005)1299–1304.

［8］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55-2011).