基于正交試驗的再生混凝土配合比優化研究

劉　娟

(江蘇城市職業學院建工學院，南京 210019)

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基于正交試驗的再生混凝土配合比優化研究

劉娟

(江蘇城市職業學院建工學院，南京 210019)

摘要：采用正交試驗設計再生混凝土的配合比，當水膠比(W/B) 0.45，再生骨料(RA)取代量30%，聚羧酸鹽高效減水劑(PC)摻量2.5%，粉煤灰(FA)摻量20%時，組成再生混凝土的最優配合比。選用最優配合比，改變再生骨料的原始混凝土強度，表現出原始混凝土強度高，配制的再生混凝土強度也高的結果。當原始混凝土強度達到C50，基本上可以配制出與天然骨料一樣的混凝土強度。

關鍵詞：再生混凝土；配合比；優化；正交試驗

0引言

對廢棄的混凝土進行破碎后所得的骨料稱為再生骨料，使用再生骨料部分或者全部取代天然骨料拌制的混凝土稱為再生混凝土。近年來，伴隨著我國城鎮化改造的加快，產生了大量的混凝土廢棄物，這些廢棄物如果得不到充分利用，將會帶來很大的生態環境問題[1-2]。由于一直被用作混凝土組成成分的天然骨料被大量開采所造成的資源枯竭和環境破壞問題也日益突出，因此，利用廢棄的混凝土制作再生骨料，既可以解決當下的自然資源過度消耗，又可以解決廢棄物的占地和環境污染問題[3]，成為研究熱點也為建筑廢棄物的處理提供了一個新途徑。

1試驗

1.1原材料

水泥：采用普通硅酸鹽水泥P.O42.5；細骨料：河砂，中砂，連續級配；再生骨料：實驗室中配制的混凝土，經攪拌、澆筑 、振搗、養護成混凝土梁形試件后經人工破碎、篩分后按一定比例相互配合制得，粒徑5～31.5 mm；天然骨料：碎石，最大粒徑 31.5 mm，連續級配；減水劑：聚羧酸鹽高效減水劑，蘇州市興邦化學建材有限公司生產，棕色透明液體，固含量20%，減水率29%；粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰，其基本性能見表1；水：采用自來水。

表1　粉煤灰基本性能

1.2試件制作與養護

制作混凝土立方體試件，尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，在標準養護條件(溫度(20±2)℃，相對濕度 95%以上)養護至60 d，測量其抗壓強度[4-5]。試驗中粉煤灰采用等量取代法(以粉煤灰取代相同質量的水泥)摻入，再生骨料也采用等量取代法(以再生骨料取代相同質量的天然骨料)，聚羧酸鹽高效減水劑摻量，按占膠凝材料的質量計。

1.3試驗方法

抗壓強度的測試按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行。

2試驗結果與討論

2.1 再生混凝土最優配合比

利用再生骨料、粉煤灰、聚羧酸鹽高效減水劑參與配制再生混凝土，其中再生骨料、粉煤灰、減水劑的摻量影響著配制的再生混凝土的各項技術性能與耐久性能[6]。基于這個原因，把再生骨料、粉煤灰及減水劑的摻量作為研究再生混凝土最優配合比的因素，考慮到水膠比也是影響混凝土力學性能和耐久性的一個重要因素，因此選取水膠比、再生骨料取代量、粉煤灰及減水劑摻量共計4個因素來設計正交試驗，每個因素安排3個水平，選取混凝土的抗壓強度，作為試驗的考核指標，見表2。

表2　因素與水平

注：水膠比—水/(水泥+粉煤灰)，為質量比；試驗用的再生骨料來源的混凝土為C25。

采用L9(34) 正交表，正交試驗設計結果見表3。

表3　正交試驗設計結果

注：一組3個試件，強度為3個試件的平均值。

對表3的試驗結果進行分析，找出各因素的最佳基體。其中k1、k2及k3分別表示水膠比、再生骨料取代量、聚羧酸鹽高效減水劑及粉煤灰摻量在所設計的3個水平值下對應的再生混凝土的抗壓強度平均值，R為極差。計算結果見表4。

表4　k1、k2、k3及極差R的計算結果

由表4，抗壓強度極差R(水膠比)= 3.6，R(再生骨料取代量)= 3.7，R(聚羧酸鹽高效減水劑摻量)=1.6，R(粉煤灰摻量)=1.4。極差大小排序，再生骨料取代量>水膠比>聚羧酸鹽高效減水劑摻量>粉煤灰摻量。再生骨料取代量極差最大，說明再生骨料取代量對再生混凝土抗壓強度的影響最大。

圖1表示4個因素水平與k值之間的關系。從圖1可見，水膠比從0.45升至0.55，抗壓強度指標逐漸降低，水膠比為0.45時，強度指標最高；再生骨料取代量由30%增大至80%，抗壓強度指標呈逐漸下降態勢，再生骨料取代量為30%時，強度指標最大；聚羧酸鹽高效減水劑摻量從1.5%增大到2.5%，抗壓強度指標出現先降后升，摻量為2.5%時，強度指標最大；粉煤灰摻量由10%增加至25%，抗壓強度指標表現為先升后降，摻量為20%時，強度指標達到最大值。由此可知，再生混凝土最優配合比應是A1B1C3D2，即取各因素平均指標最高時所對應的水平值，此時水膠比為0.45，再生骨料取代量為30%，聚羧酸鹽高效減水劑摻量為2.5%，粉煤灰摻量為20%。這表明了水膠比0.45，再生骨料取代量30%，聚羧酸鹽高效減水劑摻量2.5%，粉煤灰摻量20%組成再生混凝土的最優配合比。

圖1　抗壓強度點圖分析

2.2不同原始混凝土配制的再生混凝土的性能

混凝土的原始強度是否對再生混凝土強度有影響，為此，試驗選取了不同強度等級混凝土破碎成再生骨料，按照最優配合比配制混凝土，制作尺寸為100 mm×100 mm×100 mm混凝土立方體試塊，在標準養護條件(溫度(20±2)℃，相對濕度 95%以上)養護至60 d，測試其抗壓強度，并與天然骨料配制的普通混凝土做對比，測試結果見表5。

表5　再生混凝土抗壓強度測試結果

注：一組3個試件，強度為3個試件的平均值。

從表5試驗結果可以看出，在相同的水膠比、再生骨料取代量、聚羧酸高效減水劑及粉煤灰摻量下，生產再生骨料的原始混凝土強度影響著再生混凝土的強度。原始混凝土強度高，配制的再生混凝土強度也高。隨著原始混凝土強度逐漸提高至C50，由其產生的再生混凝土強度，基本上可以達到天然骨料配制的普通混凝土強度。這種現象產生的原因是由于隨著原始混凝土強度增大，其內部愈來愈密實[7-8]，相應的孔隙率在不斷降低，當密實度達到一定程度時，就會表現出與天然骨料一樣的強度。可見，選用高強度混凝土產生的再生骨料配制再生混凝土，同樣能獲得與天然骨料一樣高的混凝土強度。

3結語

1)使用再生骨料代替天然骨料拌制再生混凝土，當水膠比為0.45，再生骨料取代量為30%，聚羧酸鹽高效減水劑摻量為2.5%，粉煤灰摻量為20%時，組成再生混凝土的最優配合比。

2)在最優配合比下，再生骨料的原始混凝土強度影響著再生混凝土的強度。原始混凝土強度高，配制的再生混凝土強度也高。原始混凝土強度提高至C50，基本上可以達到天然骨料配制的普通混凝土強度。

參考文獻

[1] 周明輝,李連君.再生骨料混凝土強度的試驗研究與分析[J].混凝土，2011(5)：99-101.

[2] 王占鋒,王社良，翁光遠.不同粗骨料取代率再生混凝土力學性能試驗研究[J].鄭州大學學報，2012，33(4)：32-35.

[3] 楊海濤,田石柱.高強再生骨料混凝土的配制及性能研究[J].功能材料，2013，17(44)：2524-2527.

[4] 張波志，王社良，張博，等.再生混凝土基本力學性能試驗研究[J].混凝土，2011(7)：4-6.

[5] 馬羅為，羅崢，閻文，等，再生混凝土配合比設計與抗壓強度試驗研究[J].混凝土，2010 (8)：142-144.

[6] 陳愛玖，孫校配，楊粉，等，正交法分析再生混凝土基本力學性能[J].新型建筑材料，2013 (4)：1-4.

[7] 孫躍東，王濤.再生骨料強化對再生混凝土基本力學性能的影響[J].四川建筑科學研究，2010，36(4):212-215.

[8] 唐捷.再生混凝土的抗壓強度初步研究[J].四川建筑科學研究，2007，33(4):183-186.

The Optimization Study on Mix Proportion of Recycled Concrete Based on Orthogonal Test

LIU Juan

(TheCollegeofArchitecturalEngineering,JiangsuCityVocationalCollege,Nanjing210019,China)

Abstract：The mix proportion of recycled concrete is designed by orthogonal test. When the water cement ratio is 0.45, recycled aggregate replacement amount is 30%, the content of Poly carboxylic acid superplasticizer is 2.5%, and fly ash content is 20%, they form the optimal mix proportion of recycled concrete. If the optimal mixture ratio is chosen, and the original concrete strength of recycled aggregate is changed, it shows that the recycled concrete strength is also high when the original concrete strength is high. If the original concrete strength reached C50, it can be almost used to prepare with the natural aggregate concrete strength.

Key words：recycled concrete; mix proportion; optimization; orthogonal test

文獻標志碼：A

文章編號：1009-8984(2016)01-0022-03

中圖分類號：TU528.59

作者簡介：劉娟(1974-)，女(漢)，河南南陽，碩士，講師

基金項目：江蘇省高校自然科學研究面上項目(14KJB560004)

收稿日期：2016-02-03

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2016.01.005

主要研究新型建筑材料。