再生骨料取代率對混凝土強度的影響規律研究

李紹鵬， 寇建嶺， 汪 亮， 王建強， 肖俊呈

(中建西部建設 湖南有限公司，湖南 長沙 410000)

再生骨料取代率對混凝土強度的影響規律研究

李紹鵬， 寇建嶺， 汪 亮， 王建強， 肖俊呈

(中建西部建設 湖南有限公司，湖南 長沙 410000)

為研究再生骨料取代率對混凝土強度的影響規律，采用一組C30混凝土配比作為基準配比，然后分別用再生粗、細骨料按不同比例(20%、40%、60%、80%、100%)單獨取代普通骨料成型試件進行抗壓與抗折強度試驗。通過對抗折與抗壓強度數據的分析，得到了再生粗、細骨料取代率變化對混凝土抗折與抗壓強度的影響規律，并通過非線性擬合分別得到了再生粗、細骨料混凝土7 d、28 d抗折和抗壓強度與再生粗、細骨料取代率之間的關系方程。

再生混凝土；再生粗骨料取代率；再生細骨料取代率；影響規律

0 引 言

目前，混凝土材料的廣泛使用主要帶來了兩類問題：一是有限的石料、礦產資源被迅速消耗；二是每年各種工程建設中拆舊建新，產生大量的建筑垃圾，其中就包括數目龐大的廢棄混凝土[1]。然而，采用廢棄混凝土經過破碎、加工及篩分等工藝制備得到的再生骨料，對普通砂石骨料進行全部或部分取代，同時按相應的配合比加入膠凝材料、水、外加劑等成分配制而成的再生混凝土在一定程度上可以解決這兩類問題[2-3]。

自再生混凝土問世以來，已有眾多學者對其各項性能進行了研究，然而結果卻不盡相同。就強度而言，一般認為再生混凝土的強度要低于普通混凝土，但也有研究者得出兩者強度接近，甚至是再生混凝土強度更高的結論[4-6]。因此，本文以再生粗、細骨料的取代率為變量對再生混凝土強度影響進行試驗研究，以期得到單摻再生粗、細骨料對混凝土抗壓與抗折強度的影響規律。

1 原材料

本試驗研究所使用的水泥為長沙坪塘水泥廠生產的42.5級普通硅酸鹽水泥，其基本指標均滿足規范要求。砂采用天然砂，細度為2.7，普通粗骨料為連續級配的5～25 mm碎石，水為自來水。再生骨料為某實驗室廢棄混凝土試塊破碎加工而成，原試塊強度等級為C30，其粗骨料為碎石，細骨料為天然砂。其中骨料的基本性能見表1所列。

表1 骨料基本性能

2 試驗方案

采用天然骨料設計一組滿足要求的C30混凝土配合比作為標準參考配合比(水泥∶水∶細集料∶粗集料=380 kg∶185 kg∶648 kg∶1 198 kg)，然后用再生粗、細骨料分別按5個不同的取代率(20%、40%、60%、80%、100%)單獨取代普通砂石，分別得到5種不同的再生混凝土。對這10種再生混凝土及普通混凝土成型7 d、28 d抗折強度試件(100 mm×100 mm×400 mm)與抗壓強度試件(150 mm×150 mm×150 mm)，經養生后檢測其7 d、28 d齡期的抗折強度與抗壓強度，并對試驗結果進行分析，得出再生粗、細骨料的取代率對混凝土強度性能的影響規律。

考慮到再生骨料表面被一層硬化水泥漿體包裹，破碎加工過程中會產生裂縫，故而其吸水率較普通骨料顯著增加[7-8]，如表1所列。所以，在摻再生骨料的混凝土配比中增加一項附加用水量，即在新拌混凝土中被再生骨料所吸收的不參加水化反應的用水量，附加用水量根據所摻再生骨料比例及其吸水率進行計算[9-10]。

3 試驗結果與分析

3.1 再生骨料取代率對混凝土抗折強度影響分析

按現行檢測標準中的方法測定混凝土梁式試件抗折強度，其試驗結果如表2所列，單摻再生粗、細骨料混凝土的抗折強度與其取代率的對應關系如圖1所示。

表2 再生混凝土抗折強度試驗結果

圖1 再生粗、細骨料混凝土抗折強度與其取代率的關系

結合表2及圖1，可以看出如下規律：

(1) 再生混凝土7 d抗折強度總體上隨再生骨料取代率的增長而降低，其中，再生粗骨料混凝土在取代率為0%～20%時強度下降較為明顯，而再生細骨料混凝土整體下降相對較小。

(2) 再生混凝土28 d抗折強度則是先略有上升，然后逐漸下降最終趨于平緩。再生粗骨料混凝土在取代率為20%時達到最高，而再生細骨料混凝土在取代率為40%時達到最高。

對上述情況進行分析：

28d齡期再生混凝土試件在取代率不大的情況下抗折強度略有上升，主要原因是再生粗骨料表面包裹有部分水泥砂漿，造成表面粗糙，易與新拌水泥砂漿之間形成較強的粘結，且水泥凈漿進入并填充骨料中的較大裂隙，強化了原本薄弱的部位，使混凝土試件在承受彎拉應力時不易在局部位置產生應力集中，從而提高了再生混凝土的抗折強度，而隨著再生粗、細骨料所占的比例不斷增加，骨料缺陷造成的不利影響超過其增強度作用，從而導致抗折強度不斷下降。而再生混凝土的7 d抗折強度之所以未表現出與28 d相同的規律，主要是再生混凝土強度形成較普通混凝土而言要慢，其早期強度相對較低。

采用EXCEL軟件自帶的多項式擬合功能對表2中的抗折強度數據與取代率進行非線性擬合，得到如下關系：

再生粗骨料混凝土28d抗折強度(y2)與再生粗骨料取代率(x1)之間的相關關系為：

再生細骨料混凝土7d抗折強度(y3)與再生細骨料取代率(x2)之間的相關關系為：

再生細骨料混凝土28d抗折強度(y4)與再生細骨料取代率(x2)之間的相關關系為：

擬合方程的相關性系數均在0.9以上，說明擬合方程均能較好地反映再生混凝土7d和28d抗折強度與再生骨料取代率之間的相關關系。

3.2 再生骨料取代率對再生混凝土抗壓強度影響

按現行檢測標準中的方法測定混凝土立方體試件抗壓強度，其試驗結果如表3所列，單摻再生粗、細骨料混凝土的抗壓強度與其取代率的對應關系如圖2所示。

表3 再生混凝土抗壓強度試驗結果

圖2 再生粗、細骨料混凝土抗壓強度與其取代率的關系

結合表3與圖2可以看出：

(1) 當再生粗骨料取代率在0%～40%之間時，再生混凝土7 d抗壓強度基本保持穩定不變，由40%增加到60%時有較為明顯的下降趨勢，取代率大于60%后再次趨于穩定。

(2) 當再生粗骨料取代率在0%～20%之間時，28 d抗壓強度呈上升趨勢，取代率為20%時達到最高；當取代率在20%～40%時，又呈現下降趨勢，取代率超過60%后，抗壓強度略有增長但趨于穩定。

(3) 再生細骨料混凝土7 d抗壓強度總體上呈現逐漸下降的趨勢。

(4) 再生細骨料取代率在0%～40%之間時，28 d抗壓強度呈現上升趨勢，在20%～40%之間達到最高，當取代率在40%～60%之間時，又呈現下降趨勢，取代率超過60%后，變化趨于平緩。

由上述規律可知，再生骨料取代率對再生混凝土的抗壓強度影響規律與抗折強度類似，其原因也基本一致。當有利因素起主導作用時，抗壓強度呈現增長趨勢，當不利因素起主導作用時，抗壓強度呈下降趨勢，當兩種因素所起作用相當時，抗壓強度趨于平穩。

同理，采用EXCEL軟件自帶的多項式擬合功能對表3中的抗壓強度數據與取代率進行非線性擬合，得出結果如下：

再生粗骨料混凝土7 d抗壓強度(y5)與再生粗骨料取代率(x1)之間的關系方程為：

再生粗骨料混凝土28 d抗壓強度(y6)與再生粗骨料取代率(x1)之間的關系方程為：

再生細骨料混凝土7 d抗壓強度(y7)與再生細骨料取代率(x2)之間的關系方程為：

再生細骨料混凝土28 d抗壓強度(y8)與再生細骨料取代率(x2)之間的關系方程為：

擬合方程的相關性系數均在0.9以上，說明擬合方程均能較好地反映再生混凝土7 d、28 d抗壓強度與再生骨料取代率之間的相關關系。

4 結 論

(1) 再生混凝土7 d抗折強度總體上隨再生粗、細骨料取代率的增長呈下降趨勢，28 d抗折強度則是先略有增長，然后逐漸下降最終趨于平緩。

(2) 再生粗骨料混凝土7 d抗壓強度隨著取代率的增加，呈現出先保持基本穩定再下降最后再次趨于穩定的規律，而28 d抗壓強度則表現出先增長再下降最后略有增長且趨于穩定的規律。

(3) 再生細骨料混凝土7 d抗壓強度隨取代率的增加總體上呈現逐漸下降的趨勢，而28 d抗壓強度則表現出先增加再下降最后略有增長且趨于平緩的規律。

(4) 通過對再生粗、細骨料的取代率與抗壓抗折強度進行非線性擬合，得到了其相關關系的方程表達式，且其相關性系數均在0.9以上。

[1] 李清海,孫 蓓.國內外建筑垃圾再生利用的研究動態及發展趨勢[J].中國建材科技,2009(4):119～122.

[2] 呂智英. 混凝土再生骨料的研究動態與發展趨勢[J]. 混凝土,2010(6):77～82.

[3] 梁 芮,于 江,秦擁軍. 廢棄混凝土再生骨料的研究綜述[J]. 混凝土,2013(5):93～96，100.

[4] 姚 磊. 建筑垃圾的再生利用及其產業化研究[D].西安：長安大學,2012.

[5] 全洪珠,袁傳鵬,遲玉錦. 再生粗骨料取代率對混凝土各項性能的影響[J].青島理工大學學報,2011(4):12～17.

[6] Jianzhuang X, Jiabin L，Ch Z.Mechanical Properties of Recycled Aggregate Concrete Under Uniaxial Loading, Cement and Concrete Research,2004(12):1～8.

[7] 馬 靜,王振波.再生混凝土的基本性能研究[J].混凝土與水泥制品,2012(3):18～21.

[8] 李紹鵬,劉良駿,李謨忍.再生骨料的關鍵特性分析[J].北方交通,2015(11):65～67，71.

[9] 崔正龍,路沙沙,汪振雙.再生骨料特性對再生混凝土強度和碳化性能的影響[J].建筑材料學報,2012(2):264～267.

[10] 吳祖達.再生骨料混凝土性能研究[D].泉州：華僑大學,2014.

2016-09-21；修改日期：2016-09-27

李紹鵬(1990-)，男，湖南新化人，碩士，中建西部建設湖南有限公司助理工程師．

TU528.59

A

1673-5781(2016)05-0663-04