再生骨料混凝土自生收縮預(yù)測(cè)模型

王雅思

(1.福建江夏學(xué)院工程學(xué)院　福建福州　350108；2.福建省環(huán)保節(jié)能型高性能混凝土協(xié)同創(chuàng)新中心　福建福州　350108)

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再生骨料混凝土自生收縮預(yù)測(cè)模型

王雅思1,2

(1.福建江夏學(xué)院工程學(xué)院福建福州350108；2.福建省環(huán)保節(jié)能型高性能混凝土協(xié)同創(chuàng)新中心福建福州350108)

以市政道路破碎混凝土為再生粗骨料，以再生粗骨料、粉煤灰摻量、復(fù)摻粉煤灰和礦渣總量為影響因素配制再生骨料混凝土。在混凝土自生收縮試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析現(xiàn)有常用自生收縮預(yù)測(cè)模型與試驗(yàn)值的區(qū)別，選取歐洲規(guī)范BSEN模型作為基準(zhǔn)模型，結(jié)合所研究的自生收縮試驗(yàn)結(jié)果提出修正參數(shù)，建立適用于再生骨料混凝土的自生收縮預(yù)測(cè)模型。

再生骨料混凝土；自生收縮；預(yù)測(cè)模型

0　引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，巨大的混凝土生產(chǎn)量使資源、能源、環(huán)境以及相關(guān)的社會(huì)問(wèn)題越發(fā)突出，可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略迫切需要有效合理地利用廢棄混凝土，再生骨料混凝土也因此應(yīng)運(yùn)而生[1]。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已有關(guān)于再生骨料混凝土的研究[2-3]，但鮮見(jiàn)關(guān)于再生骨料混凝土自生收縮的研究[4]。混凝土早期的自生收縮是引起其開(kāi)裂的主要原因之一，故研究自生收縮對(duì)于控制混凝土早期的開(kāi)裂具有重要意義。而混凝土的自生收縮主要發(fā)生在早齡期，這給自生收縮的測(cè)量帶來(lái)很大困難[5]，因此有必要根據(jù)理論研究和試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)建立自生收縮的預(yù)測(cè)模型。由于影響再生骨料混凝土自生收縮的因素有很多，國(guó)內(nèi)外對(duì)于混凝土自生收縮的預(yù)測(cè)尚無(wú)廣泛適用的模型[6]。本文主要在分析國(guó)內(nèi)外混凝土自生收縮預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上，選擇合適的模型，考慮再生粗骨料、粉煤灰摻量、復(fù)摻粉煤灰和礦渣量這幾個(gè)因素對(duì)于再生骨料混凝土自生收縮預(yù)測(cè)模型的影響，建立再生骨料混凝土自生收縮預(yù)測(cè)模型。

1　原材料及試驗(yàn)方法

本文采用的再生粗骨料為市政道路工程廢棄的混凝土，經(jīng)砂石骨料加工廠破碎、分級(jí)后形成，粒徑5～20mm。水泥為福建省順昌水泥廠生產(chǎn)的煉石牌42.5普通硅酸鹽水泥；粉煤灰是福建省福州朝軍工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的II級(jí)粉煤灰；礦渣為福建省中聯(lián)建材微粉有限公司生產(chǎn)，產(chǎn)品等級(jí)S95；細(xì)骨料選用天然細(xì)骨料，為福建省閩江中砂；減水劑為福建省建筑科學(xué)研究院生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑(TW-JS)。

本文試驗(yàn)以再生粗骨料、粉煤灰摻量、復(fù)摻粉煤灰和礦渣總量為影響因素，配制10組水膠比0.4、砂率40%的C30混凝土(包括天然骨料混凝土，再生骨料混凝土，摻加粉煤灰的再生骨料混凝土，粉煤灰和礦渣復(fù)摻的再生骨料混凝土)探討各因素對(duì)混凝土自生收縮的影響規(guī)律。

以各組混凝土配合比分別制作自生收縮試驗(yàn)試件，試件為100mm×100mm×515mm棱柱體，共10組，每組3個(gè)試件。在澆筑混凝土試件前，先在試模上安裝反射靶預(yù)埋件，后澆筑混凝土，確保反射靶在澆筑過(guò)程中不發(fā)生移位偏斜現(xiàn)象，澆筑后立即密封試件，保證自生收縮試件的密封性。采用電渦流位移傳感器測(cè)試反射靶間的位移差，試驗(yàn)裝置為非接觸式，進(jìn)而確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性[7]。自生收縮試驗(yàn)在室內(nèi)恒溫恒濕的條件下進(jìn)行。其中，實(shí)驗(yàn)室溫度由兩臺(tái)冷熱空調(diào)控制，濕度由抽濕機(jī)控制，溫度控制為20℃±3℃，相對(duì)濕度為60%±3%。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集頻率為30min，采集60d。由各組混凝土的自生收縮發(fā)展可知，各組混凝土的自生收縮總體發(fā)展趨勢(shì)一致，在早期都發(fā)展迅速，而后期則趨于平緩，即早齡期是混凝土自生收縮發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。

2　混凝土自生收縮預(yù)測(cè)模型分析

混凝土自生收縮模型一般可分為理論模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢深悺Ｒ虼耍捅疚牡脑囼?yàn)，選擇考慮多因素影響的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥鳛榛炷恋淖陨湛s預(yù)測(cè)模型。

現(xiàn)有常用自生收縮預(yù)測(cè)模型有：Dilger等針對(duì)高性能混凝土的模型、法國(guó)建筑行業(yè)規(guī)范建議的AFREM模型、歐洲規(guī)范(Eurocode)BSEN1992-1-1模型、歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)建議模型(Eurocode)、日本土木工程協(xié)會(huì)JSCE建議模型[7]。綜合現(xiàn)有的混凝土自生收縮預(yù)測(cè)模型，一般將自生收縮表達(dá)為最終收縮和時(shí)間系數(shù)的乘積，并在此基礎(chǔ)上考慮影響自生收縮的因素，如水灰比、水泥品種、礦物摻合料等的影響，引入相關(guān)的修正系數(shù)。由于這些模型都是基于本地的混凝土自生收縮試驗(yàn)結(jié)果，鑒于混凝土原材料地域性的差別，各個(gè)預(yù)測(cè)模型都有其局限性，并且模型的考慮因素和適用范圍也各有不同，表1為各個(gè)模型的考慮因素和時(shí)間系數(shù)采用的函數(shù)形式[8]。

殘差百分比即實(shí)際試驗(yàn)值和模型值之間差的絕對(duì)值與實(shí)際值的百分比，可用來(lái)表征模型預(yù)測(cè)值的可靠度。以RAC及RAC-F15-S15為例，見(jiàn)圖1和圖2，本文各組混凝土試驗(yàn)值與各模型的殘差百分比變化相差較大。其中預(yù)測(cè)模型Dilger、Eurocode、日本JSCE與本文試驗(yàn)值的殘差百分比相差較大，且隨著齡期的增長(zhǎng)，變化幅度較大。而歐洲規(guī)范BSEN模型雖然與本文各個(gè)試驗(yàn)值的殘差百分比都比較大，但是各組混凝土殘差百分比隨著齡期的增長(zhǎng)變化幅度都較小，整體較穩(wěn)定。綜上，本文借鑒歐洲規(guī)范BSEN模型預(yù)測(cè)再生骨料混凝土的自生收縮，并在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上引入?yún)?shù)對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正。

表1　自生收縮模型所考慮的因素比較

3　再生骨料混凝土自生收縮預(yù)測(cè)模型

以歐洲規(guī)范BSEN模型為模型基礎(chǔ)，參照課題組已有成果[8-9]，本文的預(yù)測(cè)模型在原有模型基礎(chǔ)上，引入再生粗骨料品種和礦物摻合料對(duì)混凝土自生收縮的影響系數(shù)，以試驗(yàn)值進(jìn)行擬合，對(duì)原有模型預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正即得各影響系數(shù)取值，最終建立考慮多方面影響因素的再生骨料混凝土自生收縮預(yù)測(cè)模型。

本文自生收縮表達(dá)式為：

ε(t)=ε(∞)·β(t)

(1)

式中：ε(t) ——時(shí)間t天時(shí)的自干燥收縮(×10-6)；

ε(∞)——最終自生收縮(×10-6)；

β(t)——時(shí)間影響因子。

最終自生收縮ε(∞)，主要隨混凝土的抗壓強(qiáng)度變化，并考慮礦物摻合料種類及摻量的影響：

ε(∞)=γcγyγrγaγsd(fck-10)×10-6

(2)

式中：γc——基本修正系數(shù)，考慮到原有模型試驗(yàn)中摻入30%的粉煤灰，原模型系數(shù)應(yīng)去除粉煤灰的影響，經(jīng)本文試驗(yàn)參數(shù)Bsd修正后，取γc=5.335；

γy——預(yù)處理工藝修正系數(shù)，對(duì)凈漿裹石法γy取為0.834；

γr——再生粗骨料影響系數(shù)，

γr=1+4.77×10-3α-6.73×10-6α2

其中α為再生粗骨料的取代率百分?jǐn)?shù)，對(duì)于本文再生粗骨料取代率百分?jǐn)?shù)70，擬取γr=1.3；

γa——再生粗骨料品種系數(shù)，受本文試驗(yàn)所限，僅對(duì)比課題組原有模型試驗(yàn)所用的再生粗骨料與本文試驗(yàn)再生粗骨料，并根據(jù)本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，取γa=1.521；

Bsd——礦物摻合料種類、摻量的影響系數(shù)；

fck——混凝土28天立方體抗壓強(qiáng)度(MPa)。

礦物摻合料種類、摻量的影響系數(shù)Bsd，其中α為礦物摻合料的摻量百分?jǐn)?shù)：

①單摻粉煤灰時(shí)：

Bsd=-0.159 5+0.097 9α-0.002 75α2+2.384×10-5α3

(3)

②復(fù)摻粉煤灰、礦渣時(shí)：

Bsd=2.041 6-0.074 8α+0.001 573α2-5.863×10-6α3

(4)

自生收縮隨時(shí)間變化的函數(shù)β(t)：

β(t)=1-exp(-at)b

(5)

式中：t——混凝土的自生收縮測(cè)試時(shí)間(d)，即從混凝土出現(xiàn)膨脹峰值點(diǎn)的時(shí)刻開(kāi)始算起的測(cè)試時(shí)間；a，b為常數(shù)，本文取a=0.2，b=0.5。

4　再生骨料混凝土自生收縮預(yù)測(cè)模型驗(yàn)證

經(jīng)計(jì)算對(duì)比，各組混凝土的試驗(yàn)值與本文提出的模型值的發(fā)展趨勢(shì)一致，以RAC及RAC-F15-S15為例，如圖3～圖6，可見(jiàn)模型預(yù)測(cè)值的準(zhǔn)確性。從試驗(yàn)值和模型值的殘差百分比圖中可知，自生收縮實(shí)測(cè)值與模型預(yù)測(cè)值的殘差百分比在混凝土的早齡期較大，除了RAC-F60和RAC-F30-S30在前3d將近40%，其余各組均在20%以內(nèi)，而隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，殘差百分比顯著降低，并維持在較低水準(zhǔn)(5%以內(nèi))。考慮到混凝土早期的不穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)模型整體表現(xiàn)出良好的擬合效果。由此可見(jiàn)，本文的再生骨料混凝土預(yù)測(cè)模型對(duì)自生收縮值的擬出良好的擬合效果。由此可見(jiàn)，本文的再生骨料混凝土預(yù)測(cè)模型對(duì)自生收縮值的擬合效果良好，該模型考慮的影響因素多且具有普遍性，故該模型具有廣泛的適用性。

5　結(jié)論

(1)各組混凝土的自生收縮在早期都發(fā)展迅速，而后期則趨于平緩，即早齡期是混凝土自生收縮發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。

(2)現(xiàn)有的混凝土自生收縮預(yù)測(cè)模型，一般將自生收縮表達(dá)為最終收縮和時(shí)間系數(shù)的乘積，并在此基礎(chǔ)上考慮影響自生收縮的因素。

(3)本文各組混凝土試驗(yàn)值與現(xiàn)有模型的殘差百分比變化相差較大，但是歐洲規(guī)范BSEN模型值與試驗(yàn)值殘差百分比隨著齡期的增長(zhǎng)變化幅度都較小，整體較穩(wěn)定。

(4)本文各組混凝土的試驗(yàn)值與本文提出的模型預(yù)測(cè)值的發(fā)展趨勢(shì)一致，該模型對(duì)自生收縮值的擬合效果良好，考慮的影響因素多且具有普遍性，故該模型具有廣泛的適用性。

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[4]肖建莊.再生混凝土[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008

[5]吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京，中國(guó)鐵道出版社，1999

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[7]JournalofBuildingStructures, 2010(2):93-98. (inChinese)

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王雅思(1989-)，女，博士研究生，助教。

Thecalculationmodelofautogenousshrinkageofrecycledaggregateconcrete

WANG Yasi1,2

(1.CollegeofEngineering,FujianjiangxiaUniversity,Fuzhou350108;2.FujianjiangxiaUniversityCoordinativeinnovationcenterforenvironmentallyfriendlyandenergysavingHPCofFujianProvince,Fuzhou350108)

Therecycledaggregatebrokenfrommunicipalroadwasusedtomakerecycledaggregateconcrete.Themixingamountofrecycledaggregateandmixingamountofflyashandmixingamountofflyashandslagwastookastheinfluencefactors.Basedontheautogenousshrinkagetestofdeferentconcrete,analyzingandcomparingseveralcommonlyusedautogenousshrinkagecalculationmodelwithexperimentalvaluesofthispaper,selectingamoreappropriateoneasreference.Inheritingtheoriginalautogenousshrinkagemodelofresearchgroup,combinedwiththeautogenousshrinkagetestresultstoadjustparameters,thenasuitableautogenousshrinkagecalculationmodelforhigh-performancerecycledaggregateconcreteisputforward.

Recycledaggregateconcrete;Autogenousshrinkage;Calculationmodel

校青年科研人才培育基金項(xiàng)目(JXZ2014012)

王雅思(1989-)，女，助教。

E-mail:435682853@qq.com

2016-03-03

TU528

A

1004-6135(2016)03-0098-04