富含磚粒的再生混凝土試驗研究

姜 一 天

(中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024)

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富含磚粒的再生混凝土試驗研究

姜 一 天

(中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024)

通過試驗，采用富含磚粒的再生骨料配制混凝土，根據所配制的再生混凝土需水量和力學性能，探討了富含磚粒的再生骨料對混凝土性能的影響，同時通過CT掃描試驗，分析了試件在不同荷載下內部結構變化情況，研究了再生混凝土細觀損傷的特征及裂紋萌生和發展的重點分布部位，為進一步研究再生混凝土細觀破壞機理和裂紋開展規律奠定基礎。

富含磚粒，再生混凝土，力學性能，CT掃描

0 引言

我國的拆除建筑中實心粘土磚砌筑的磚混結構房屋所占比例很大，與國外相比，建筑垃圾中存在大量的廢磚塊，由于廢磚塊制成的再生磚骨料具有強度低、孔隙率大、吸水能力強等特點，使得由其制成的再生混凝土性能大幅下降。如果將建筑垃圾中的廢磚塊全部分揀，不僅會大大增加再生骨料的生產成本，也會使得環境污染成本增大。因此對富含磚粒的再生混凝土進行最優配比試驗，通過微細觀結構分析和靜動力試驗對再生混凝土的性能進行研究，將會對富含磚粒再生混凝土的性能有更加深入的認識，進一步推動建筑垃圾的再生利用。

1 試驗原料

1)水泥。湖波牌42.5級普通硅酸鹽水泥。

2)骨料。天然粗骨料為武安白砂5 mm～25 mm碎石。再生粗骨料是5 mm～25 mm均勻級配，來源于邯鄲地區的拆遷后的建筑垃圾，由邯鄲全有公司生產，其中磚粒含量在30%～40%。粗骨料各項指標見表1。

表1 粗骨料各項指標

3)細骨料。細骨料為天然河沙，細度模數2.6，表觀密度2 450 kg/m3，堆積密度1 360 kg/m3，含水率3.5%。

4)礦物摻合料。礦粉為武安市元寶山工業集團有限公司生產的S95級普通礦粉，粉煤灰為河北龍山電廠生產的F類Ⅰ級灰。減水劑為北京德昌高效聚羧酸減水劑。拌合水為自來水。

2 試驗配合比及結果

由表2試驗結果表明：

1)摻入的再生骨料比例加大，其用水量會有所增加。經振動篩分和整形處理后的再生粗骨料，將其表面附著的砂漿和帶有的水泥水化產物去除，有助于降低再生混凝土的用水量。但是再生粗骨料中含有30%～40%的磚顆粒，其本身吸水率就遠高于天然石子；而建筑垃圾在破碎過程中，會形成一些微裂紋和微孔隙，這都造成了混凝土用水量的增加。

2)就礦粉和粉煤灰的摻量來說，15%時的強度表現要優于30%時，而且摻15%時的28 d強度普遍較高，當摻量在30%時后期雖也增長較快，但是不如15%摻量時的后期強度，因此在再生混凝土中不建議大摻量摻加粉煤灰和礦粉。

3)分析認為，粉煤灰和礦粉的膠凝活性都相對較低，水化反應初期水化反應速度低于普通硅酸鹽水泥的水化速度，因此導致了早期強度的普遍偏低。而礦粉和粉煤灰復摻，存在某種化學反應，有利于相互激發各自的活性，因此使得B62的后期強度遠大于其他各組。

表2 試驗配合比及結果表

3 CT試驗

計算機層析成像技術(Computed Tomography,CT)，將被測物體斷層孤立成像，具有無損檢測和高分辨率的特點，通過采用CT技術，可以有效探測再生混凝土的內部組分信息，如磚粒、砂漿、較大的孔洞等。CT掃描圖像的灰度值反映的是物質對X線不同的衰減系數，在CT掃描中密度大的物質對X線衰減大，因而CT值灰度值也大，表現在掃描圖像上亮度越高，物質的密度越小，對X線衰減小，在掃描圖像上的亮度就越低。因此就砂漿、骨料和孔洞來說，因為它們的密度有較大的差異，在一幅掃描圖像中,對應的灰度范圍就有較大的區別，因而我們可以較容易的判別各組分。其中骨料的密度最大，砂漿其次，孔隙裂紋的最低，因此對應的灰度范圍也就是骨料的最大，孔隙裂紋的最小，砂漿在中間范圍。本試驗通過CT掃描再生混凝土試件，分析試件在不同荷載下內部結構變化，結合再生混凝土細觀結構破壞分析，分析再生混凝土細觀損傷的特征及裂紋萌生和發展的重點分布部位，為進一步研究再生混凝土細觀破壞機理和裂紋開展規律奠定基礎。

本試驗CT掃描設備采用河北工程大學附屬醫院的GE Prospeed F-Ⅱ雙排螺旋CT機。試件配合比采用B62組配合比。

在28 d標準養護后對試件分別施以0 MPa,12 MPa,22 MPa,36 MPa,43 MPa壓強，通過CT掃描，由于掃描圖像較多，因此選取有代表性的第30層、50層、80層標準試件CT掃描斷面圖像，如圖1所示。

由圖1可知：

1)最亮者為天然骨料，其次為砂漿，磚骨料密度小于天然骨料和砂漿，所以亮度小于天然骨料和砂漿但比孔洞亮度要高。砂漿、骨料連為一體，骨料間由砂漿填充，砂漿將骨料包裹起來；孔洞在圖中表現為亮度最小的區域，一般分布在靠近骨料的區域；天然骨料和磚粒交錯隨機分布，較大的孔洞也可直接觀察到。

2)對比不同荷載下各個試件的CT掃描圖像，我們可以看出從一開始孔洞就存在，隨機分布在試件內部，分布極不規律，表明是在試件制備過程中存在攪拌不勻或振搗不均，由于孔洞的存在就造成了混凝土的初始損傷。

3)磚粒與天然骨料交錯在試件內隨機分布，表明骨料分配合理，有利于混凝土強度提高。磚粒被包裹在砂漿內部，有利于降低攪拌時的需水量，對于強度的提高也有很大的幫助。因為磚粒本身強度較低，存在磚粒先于水泥砂漿被壓壞的情況，這可能主要是因為磚粒靠近混凝土表面，砂漿包裹著磚粒，荷載增加到一定程度后磚粒與水泥砂漿的界面出現裂紋，隨后磚粒被壓壞，因而磚粒就成為強度的薄弱環節。

4)裂縫在混凝土破壞中起著重要作用，在混凝土內部裂縫形成后不斷發展，將相鄰的孔洞貫通，隨著荷載的增加，形成貫通的主裂紋最終導致試件破壞。裂縫萌生來源較為復雜，一方面砂漿與骨料的界面膠結強度低，受荷后一般會圍繞骨料在界面周圍和砂漿區域開展；另一方面混凝土內部較大的孔隙周圍也會有較多裂紋存在，分析認為混凝土澆筑后就存在的初始孔洞在受到較大荷載后就會有裂紋萌生，然后繼續發育，最終與周圍的裂紋不斷貫通，因此成為混凝土裂紋存在的區域之一。而再生混凝土中再生骨料經破碎后，本身會有微小裂紋的存在，受荷載后骨料內部原有裂紋繼續存在并發展，成為混凝土內部裂紋起源萌生的又一途徑。

5)根據各層CT斷面圖像，觀察分析后認為裂紋主要存在區域有：靠近試件表面的磚粒周圍與砂漿的界面過渡區；初始就存在的大孔洞周圍邊緣；有微孔洞存在的，試件的外層邊緣區域；骨料周圍，微孔洞和孔隙較為集中的區域；再生粗骨料內部。

4 結論與建議

含磚粒的再生骨料對于混凝土的性能有較大影響，再生骨料取代率越高，混凝土性能受影響越大。因此當用含磚粒的再生骨料配制混凝土時，推薦取代率為30%，所配制的混凝土各項性能滿足要求。

由混凝土CT掃描圖像分析，混凝土材料內部構成是非均勻性的，初始損傷主要是因攪拌不均或振搗不密實等原因使得混凝土內部隨機分布著較多的微孔隙和微裂紋，混凝土受到荷載后裂紋萌生發展，最終微裂紋間和微孔隙與微孔隙間融合貫通，導致試件受壓破壞。

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Experimental research on recycled-concrete with rich brick granule

Jiang Yitian

(ChinaPowerConstructionProjectGroupBeijingSurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Beijing100024,China)

Through experiments, applying aggregated recycled-concrete with rich brick granule, according to recycled-concrete water quantity and mechanical properties, the paper explores the impact of aggregated recycled-concrete with rich brick granule upon concrete performance. Through CT scanning test, it analyzes internal structure alteration conditions of experimental components under different loading conditions, and studies meso-damage characteristics of recycled-concrete and crack initiation and development distribution parts, which has laid a foundation for further studying meso-damage damage characteristics of recycled-concrete and crack initiation development law as well.

rich brick granule, recycled-concrete, mechanical properties, CT scanning

1009-6825(2016)18-0107-02

2016-04-11

姜一天(1987- )，男，助理工程師

TU528

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