再生粗骨料對再生混凝土自生收縮的影響

王雅思，鄭建嵐

(1.福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 福州 350116；2.福建江夏學(xué)院工程學(xué)院，福建 福州 350116；3.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 350116)

再生粗骨料對再生混凝土自生收縮的影響

王雅思1, 2, 3，鄭建嵐1, 2, 3

(1.福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福建 福州 350116；2.福建江夏學(xué)院工程學(xué)院，福建 福州 350116；3.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 350116)

在測試兩種再生粗骨料特性及其再生混凝土基本性能的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了不同再生粗骨料取代率、不同附著砂漿率的再生粗骨料對再生混凝土自生收縮的影響.結(jié)果表明：再生混凝土自生收縮的發(fā)展趨勢和普通混凝土相似；隨著再生粗骨料取代率增加，混凝土自生收縮增大；附著砂漿率大的再生粗骨料對混凝土自生收縮的影響更大；再生粗骨料對混凝土自生收縮的不利影響比對強度的不利影響更大.

再生粗骨料；再生混凝土；自生收縮；附著砂漿率

0 引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展以及城市化建設(shè)進程的推進，巨大的混凝土生產(chǎn)量及廢棄混凝土量使資源、能源、環(huán)境以及相關(guān)的社會問題越發(fā)突出，而合理有效地利用廢棄混凝土生產(chǎn)再生混凝土可以很好地解決相關(guān)問題[1].近年來國內(nèi)外有大量關(guān)于再生混凝土的研究[2-3]，其中國內(nèi)的研究還處于起步階段[4]，鮮見關(guān)于再生混凝土自生收縮的研究[5].自生收縮將引起混凝土早期開裂，影響混凝土的強度和耐久性.特別是在高性能混凝土中，自生收縮的影響更顯著，而再生混凝土的發(fā)展必將趨于高性能化[6].故開展再生混凝土自生收縮試驗，旨在研究再生粗骨料對混凝土自生收縮的影響.

1 試驗原材料

試驗用的再生粗骨料I、II分別由實驗室廢棄混凝土試塊和市政道路改造產(chǎn)生的廢棄混凝土經(jīng)破碎加工后所得，粒徑為5～20 mm.如圖1所示，天然粗骨料表面較平整，再生粗骨料表面粗糙，且附著大量水泥砂漿的再生粗骨料II顆粒表面最粗糙、棱角最多.

(a) 天然粗骨料 (b) 再生粗骨料I (c) 再生粗骨料II圖1 粗骨料性狀Fig.1 Corase aggregate traits

粗骨料的基本特性見表1.由表1可知，再生粗骨料I表面附著砂漿率為23%，而再生粗骨料II表面附著砂漿率達到38%.兩種再生粗骨料性能都比天然粗骨料差，具體表現(xiàn)為表觀密度較低、孔隙率較大、吸水率較高以及壓碎指標大，其中以高吸水率尤為突出.

表1 再生粗骨料和天然粗骨料的基本特性Tab.1 Basic characteristics of the recycled coarse aggregate and natural coarse aggregate

攪拌工藝選用凈漿裹石工藝.在配制再生混凝土I時考慮再生粗骨料的高吸水率，為了使所配的再生混凝土達到較高的坍落度水平，在膠凝材料中以30%的粉煤灰等量代替水泥.后配制再生混凝土II時，嘗試不加入粉煤灰，而是通過適當(dāng)提高高效減水劑摻量調(diào)節(jié)坍落度.本研究最終的混凝土配合比見表2，兩類再生混凝土坍落度均在200 mm左右，滿足現(xiàn)代商品混凝土對混凝土工作性的要求，可見通過適量地摻入礦物摻合料、外加劑，再生混凝土也可以達到良好的工作性.

表2 混凝土配合比Tab.2 Concrete proportion mix (kg·m-3)

注：NC為普通混凝土；RAC為再生混凝土；I為I類再生粗骨料，II為II類再生粗骨料，后接數(shù)據(jù)為再生粗骨料摻量；編號中F為粉煤灰，后接數(shù)據(jù)為粉煤灰摻量

參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準(GB/T 50081-2002)》[7]，根據(jù)本研究混凝土配合比，每組混凝土制作3個試件，得到各組混凝土的物理力學(xué)性能，見圖2、圖3.

圖2 再生粗骨料對混凝土立方體抗壓強度的影響Fig.2 Influence of recycled coarse aggregate on cube compressive strength of concrete

圖3 再生粗骨料對混凝土彈性模量的影響Fig.3 Influence of recycled coarse aggregate varity on elastic modulus of concrete

由圖2、圖3可知，兩類再生混凝土的7、28 d立方體抗壓強度及彈性模量均小于普通混凝土，且隨著再生粗骨料取代率的增加，立方體抗壓強度及彈性模量進一步下降，可見再生粗骨料對混凝土的力學(xué)性能有較大影響.此外，再生粗骨料II摻量70%的再生混凝土RACII70-F30的7、28 d強度及彈性模量反而小于再生粗骨料I摻量100%的RACI100-F30，說明由于再生粗骨料II性能較差，則用其所配制的再生混凝土性能也會隨之變差，即再生粗骨料的性能越差，則其再生混凝土的性能越差.

2 試驗裝置及數(shù)據(jù)觀測

圖4 自生收縮試驗裝置示意圖Fig.4 Schematic of autogenous shrinkage tese device

本試驗采用《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準(GB/T 50082-2009)》推薦的自生收縮試驗方法[8]，采用100 mm×100 mm×515 mm棱柱體試件，試驗裝置為非接觸式.每組混凝土制作兩個試件帶模試驗，取兩個試件的試驗平均值作為試驗數(shù)據(jù)，試驗裝置如圖4.試驗在室內(nèi)恒溫恒濕的條件下進行，控制溫度(20±3)℃，相對濕度(60±3)%.試驗數(shù)據(jù)采集頻率為30 min，采集60 d.

試驗中發(fā)現(xiàn)混凝土早期出現(xiàn)微膨脹現(xiàn)象，澆筑后18～24 h的混凝土膨脹值達到最大.之后混凝土膨脹值減小，即出現(xiàn)收縮.分析可能是由于混凝土早期水化溫升、塑性沉降以及泌水重吸收[9-10]等原因，故本研究選擇混凝土的膨脹峰值點作為混凝土自生收縮的計算起點.

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 再生粗骨料取代率對再生混凝土自生收縮的影響

再生混凝土的自生收縮的發(fā)展趨勢和普通混凝土相似，早齡期自生收縮發(fā)展快，后期趨于平緩.在3 d齡期時，NC-F30自生收縮為其60 d齡期時的39.8%，再生粗骨料I取代率50%、100%的再生混凝土RACI50-F30、RACI100-F30自生收縮分別為各自60 d齡期的32.3%、50.0%.可見對于普通混凝土和再生混凝土，早齡期都是控制和減少自生收縮的關(guān)鍵時期，而且早齡期對于再生混凝土自生收縮的影響可能更顯著.3～60 d齡期內(nèi)，混凝土的自生收縮發(fā)展較平緩，在后期趨于穩(wěn)定，在此期間混凝土的自生收縮仍占一定比重，因而中后期的自生收縮亦不可忽視.

圖5 再生粗骨料I對混凝土自生收縮的影響Fig.5 Influence of of recycledcoarse aggregateI on concrete autogenous shrinkage performance

隨著再生粗骨料I取代率的增加，再生混凝土的自生收縮增大.其中，1 d齡期時，再生粗骨料I取代率50%、100%的再生混凝土自生收縮比普通混凝土分別增加了7.6%、10.7%；3 d齡期時，自生收縮分別增加了8.8%、47.4%；7 d齡期時，自生收縮分別增加了19.97%、59.7%；14 d齡期時，自生收縮分別增加了33.0%、50.2%；28 d齡期時，自生收縮分別增加了28.6%、43.9%；60 d齡期時，自生收縮分別增加了15.8%、24.6%，詳見圖5所示.

從圖5及其數(shù)據(jù)分析可知，14 d齡期后，再生混凝土I的自生收縮增加幅度隨齡期逐漸減小，在后期有逼近無窮小的趨勢.3 d時，RACI100-F30自生收縮相比NC-F30增加了47.4%，而60 d時只增加了24.6%，可見100%取代率的再生混凝土自生收縮早期增加值大，后期增加值較少.其主要原因在于：再生粗骨料的吸水率和吸水速率遠大于天然粗骨料，從而導(dǎo)致早期再生混凝土內(nèi)部濕度下降迅速，自生收縮增加值大.再生粗骨料彈性模量小，對混凝土收縮的抑制作用小.而到后期，隨著水化的進行，普通混凝土內(nèi)部濕度逐漸下降.再生混凝土的濕度和普通混凝土的濕度逐漸趨近，使得再生混凝土后期自生收縮與普通混凝土相差不大.另一方面在早期吸收水分的再生粗骨料在中后期出現(xiàn)反水現(xiàn)象，使得再生混凝土內(nèi)部濕度升高[11]，減少了一定量自生收縮的發(fā)展.

3.2 再生粗骨料品種對再生混凝土自生收縮的影響

NC、RACII70，兩者的自生收縮發(fā)展趨勢相似，自生收縮在早期發(fā)展較快，后期趨于平緩.但是RACII70的自生收縮相比NC的自生收縮大幅度增大，而其后期發(fā)展值則相差不大，主要的差值建立于混凝土的早齡期.其中，3 d時RACII70自生收縮相比NC增加92%，而60 d時增加84%.可見與第一類再生混凝土類似，再生粗骨料II的摻入增大了混凝土的自生收縮，且這種現(xiàn)象在后期有一定的緩解, 詳見圖6所示.

圖6 再生粗骨料II對混凝土自生收縮的影響Fig.6 Influence of recycled coarse aggregate II on concrete autogenous shrinkage performance

圖7 再生粗骨料品種對混凝土自生收縮的影響Fig.7 Influence of recycled coarse aggregate varity on concrete autogenous shrinkage performance

通過之前的試驗數(shù)據(jù)分析可知, 隨著再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土的自生收縮應(yīng)相應(yīng)增大.但是，再生粗骨料II摻量70%的再生混凝土RACII70-F30自生收縮反而大于再生粗骨料I摻量100%的RACI100-F30.60 d齡期時，RACII70-F30相比NC-F30增加36.6%；相比RACI100-F30增加8.04%，由圖7可見三類混凝土的自生收縮發(fā)展趨勢相似詳見圖7.可見再生粗骨料II相比再生粗骨料I對混凝土自生收縮的影響更大，即再生粗骨料的性能越差，則其再生混凝土的自生收縮越大.分析其原因可能是再生粗骨料II砂漿附著率大，大量的老舊砂漿附著在廢棄混凝土原骨料顆粒上，再次破碎時粗骨料內(nèi)部積累大量微裂紋[2]，導(dǎo)致再生粗骨料II吸水率大、彈性模量小，并最終影響混凝土的自生收縮.

對比混凝土的立方體抗壓強度及自生收縮，RACI100-F30的28 d抗壓強度相比NC-F30降低了10.7%.而RACI100-F30的28 d自生收縮相比NC-F30增大了43.9%；RACII70的28 d抗壓強度相比NC降低了13.3%；RACII70的28 d自生收縮相比NC增大了84.0%.所以再生粗骨料對混凝土自生收縮的不利影響比對強度的不利影響更大，且對于砂漿附著率大、性能相對較差的再生粗骨料II，這種現(xiàn)象更為明顯, 詳見圖8、圖9所示.

圖8 混凝土的28 d立方體抗壓強度Fig.8 Concrete cube compressive strength of 28 d

圖9 混凝土的28 d自生收縮值Fig.9 Concrete autogenous shrinkage of 28 d

4 結(jié)論

1) 再生粗骨料性能相比天然粗骨料差，通過適當(dāng)摻入礦物摻合料、外加劑，再生混凝土也可以達到良好的工作性，但再生混凝土的強度及彈性模量均比普通混凝土小.

2) 再生混凝土自生收縮的發(fā)展趨勢和普通混凝土相似，在早齡期自生收縮發(fā)展快，后期趨于平緩.隨著再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土的自生收縮增大.再生混凝土自生收縮早期增加值大，后期發(fā)展和普通混凝土相差不大，主要的差值建立于混凝土的早齡期.

3) 砂漿附著率大、性能相對較差的再生粗骨料混凝土的自生收縮大.

4) 再生粗骨料對混凝土自生收縮的不利影響比對強度的不利影響更大，且對于砂漿附著率大、性能相對較差的再生粗骨料II，這種現(xiàn)象更為明顯.

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(責(zé)任編輯：林曉)

Experimental research on influence of recycled coarse aggregate on recycled concrete autogenous shrinkage performance

WANG Yasi1, 2, 3, ZHENG Jianlan1, 2, 3

(1.College of Civil Engineering, Fuzhou University, Fuzhou, Fujian 350116, China；2.School of Engineering, Fujian Jiangxia University, Fuzhou, Fujian 350116, China；3.Coordinative Innovation Center for Environmentally Friendly and Energy Saving HPC of Fujian Province,Fuzhou, Fujian 350116，China)

Two kinds of recycled coarse aggregate and the recycled concrete were tested firstly, then influence of different recycled coarse aggregate replacement rate and adhered mortar rate of recycled coarse aggregate on recycled concrete autogenous shrinkage performance were systematic studied.The results show that the development trends of autogenous shrinkage of recycled concrete is similar to ordinary concrete; with the increase of recycled coarse aggregate replacement ratio, autogenous shrinkage of concrete increased.The impact of the recycled coarse aggregate which has the bigger adhered mortar rate on autogenous shrinkage is greater.Adverse effects of recycled coarse aggregate for concrete autogenous shrinkage is greater than the adverse effects on concrete strength.

recycled coarse aggregate; recycled concrete; autogenous shrinkage; adhered mortar

2015-12-02

王雅思(1989-)，助教,主要從事建筑材料方面研究，435682853@qq.com

國家自然科學(xué)基金資助項目 (5127812) ；福建省科技廳產(chǎn)學(xué)合作重大專項資助項目(2012H6011)；福建江夏學(xué)院青年科研人才培育基金資助項目(JXZ2014012)

10.7631/issn.1000-2243.2016.04.0583

1000-2243(2016)04-0583-05

TU528

A