摻粉煤灰再生混凝土劈裂抗拉強度研究

荊慧斌，賴海珍，李陽，王沖

（1.中水珠江規劃勘測設計有限公司上海分公司，上海 201999；2.崇明區農村水利管理所，上海 202150；3.西安理工大學水利水電學院，陜西西安 710048）

再生粗骨料主要是經加工破碎后粒徑大于4.75 mm的廢棄建筑材料（如砂漿、混凝土、磚瓦等材料）的骨料顆粒；再生細骨料主要是經加工破碎后粒徑不大于4.75 mm的廢棄建筑材料（如砂漿、磚瓦、混凝土等材料）的骨料顆粒[1-2]。為提高再生混凝土集料的利用范圍，本文所研究暫不考慮再生混凝土細骨料對于再生混凝土強度的影響，本文著重研究再生粗集料。

目前，我國關于再生骨料的研究缺乏較為系統的應用研究，也缺乏較為完整的再生混凝土應用的技術規范、標準，仍處于實驗室試驗的初步階段。Khaleel等人[3-6]提出了各參數對再生骨料混凝土性能影響的一種強度預測模型，并對再生骨料的性能強度使用多線性和非線性回歸分析。賈艷東等學者通過相關的試驗研究了不同的再生粗骨料替代率對再生混凝土抗壓性能的影響，試驗結果表明：再生骨料混凝土相較于天然骨料混凝土，它的力學性能有所下降，但根據規范要求其可以滿足要求[7]，相同的結論路行文等學者進行的試驗研究得以驗證[8]。

本文通過試驗研究再生骨料采用不同母體混凝土強度、再生粗骨料替代率等因素對再生骨料混凝土抗拉性能的機理進行研究。

1 試驗方法

1.1 試驗原材料

試驗所采用材料見表1。

表1 試驗材料表Tab.1 The experiment material

1.2 配合比設計

再生混凝土初步配合比根據《普通混凝土配合比設計規程》[9]外加一定的修正系數確定，粉煤灰摻量根據《水工混凝土摻用粉煤灰技術規范》[10]進行設計，然后再進行減水劑摻量設計。再生混凝土的強度根據所配制再生混凝土坍落度試驗結果進行調整。各編號再生混凝土配合比見表2。

1.3 試驗方法

試驗測定抗拉強度的儀器是天水紅山WAW-1 000型萬能試驗機。試件尺寸：100 mm×100 mm×100 mm。

試驗試件在標準養護箱內混凝土試件養護28 d以后取出，對試件進行保濕，以出現干縮裂縫等；隨后開始試驗，首先檢查混凝土試件表面光滑程度，隨后對于混凝土試件的尺寸進行復核，精確到1 mm，計算再生混凝土受壓面積。存在嚴重缺陷的再生混凝土試件應廢棄；將再生混凝土試件放在混凝土壓力試驗機臺座的正中央，當承壓板與混凝土試件成型時的頂面垂直。開動試驗機；進行劈裂抗拉試驗時，在混凝土的上下部分別放置兩根鋼筋，保證上下面的鋼筋都位于混凝土的中部；以0.5 mm/min的恒定速度進行加載，保持速度不變，加載由微機進行控制，拍照記錄。圖1顯示了天然粗骨料和再生骨料混凝土的破壞形態。對于再生混凝土而言，破壞后裂縫發展方式有所不同，破壞的部位主要表現在兩個部位：1）再生粗骨料和水泥砂漿之間的界面過渡區；2）再生粗骨料本身（從再生骨料中間破壞）。如圖2所示，天然骨料混凝土破壞以后，天然骨料并沒有出現破壞，裂縫主要沿著天然骨料與砂漿的結合面進行延伸。然而，對于再生混凝土立方體試件，劈裂以后的樣品表現出完美的雙邊對稱性，可以看出再生骨料在劈裂試驗中發生了破壞。

圖1 天然骨料混凝土劈裂抗拉破壞試件Fig.1 Destruction piece of natural aggregate concrete splitting tensile test

圖2 再生骨料混凝土劈裂抗拉破壞試件Fig.2 Destruction piece of recycled aggregate concrete splitting tensile test

表2 再生混凝土配合比Tab.2 Mixing proportion of surface slab concrete

2 試驗結果及分析

2.1 不同再生骨料替代率影響分析

試驗測定結果見圖3—圖5。

圖3 再生混凝土抗拉強度隨著再生骨料摻量變化關系（w/c=0.45）Fig.3 The relationship between splitting tensile strength of recycled aggregate and recycled aggregate content（w/c=0.45）

圖4 再生混凝土抗拉強度隨著再生骨料摻量變化關系（w/c=0.40）Fig.4 The relationship between splitting tensile strength of recycled aggregate and recycled aggregate content（w/c=0.40）

根據以上變化關系曲線（圖3—圖5），可以得出：不同替代率對于再生骨料混凝土的劈裂抗拉強度影響較大。隨著再生骨料替代率的逐漸增大，其劈裂抗壓強度趨于逐漸較小。

出現上述結果的原因主要有以下2個方面：

圖5 再生混凝土抗拉強度隨著再生骨料摻量變化關系（w/c=0.35）Fig.5 The relationship between splitting tensile strength of recycled aggregate and recycled aggregate content（w/c=0.35）

1）再生混凝土內部結合面

再生混凝土中粗骨料與所替代天然骨料粒徑相同的情況下，是不會減少混凝土的抗拉強度的。然而，在再生混凝土的內部，存在著3個結合面，包括：再生骨料上黏結砂漿與自然骨料之間的結合面；再生骨料上黏結的舊砂漿與新砂漿直接的結合面；天然骨料與新砂漿之間的結合面。

根據前人研究成果可知：天然骨料與黏結砂漿、新砂漿之間的結合面對再生混凝土抗拉強度的影響較小。然而，再生骨料上黏結的舊砂漿與新砂漿直接的結合面影響較大。舊砂漿與新砂漿結合面隨著再生骨料的含量增多而產生的就越多，因此，高替代率下的再生骨料混凝土的劈裂抗拉強度較小。

2）再生骨料混凝土的孔隙率與含水率

拌和的再生混凝土在水化過程中，多余水分會從再生骨料中釋放出來，致使含水率變大。再生骨料具有孔隙率大、壓碎值高等基本性能。因此，再生混凝土在承受軸向應力時候，其較高的孔隙率與含水率容易形成應力集中現象，從而導致再生混凝土抗拉強度下降。

2.2 母體混凝土強度對再生混凝土抗拉強度的影響

試驗測定結果見圖6—圖8。

根據以上變化關系曲線（圖6—圖8），可以得出：再生骨料混凝土的劈裂抗拉強度與再生骨料的來源有著很大的關系，再生混凝土骨料的母體混凝土強度越大，導致再生骨料混凝土的劈裂抗拉強度有所提高。

再生混凝土抗拉強度隨著母體混凝土抗拉強度增加，其抗拉強度都有不同程度的增加。由于廢棄混凝土破碎物（再生骨料母體混凝土）是再生混凝土粗骨料的主要來源。因此，再生骨料母體混凝土強度越高，所得到的粗骨料強度越高，骨料內部的微小裂縫也就越少，很大程度上提升了再生骨料的性質，于是，再生混凝土抗拉強度也會隨之提高。

圖6 再生混凝土抗拉強度隨著母體混凝土強度的變化關系（w/c=0.45）Fig.6 Variation of splitting tensile strength of recycled concrete with the strength of parent concrete（w/c=0.45）

圖7 再生混凝土抗拉強度隨著母體混凝土強度的變化關系（w/c=0.40）Fig.7 Variation of splitting tensile strength of recycled concrete with the strength of parent concrete（w/c=0.40）

圖8 再生混凝土抗拉強度隨著母體混凝土強度的變化關系（w/c=0.35）Fig.8 Variation of splitting tensile strength of recycled concrete with the strength of parent concrete（w/c=0.35）

3 結論

通過天水紅山WAW-1 000型萬能試驗機進行了不同再生骨料摻量以及不同母體混凝土強度再生混凝土的抗拉強度試驗，得出以下結論：

1）對于再生混凝土而言，破壞后裂縫發展方式有所不同，破壞的部位主要體現在為2個方面：第一個方面為再生混凝土粗骨料與其所在部位周圍的砂漿之間產生的界面薄弱過渡區內，另一個方面是體現在再生混凝土粗骨料本身的薄弱面。

2）再生骨料混凝土的劈裂抗拉強度受再生混凝土粗骨料與其母體混凝土強度影響較大。再生混凝土粗骨料替代率的增大，再生骨料母體混凝土強度的提高，再生混凝土的劈裂抗拉強度有所增加。

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