再生骨料級配對路用再生混凝土抗壓強度的影響研究

王富強，李衛(wèi)寧

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學院，廣西 南寧 530023）

0 引言

國內(nèi)道路改建擴建和基礎(chǔ)建設(shè)改造等工程每年都會帶來高達2.4億t的混凝土垃圾，如果將這部分垃圾二次利用在道路工程建設(shè)中，是實現(xiàn)社會發(fā)展和自然環(huán)境保護協(xié)調(diào)的重要途徑和方式。影響路用混凝土性能的一個重要因素就是骨料級配，本文對再生混凝土骨料級配進行分析研究，從而研究該級配對道路施工用混凝土強度的影響。

1 試驗設(shè)計

1.1 材料

再生混凝土材料為：水泥使用P·O42.5R普通硅酸鹽水泥；粗骨料包括天然粗骨料和再生粗骨料，均采用粒徑大小為5～31.5mm的連續(xù)級配；細骨料包括天然細骨料和再生細骨料，其中天然細骨料屬中砂規(guī)格為Ⅰ級配（0～5mm），細度模數(shù)大小為2.76，在1d的時間里，吸水率大小為6.3%；再生細骨料屬粗砂規(guī)格為Ⅰ級配（0～5mm），細度模數(shù)大小為3.15；水使用城市自來水。

1.2 骨料級配曲線

為了讓混凝土的性能達到最佳，使用Fuller曲線下的數(shù)值方法對天然骨料和再生骨料的粒徑、比例進行模擬。

1.3 人工級配調(diào)整

1.3.1 人工級配調(diào)整再生粗骨料

本文將再生粗骨料替代天然粗骨料，對不同的粒徑范圍設(shè)計不同的取代率，分別為：5～9.5mm粒徑范圍取代率為3%～5%，9.5～16mm粒徑范圍取代率為30%～50%，16～31.5mm粒徑范圍取代率為30%～50%。經(jīng)過人工級配調(diào)整可知，當5～9.5mm粒徑范圍取代率為6%，9.5～16mm粒徑范圍取代率為50%，16～31.5mm粒徑范圍取代率為30%時，骨料的級配壓碎指標和堆積密度效果最佳。

1.3.2 人工級配調(diào)整再生細骨料

對于再生細骨料人工級配調(diào)整與粗骨料類似，將再生細骨料替代天然細骨料并設(shè)計不同的取代率，分別為：5mm粒徑范圍取代率為30%～50%，2.5～5mm粒徑范圍取代率為30%～50%，用2.5～5mm粒徑范圍完全取代了0.075mm以下粒徑的天然細骨料，即級配中0.075mm以下粒徑的天然細骨料為0%。經(jīng)過人工級配調(diào)整可知，當2.5～5mm粒徑范圍取代率為30%，5mm粒徑范圍取代率為50%，并且去除0.075mm細骨料時，級配壓碎指標和堆積密度效果最佳，但調(diào)整效果沒有粗骨料那么顯著。

1.4 再生混凝土配合比

為了能夠更好地研究再生骨料級配對再生混凝土性能的影響，和對抗壓強度以及可能出現(xiàn)的強度變異問題，可以分別按人工級配調(diào)整之前和之后的再生骨料制作混凝土試樣。為了避免其他材料的影響因素，在對比實驗中除采用不同的再生骨料級配外，混凝土試樣中的其他材料均一致。本次試驗，對應(yīng)的立方體試樣總數(shù)量為18個，齡期則分別是7d、14d和28d，每個齡期對應(yīng)6個試樣。試驗中的配合比均采用0.4的水灰比，水泥用量每立方米478kg。再生的和天然的粗骨料和細骨料，總用量每立方米1 707kg，砂率大小為34%。每組試樣設(shè)計不同的再生粗骨料取代率。通過混凝土抗壓強度實驗測得再生細骨料取代率為30%時的混凝土抗壓強度達到最大。因此增加設(shè)計了50%加細混凝土試樣組，即再生混凝土試樣中再生粗骨料為50%，再生細骨料為30%，進而研究再生細骨料替換部分天然細骨料之后，對再生混凝土的抗壓強度的影響。根據(jù)以上設(shè)計，本次實驗設(shè)置8組不同的取代率，分別為0、100%、30%、40%、50%、60%、70% 和 50% 加 細。 在抗壓強度實驗中為提升試樣加載測量的準確性，在加載之前4h對試樣進行干燥處理，避免試驗機和樣件的觸碰瞬間所產(chǎn)生的高沖擊力。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 按平均值（中間值）求再生混凝土抗壓強度

通過試驗可知，7d齡期人工級配前后均值為23 MPa，14d齡期人工級配前后均值為28.2 MPa，這兩個齡期人工級配前后的混凝土抗壓強度均值沒有顯著變化。在28d的第三個齡期，人工級配調(diào)整前抗壓強度均值則為34 MPa，調(diào)整后為35.3 MPa。由上述數(shù)據(jù)可知調(diào)整后較調(diào)整前，再生混凝土抗壓強度均值提高達4%。

在人工級配調(diào)整之前，取代率分別為40%、50%、60%對應(yīng)的再生混凝土抗壓強度均值為39 MPa、39.7 MPa和29 MPa；級配調(diào)整之后，取代率分別為40%、50%、60%對應(yīng)的再生混凝土抗壓強度均值為38.2 MPa、41.3 MPa和32 MPa。根據(jù)實驗結(jié)果和當前的規(guī)范，使用95%保證率計算試樣的抗壓強度，可知取代率為50%再生混凝土抗壓強度均值無論是級配調(diào)整前或后均較其他不同取代率高，呈反相關(guān)關(guān)系。分析其中的原因，是因為取代率為50%再生混凝土出現(xiàn)抗壓強度變異問題。

2.2 再生混凝土抗壓強度離散性

2.2.1 再生混凝土的σ值隨取代率變化

混凝土強度標準差σ值的計算結(jié)果可衡量其強度離散性，據(jù)此研究人工級配調(diào)整前后對再生混凝土強度離散性的影響程度。通過試驗可知，人工級配調(diào)整之后對應(yīng)的再生混凝土的σ值下降水平和取代率呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，當取代率達到100%時σ值較調(diào)整之后降低達50%，達到最大。證明通過人工級配優(yōu)化之后，可有效降低混凝土的抗壓強度標準差。在50%加細組中，28d齡期的σ值均較其他組的高（如下頁圖1所示）。由此可知，在再生混凝土中增加再生細骨料，會提升混凝土的離散性。

圖1 級配調(diào)整后不同齡期下抗壓強度隨取代率變化趨勢圖

2.2.2 再生混凝土σ值隨齡期變化規(guī)律

再生混凝土試樣采用不同取代率進行人工級配調(diào)整前后對比，通過實驗研究其抗壓強度標準差在的不同齡期下的變化規(guī)律。由試驗可知再生混凝土試樣在28d齡期時，人工級配調(diào)整前的σ值要超過普通混凝土，差值為1～3 MPa，其中再生粗骨料取代率為50%，σ值達到最大，為2.6 MPa。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知，調(diào)整之后28d齡期時σ值較調(diào)整之前下降達23.9%，下降顯著。再生混凝土σ值調(diào)整前后均小于《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》σ值5 MPa；且齡期越長，降低水平越顯著（如圖2所示）。但由于本次實驗中的所有試樣均處于實驗室標準環(huán)境中，試驗環(huán)境佳，會有助于降低σ值，推廣應(yīng)用時要考慮進行環(huán)境因素修正。

圖2 級配調(diào)整后不同取代率下抗壓強度隨齡期變化趨勢圖

2.3 按一定保證率求再生混凝土抗壓強度

通過試驗可知，按一定保證率，在人工級配調(diào)整之前，取代率分別為40%、50%、60%對應(yīng)的再生混凝土抗壓強度均值為35 MPa、35.7 MPa和25.6 MPa；在調(diào)整之后，取代率分別為40%、50%、60%對應(yīng)的再生混 凝 土 抗 壓 強 度 均 值 為35.7 MPa、37.9 MPa和28.9 MPa。根據(jù)實驗結(jié)果和當前的規(guī)范，使用95%保證率計算試樣的抗壓強度，可知無論是人工級配調(diào)整前或后，相同保證率的再生混凝土抗壓強度均呈正態(tài)分布曲線。

3 結(jié)語

（1）再生混凝土人工級配調(diào)整前，再生粗骨料級配曲線不佳，壓碎指標和堆積密度這兩個指標參數(shù)水平不高；調(diào)整后，級配曲線都得到明顯優(yōu)化，指標參數(shù)水平提高。

（2）再生混凝土人工級配調(diào)整前，再生細骨料級配曲線不能滿足規(guī)范標準要求；調(diào)整之后，可滿足要求，但壓碎指標和堆積密度水平提高不明顯。

（3）再生混凝土人工級配調(diào)整后，有效降低抗壓強度離散性，其中28d齡期，再生粗骨料取代率達到100%，其離散性降低達50%。

（4）再生混凝土強度標準差σ值在人工級配調(diào)整前后均小于《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》σ值5 MPa；且齡期越長，降低水平越顯著。

（5）取代率為50%再生混凝土抗壓強度均值無論級配調(diào)整前或后較其他不同取代率高，呈現(xiàn)反相關(guān)關(guān)系。分析其中的原因，是因為取代率為50%再生混凝土出現(xiàn)抗壓強度變異問題。

（6）無論是人工級配調(diào)整前或后，試樣的齡期、配合比相同的情況下，再生混凝土的抗壓強度均呈正態(tài)分布曲線。