膨脹劑及磚含量對再生混凝土影響研究

董 博 南

(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

混凝土作為當(dāng)代用量最大的人造建筑材料，我國每年的用量在13億m3以上，居全球之冠，而在混凝土的幾種原材料中，砂石骨料用量占混凝土總量的70%以上，每生產(chǎn)1 m3混凝土大約需要1 700 kg～2 000 kg骨料，用量十分巨大[1]。如果將砂石骨料的一部分替代為再生骨料，既有較好的經(jīng)濟價值又有很好的環(huán)境價值。再生粗骨料主要來源是建筑垃圾，其中，石塊、混凝土塊、泥土、碎磚和木料占主要部分[2,3]。目前關(guān)于再生混凝土的性質(zhì)與應(yīng)用已有較多研究成果[4-7]。但是目前關(guān)于膨脹劑對再生混凝土影響的研究較少并且大家對于碎磚最優(yōu)取代率有明顯異議，本試驗設(shè)計了10個對比組通過和以往資料進行對比，來研究上述兩個問題。

1 試驗

1.1 原材料性質(zhì)

水泥：為祁連山牌普通硅酸鹽水泥，性質(zhì)見表1。

表1 水泥的檢測結(jié)果

細(xì)骨料：為天然河砂，性質(zhì)見表2。

表2 砂子的檢測結(jié)果

粗骨料：性質(zhì)見表3；再生骨料：為蘭州交通大學(xué)家屬院舊樓拆遷時所產(chǎn)生的廢棄磚塊，收集后對其進行破碎、分級、清洗處理，性質(zhì)見表4。

表3 石子檢測結(jié)果

表4 碎磚檢測結(jié)果

水：為蘭州安寧區(qū)自來水；

粉煤灰：為Ⅰ級粉煤灰，密度為2.4 g/cm3，經(jīng)檢驗各項技術(shù)指標(biāo)符合GB/T 1596—2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰；

減水劑：為聚羧酸系高效減水劑，減水率為25%；

膨脹劑：為UEA膨脹劑。

1.2 試驗方法

表5 試驗配合比表

2 試驗的結(jié)果與分析

2.1 試驗結(jié)果

在用多功能試驗機對試塊進行抗壓強度試驗時，經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)：1)當(dāng)軸向荷載接近極限荷載時，試件上部棱邊出現(xiàn)裂紋并向下端棱邊蔓延；2)裂紋轉(zhuǎn)向試塊中心后試塊表面開始出現(xiàn)鼓裂剝落；3)膨脹劑摻量大于4%的試塊在出現(xiàn)如2)所述現(xiàn)象后會突然“炸裂”開來，有些混凝土碎片飛出了4 m,5 m遠(yuǎn)，并發(fā)出巨大聲響。試塊破壞形態(tài)如圖1所示。試驗完成后得到了如表6所示的數(shù)據(jù)。在對表6所示的數(shù)據(jù)進行處理后得到如圖2，圖3所示的抗壓強度和膨脹劑摻量關(guān)系曲線、抗壓強度和碎磚摻量關(guān)系曲線。

2.2 試驗結(jié)果分析

首先在對試驗現(xiàn)象進行分析后得到：當(dāng)膨脹劑摻量大于4%時，試塊內(nèi)部應(yīng)力較大，荷載在達到極限荷載時會發(fā)生“炸裂”現(xiàn)象。在張衛(wèi)東，TOMII M等人[9,10]的研究中可以得知膨脹劑在合適的摻量下可以提高混凝土試塊自身應(yīng)力，增加鋼管混凝土中核心混凝土和鋼管內(nèi)壁的粘結(jié)滑移作用。這也佐證了“炸裂”現(xiàn)象和膨脹劑的聯(lián)系。膨脹劑摻量與試塊的抗壓強度也有關(guān)系。1)摻量在4%～8%時，齡期在7 d,14 d,28 d時，試塊的抗壓強度都增長最快；2)當(dāng)摻量在8%～12%時，齡期在7 d和14 d的試塊抗壓強度都有下降的趨勢，齡期在28 d時抗壓強度幾乎不變。摻量由8%增加到12%時，膨脹劑增加了4%，而抗壓強度僅提升了0.09 MPa。

表6 兩組試驗組抗壓強度表

當(dāng)變量為碎磚摻量時，可得在齡期為7 d,14 d,28 d時試塊的抗壓強度隨碎磚的摻量增加而減小，但是在碎磚摻量少于30%時試塊強度的下降較為緩慢，且碎磚含量與試塊抗壓強度成線性關(guān)系。大于30%后抗壓強度開始快速的下降，這與肖建莊等人的研究數(shù)據(jù)吻合[11]。碎磚摻量由0%增加到30%，試塊抗壓強度只降低了10.1%；當(dāng)摻量由30%增加到50%時，試塊的抗壓強度卻降低了24.6%。當(dāng)摻量達到70%時，由C50混凝土拌制的試塊在齡期28 d時，其抗壓強度只有37.80 MPa。并且碎磚摻量為30%時，在每1 m3混凝土中替代了296.4 kg的石子，相比碎磚摻量為20%時替代的197.6 kg石子具有更好的經(jīng)濟與環(huán)保價值。

3 結(jié)語

1)膨脹劑的添加對于再生混凝土提升抗壓強度和自身應(yīng)力有幫助。這點可以使再生混凝土的應(yīng)用更為廣闊。

2)當(dāng)摻量為4%～8%時，試塊在7 d,14 d,28 d齡期下的抗壓強度均增長最快，而當(dāng)摻量為8%～12%時，齡期在7 d和14 d的試塊抗壓強度均有下降的趨勢，齡期在28 d時抗壓強度幾乎沒有變化。得出膨脹劑摻量為8%左右時效益最好。

3)碎磚摻量為30%的再生混凝土為最優(yōu)設(shè)計，它具有良好的抗壓強度和經(jīng)濟、環(huán)保意義。

[1] 沈榮熹,王漳水,崔玉忠.纖維增強水泥與纖維增強混凝土[M].北京：北京工業(yè)出版社，2006.

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[8] GB/T 50081—2002,普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[9] 張衛(wèi)東，王振波，孫文彬,等.方鋼管再生混凝土界面粘結(jié)滑移性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2015,45(8):64-68.

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[11] 肖建莊,李佳彬,孫振平,等.再生混凝土的抗壓強度研究[J].同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2004,32(12):1558-1561.