再生混凝土強度試驗正交分析

王丕祥 李鳳鳴

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

隨著社會的快速發展，時間的推移，大量混凝土建筑逐步拆除、重建、翻新，產生大量廢舊混凝土，導致建筑垃圾日積月累，逐步增多,同時我國的混凝土建筑的最大服役年齡已接近70年[1-3]。在拆除重建過程中產生大量建筑垃圾，而我國平均每年產生的建筑垃圾在1.3×109t以上[4-7]，同時這些垃圾的處理主要是靠掩埋或者送到郊外等人煙稀少的地方堆積，很少的一部分才會被再利用。廢舊混凝土作為再生資源，可制作成骨料用于再生骨料混凝土，再生骨料可分為再生粗骨料和再生細骨料兩種[8-10]。將再生骨料代替天然骨料摻入混凝土中，形成的混凝土被稱為再生混凝土。張世民等[11]對再生混凝土進行了抗壓強度、彈性模量等力學性能研究。徐萌波等[12]做了再生混凝土的劈裂抗拉強度等試驗并進行研究分析。劉合敏[13]對再生混凝土的應用形式進行了研究分析。魏麗[14]進行了再生混凝土水灰比的影響研究。

本文基于對再生混凝土進行力學性能的試驗，對強度進行了正交試驗分析，以確定影響因素，變量為減水劑、砂率和再生骨料(粗骨料)取代率，減水劑為1.1%，1.2%和1.3%，砂率為37%，38%和39%，取代率為30%，50%和70%。

1 試驗

廢舊混凝土選用服役一年的實驗室混凝土試件，強度為C40，進行鄂式破碎，制作成粗骨料，壓碎值為24.22%。水泥選用小嶺牌水泥，型號為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，天然骨料選用石灰石碎石，砂子為中砂。外加劑選用高效減水劑。本試驗通過9組54個試塊研究了不同取代率及不同外加劑量下，抗壓強度變化規律。

2 試驗分析

2.1 C30強度分析

設計強度為C30再生混凝土的正交試驗，確定因素波動范圍及指標：再生骨料取代率：30%，50%，70%；外加劑：1.20%，1.35%，1.50%；砂率：37%，38%，39%；考察指標：再生混凝土抗壓強度。確定強度和各因素相對應正交表的對應關系見表1。

通過表1，對取代率等三個因素進行對比分析，當取代率為30%時，最高強度為51.20 MPa，對應的砂率為38%，外加劑含量為1.50%；當取代率為50%時，最高強度為49.42 MPa，此時對應的砂率為37%，外加劑含量為1.35%；當取代率為70%時，最高強度為41.58 MPa，與其相對應的砂率為37%，外加劑含量為1.50%，將整個取代率所得結果制作成表2。砂率與外加劑含量以此類推，分別作出在砂率的影響下的最高強度表3以及在外加劑含量的影響下的最高強度表4。

表1 強度與取代率、砂率及外加劑含量正交表的對應關系

表2 在取代率下的各水平最高強度 %

表3 在砂率下的各水平最高強度 %

表4 在外加劑含量下的各水平最高強度 %

根據表2～表4每個因素及各水平出現的次數進行統計，得出表5。

表5 各因素及水平最高強度時出現的次數

由表5可以得出，當取代率為30%時出現的次數最多，砂率在37%的時候出現的次數最多，外加劑含量在1.5%的時候出現的次數最多，所以最優方案為取代率30%，砂率為37%，外加劑含量為1.5%，還需要與取代率30%砂率38%外加劑含量1.5%進行對比，選擇最優配合比，最終試驗結果選擇砂率37%為最優，強度為51.31 MPa。確定首要影響因素為再生骨料取代率，對再生混凝土的強度有直接的影響，取代率在30%時可以達到最高，而隨著取代率的提高，強度隨之下降；而砂率與外加劑的含量是影響強度的第二因素，強度隨著砂率的提高而降低，隨著外加劑的增加而增強。

2.2 C40強度分析

根據C30強度分析情況繼而對C40進行分析，看是否情況一致。

表6 強度與取代率、砂率及外加劑含量正交表的對應關系

通過表6，對表中的取代率等三個因素進行對比分析，當取代率為30%時，最高強度為53.57 MPa，對應的砂率為38%，外加劑含量為1.3%；當取代率為50%時，最高強度為51.32 MPa，對應的砂率為39%，外加劑含量為1.3%；當取代率為70%時，最高強度為48.59 MPa，對應的砂率為37%，外加劑含量為1.3%，將整個取代率所得結果制作成表7。砂率與外加劑含量以此類推，分別作出在砂率的影響下的最高強度表8以及在外加劑含量的影響下的最高強度表9。

表7 在取代率下的各水平最高強度 %

表8 在砂率下的各水平最高強度 %

表9 在外加劑含量下的各水平最高強度 %

根據表7～表9每個因素及各水平出現的次數進行統計，得出表10。

表10 各因素及水平最高強度時出現的次數

由表10得出，出現次數最高的是取代率30%和外加劑含量1.3%，次數均為5次，砂率的每個水平均出現2次。據分析得出，影響此次再生混凝土強度試驗的主要因素是再生骨料的取代率和外加劑含量，取最優方案為30%取代率，1.3%外加劑含量，37%砂率。

3 結語

通過本次再生混凝土強度正交分析，影響再生混凝土強度的主要因素是再生骨料取代率，其次是外加劑的含量，第三是砂率的大小。分析得出：1)再生骨料為主要因素是因為再生骨料本身經過再次破碎參入了再生混凝土，骨料結構在破碎過程中遭到破壞，不完整，強度不能達到本身性能的最優值，隨著取代率的增加，再生骨料在再生混凝土中成為主要的承重因素，所以強度隨之下降；2)其次是外加劑，高效減水劑本身對混凝土有增高強度的作用，再加上再生骨料吸水性較大，所以再生混凝土本身所需水量大，大大增加了混凝土的強度;3)砂率在混凝土強度中也是有很大的影響，本次試驗由于再生骨料等因素影響較大，所以砂率對再生混凝土的強度影響相對較小。