綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土試驗(yàn)方法

應(yīng)漢林

(中磐建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361009)

1 綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土概述

綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土強(qiáng)調(diào)其配置途徑的“綠色”，也就是環(huán)保性，要能夠做到廢棄資源利用率最大化，節(jié)約所需原材料，并且提升所制混凝土的工作性能和抗壓強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。

2 綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土的成分組成

2.1 水泥

一般來說，配制高強(qiáng)高性能再生混凝土?xí)r最常用的水泥原料是硅酸鹽系水泥，這類水泥原料要優(yōu)于礦渣水泥和一般性常用水泥。當(dāng)混凝土的強(qiáng)度低于C80時(shí)，較適合使用強(qiáng)度層級(jí)為52.5號(hào)的水泥，以此實(shí)現(xiàn)再生混凝土的強(qiáng)度最大化，但當(dāng)再生混凝土強(qiáng)度提升至C80以上后水泥的強(qiáng)度層級(jí)也需要隨之提升，一般使用強(qiáng)度為63.5號(hào)的水泥。此外要注意500 kg是每立方米混凝土中能夠摻入水泥的最大當(dāng)量，再加上其他的材料，其總量≤580 kg。

2.2 摻合料

硅粉:5%～10%是混凝土配制過程中最合適的摻入量。硅粉產(chǎn)生于生產(chǎn)硅鐵的過程當(dāng)中，其作用是減少水泥當(dāng)中氣孔和縫隙的數(shù)量，由于硅粉的火山灰活性很高，對(duì)于提升混凝土的強(qiáng)度能起到很大作用。

磨細(xì)礦渣:配制混凝土?xí)r摻入礦渣的量一般控制在5%～10%。礦渣的活性取決于其材料是否細(xì)密，越是細(xì)致的材料活性越高，對(duì)于生產(chǎn)出的混凝土的強(qiáng)度和耐久度提升也更大。

粉煤灰:粉煤灰的摻入量同樣一般控制在5%～10%。粉煤灰的作用類似于調(diào)和劑，幫助調(diào)節(jié)水灰比，使得硅粉的火山灰活性能夠與礦渣的活性填充效應(yīng)相結(jié)合，有效提升再生混凝土的性能和強(qiáng)度。I級(jí)粉煤灰的效果為最佳[1]。

2.3 砂、碎石

細(xì)致模數(shù)高于2.6的中粗砂和最大粒徑低于20 mm的碎石都是再生混凝土中的重要成分，對(duì)于實(shí)現(xiàn)混凝土的高強(qiáng)度和高性能有很大幫助。同時(shí)隨著再生混凝土強(qiáng)度級(jí)別的提升，兩者的含量也需要相應(yīng)地降低，特別是高于C80之后，砂泥含量要≤1.0%。此外，需注意針片狀的碎石含量不得高于5%，含泥量不得高于1.0%。

3 再生混凝土配合比及工作性能

3.1 配合比設(shè)計(jì)

本文研究內(nèi)容主要基于普通高性能混凝土的配合比來進(jìn)行，以此設(shè)計(jì)試驗(yàn)的配合比。在配制再生混凝土?xí)r，主要配合比參考的是中建三局商品混凝土，以混凝土強(qiáng)度為目標(biāo)，其中用作替代的粉煤灰的用量超過水泥，礦渣粉和硅粉等量于水泥，還需要加入適量的減水劑。除此之外，還需要使用一定量的硅粉來提升C60高強(qiáng)再生混凝土的強(qiáng)度。本次試驗(yàn)中共設(shè)計(jì)了C35， C45， C50， C55， C60五個(gè)等級(jí)強(qiáng)度。

3.2 試件制備和拌合物工作性能

本試驗(yàn)中的高性能再生混凝土均采用J-50型強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌，在再生混凝土拌合物攪拌完成后分別將其制成150 mm×150 mm×150 mmm和150mm×150mm×300mm兩種規(guī)格的試件，攪拌完成后通過振動(dòng)的方式使試件逐漸成型，其后對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

在再生混凝土澆筑成型之前對(duì)其坍落度和擴(kuò)展度進(jìn)行了測試，以此檢驗(yàn)其工作性能。本次試驗(yàn)中坍落度的最大值為23 cm，該結(jié)果出于強(qiáng)度層級(jí)為C55的再生混凝土，而強(qiáng)度為C35的混凝土坍落度最低，但依舊達(dá)到了17 cm，兩者均能夠滿足泵送混凝土的要求且在攪拌過程中混凝土未發(fā)生泌水現(xiàn)象。由此可以看出依靠一定的方式進(jìn)行配制可以使再生混凝土具備較優(yōu)良的工作性能。

3.3 再生混凝土的強(qiáng)度

3.3.1 立方體受壓破壞

本次試驗(yàn)測試的是再生混凝土立方體28d的抗壓強(qiáng)度，這也是檢驗(yàn)衡量混凝土強(qiáng)度十分重要的指標(biāo)之一。通過試驗(yàn)結(jié)果可以看出，綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土裂紋發(fā)展的趨勢和普通混凝土相同，最終混凝土的破壞情況和近似于普通混凝土。當(dāng)對(duì)試件施加的壓力逐漸增大，其內(nèi)部應(yīng)力也開始增大，試件在豎直方向開始變形受壓縮，在橫向界面上則開始膨脹。試件在橫向面的膨脹程度很大，是因?yàn)樵嚰虞d面受到摩擦力的影響，其豎直邊也承受不同壓力。裂紋最早出現(xiàn)在試件的表層中心區(qū)域，并且垂直產(chǎn)生，壓力逐漸增大后裂紋開始朝斜上及斜下延伸，試件外層的混凝土也出現(xiàn)了部分脫落。但是剝落的混凝土越來越少也逐漸減輕了試件收到的壓力程度。試驗(yàn)的最后，試件高度中央的再生混凝土破壞程度最大，形成了2個(gè)對(duì)頂?shù)恼瓜噙B的角錐形破壞面，但試件當(dāng)中的再生骨料沒有受到損壞[2]。

3.3.2 軸心受壓破壞

本試驗(yàn)測試的是綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土棱柱體的28d軸心抗壓強(qiáng)度，以此來檢驗(yàn)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。通過觀察試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土裂紋發(fā)展的趨勢和普通混凝土相同，且兩者在受壓過程中破壞的情況也近似，最終試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的表現(xiàn)結(jié)果也基本相同。在試驗(yàn)過程中，試件會(huì)因?yàn)槭艿降膲毫ψ兇蠖霈F(xiàn)裂紋，并且裂紋逐漸擴(kuò)大、延伸。最后當(dāng)荷載達(dá)到一定的強(qiáng)度時(shí),裂紋發(fā)展的速度越來越快最后貫穿,試件澆筑水泥的界面嚴(yán)重剝落。

3.3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

表1所示是本次試驗(yàn)中綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度fcu和軸心抗壓強(qiáng)度fc。

表1 再生混凝土抗壓強(qiáng)度

由試驗(yàn)結(jié)果可見，綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度的比值是與其配制的強(qiáng)度呈反比的。比如，C60再生混凝土中摻有硅粉，但其立方體抗壓強(qiáng)度還低于C60的標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)度的增長限度并不高，這就說明在配制高強(qiáng)再生混凝土?xí)r再生骨料會(huì)受到強(qiáng)度上的限制。其原因有三點(diǎn)：①再生粗集料有更多的孔隙，導(dǎo)致其受到軸向應(yīng)力時(shí)更容易使受力集中；②再生骨料相比原材料有很多的微裂紋，大部分產(chǎn)生于破碎生產(chǎn)的過程當(dāng)中；③再生骨料表面本身就包裹著一些水泥漿，包裹程度不一，這就導(dǎo)致新的水泥和舊的粗集料粘結(jié)的部位較薄弱。因此，高強(qiáng)再生混凝土的界面強(qiáng)度會(huì)低于其內(nèi)部集體強(qiáng)度，導(dǎo)致很容易從外部將其破壞，所以建議把C50作為配制再生混凝土?xí)r的最高強(qiáng)度等級(jí)。

由表1可知，0.776是綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的最小比值，最大為0.791、平均為0.786，而當(dāng)普通混凝土的強(qiáng)度不高于C50時(shí)，其棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值 0.76，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到C80時(shí)，強(qiáng)度比值取=0.82，兩者間的變化呈線性趨勢發(fā)展。這就表明綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值稍高，但仍處于安全范圍。

4 結(jié)果分析

(1)再生混凝土的優(yōu)良工作性能及其高性能化只需要采用常規(guī)的材料和粉煤灰、礦渣粉等原料就能夠?qū)崿F(xiàn)，其坍落度完全能夠達(dá)標(biāo)。

(2)在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)再生混凝土的破壞大多發(fā)生在試件外部界面，這說明當(dāng)使用的骨料為再生骨料時(shí)，配制的再生混凝土強(qiáng)度應(yīng)該相對(duì)更低，以C50為最高等級(jí)。

(3)綠色高強(qiáng)高性能再生混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值相比普通混凝土稍高，但仍處于安全范圍。

5 結(jié)語

綠色高性能再生混凝土強(qiáng)度更高、耐久性也更好，相比普通混凝土有更高的廢料利用率，起到了節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的作用，對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性提供了幫助。