綠色高強高性能再生混凝土試驗方法

應(yīng)漢林

(中磐建設(shè)集團有限公司，福建 廈門 361009)

1 綠色高強高性能再生混凝土概述

綠色高強高性能再生混凝土強調(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度，實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。

2 綠色高強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)混凝土的強度低于C80時，較適合使用強度層級為52.5號的水泥，以此實現(xiàn)再生混凝土的強度最大化，但當(dāng)再生混凝土強度提升至C80以上后水泥的強度層級也需要隨之提升，一般使用強度為63.5號的水泥。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，對于提升混凝土的強度能起到很大作用。

磨細礦渣: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密，越是細致的材料活性越高，對于生產(chǎn)出的混凝土的強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度。I級粉煤灰的效果為最佳[1]。

2.3 砂、碎石

細致模數(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，對于實現(xiàn)混凝土的高強度和高性能有很大幫助。同時隨著再生混凝土強度級別的提升，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

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行，以此設(shè)計試驗的配合比。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高強再生混凝土的強度。本次試驗中共設(shè)計了C35， C45， C50， C55， C60五個等級強度。

3.2 試件制備和拌合物工作性能

本試驗中的高性能再生混凝土均采用J-50型強制式攪拌機攪拌，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的方式使試件逐漸成型，其后對其進行養(yǎng)護。

在再生混凝土澆筑成型之前對其坍落度和擴展度進行了測試，以此檢驗其工作性能。本次試驗中坍落度的最大值為23 cm，該結(jié)果出于強度層級為C55的再生混凝土，而強度為C35的混凝土坍落度最低，但依舊達到了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 再生混凝土的強度

3.3.1 立方體受壓破壞

本次試驗測試的是再生混凝土立方體28d的抗壓強度，這也是檢驗衡量混凝土強度十分重要的指標(biāo)之一。通過試驗結(jié)果可以看出，綠色高強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，是因為試件加載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個對頂?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

本試驗測試的是綠色高強高性能再生混凝土棱柱體的28d軸心抗壓強度，以此來檢驗再生混凝土的抗壓強度。通過觀察試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)綠色高強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，最終試驗結(jié)束時的表現(xiàn)結(jié)果也基本相同。在試驗過程中，試件會因為受到的壓力變大而出現(xiàn)裂紋，并且裂紋逐漸擴大、延伸。最后當(dāng)荷載達到一定的強度時,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 試驗結(jié)果及分析

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

表1 再生混凝土抗壓強度

由試驗結(jié)果可見，綠色高強高性能再生混凝土的立方體抗壓強度與標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強度的比值是與其配制的強度呈反比的。比如，C60再生混凝土中摻有硅粉，但其立方體抗壓強度還低于C60的標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強度，強度的增長限度并不高，這就說明在配制高強再生混凝土?xí)r再生骨料會受到強度上的限制。其原因有三點：①再生粗集料有更多的孔隙，導(dǎo)致其受到軸向應(yīng)力時更容易使受力集中；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，高強再生混凝土的界面強度會低于其內(nèi)部集體強度，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的最高強度等級。

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

(2)在試驗中發(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，配制的再生混凝土強度應(yīng)該相對更低，以C50為最高等級。

(3)綠色高強高性能再生混凝土的軸心抗壓強度與立方體抗壓強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)約資源和保護環(huán)境的作用，對于社會經(jīng)濟發(fā)展的可持續(xù)性提供了幫助。