大流動性再生骨料混凝土試驗研究★

徐寶軍 趙 歡 劉海園 李旭旭 李 明 孟宏睿

(陜西理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，陜西 漢中 723000)

1 概述

目前，國家提出了節(jié)能減排的方針政策，大力推動綠色循環(huán)低碳發(fā)展、加快生態(tài)文明建設(shè)的新型經(jīng)濟發(fā)展模式，全面建成小康社會的宏偉目標(biāo)。我國對再生混凝土的研究起步較晚，但是研究勢頭較猛，國內(nèi)數(shù)十家大學(xué)和研究機構(gòu)開展了大量的研究工作，涉及范圍廣泛[1]。

為了充分利用廢棄物，以廢磚骨料替代廢混凝土骨料，全部利用廢棄物，配制大流動性混凝土(坍落度大于160 mm的混凝土)的研究成果較少。本文利用廢棄的粘土磚和混凝土經(jīng)粉碎、篩分作為粗骨料配制大流動性混凝土，粗骨料配比對大流動性再生混凝土的容重、立方體抗壓強度、劈裂強度的影響；為廢棄混凝土與廢棄粘土磚的再利用提供理論依據(jù)和應(yīng)用參考。

2 實驗內(nèi)容

2.1 材料選取

水泥：試驗中所采用的水泥型號均為P.O42.5 級。

細集料：采用細度模數(shù)為2.27的機制砂。

骨料：試驗中骨料有廢棄磚骨料和廢棄混凝土骨料。

廢棄磚骨料：采用廢棄磚塊，經(jīng)顎式破碎機破碎再經(jīng)篩分得到粒徑在(5～26.5)mm級配良好的連續(xù)級配碎磚骨料。

廢棄混凝土骨料：采用結(jié)構(gòu)試驗破壞掉的擱置四五年的廢棄梁，經(jīng)人工破碎并篩分得到粒徑在(5～31.5)mm級配良好的連續(xù)級配碎混凝土骨料。再生骨料物理性能見表1。

表1 再生骨料性能

等體積取代法以0%，20%，40%，60%，80%替代率的廢棄磚骨料替代廢棄混凝土骨料見表2。

表2 再生骨料篩分試驗

高效減水劑：試驗采用實測減水率為14.8%的聚羧酸系高效減水劑。

拌合水：自來水。

2.2 試驗設(shè)計

由于實驗中的骨料為廢混凝土骨料和廢棄磚骨料，其的空隙都相對比較大，吸水能力相對較強試驗用水量應(yīng)嚴格控制。 再生粗骨料的高吸水性會造成坍落度過低、流動性過小、黏聚性變差,不利于實際工程的施工[2]。因此，在試驗中采用附加用水量的方法。首先用1 h吸水量粗骨料拌和均勻，減小拌合初期粗骨料吸水過快的影響。

本次試驗用碎磚骨料分別以0%,20%,40%,60%,80%的體積替代率替代廢棄混凝土骨料，按照JGJ 55—2011普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程制備C30混凝土，水灰比為 0.53，坍落度為大于160 mm的大流動性混凝土。

2.3 試件制作

按不同的骨料分成5組，用等體積取代法以0%,20%,40%,60%,80%替代率的廢棄磚骨料替代廢棄混凝土骨料的B0,B1,B2,B3,B4這5組試驗，配制尺寸為100 mm×100 mm×100 mm立方體抗壓試塊和尺寸為150 mm×150 mm×150 mm抗劈裂拉伸強度試塊，兩種試塊每組各3個，共計30塊。

2.4 實驗設(shè)備及試驗方法

碎磚骨料破碎采用顎式破碎機；骨料篩分分別使用搖篩機；再生混凝土拌和采用HJW60型混凝土試驗攪拌機；混凝土立方體抗壓強度和劈裂強度實驗采用TYE-200型壓力測試機，最大壓力2 000 kN。

先將兩種粗骨料分別加入附加用水量(骨料1 h吸水量)進行預(yù)處理靜置3 min～5 min 拌和均勻，再將減水劑加入水中攪拌均勻隨之分別將粗骨料、水泥、細集料、水(加有減水劑的水)倒入混凝土試驗攪拌機中，開啟機器拌120 s將拌和混凝土倒置鐵板，測出空試模質(zhì)量，加入試模并插搗、震蕩(掂起一角輕微震蕩)密實抹平清理完試模貼上標(biāo)簽并稱量后放置于室溫(20±5)℃環(huán)境下靜置(24±2)h后脫模，將試塊放在(20±2)℃，相對濕度95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室養(yǎng)護至28 d。根據(jù)GB/T 50081—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[3]的相關(guān)規(guī)定:“取3個試件強度的算術(shù)平均值作為每組試件的強度代表值，”得到其立方體抗壓強度與劈裂強度數(shù)據(jù)。

3 試驗結(jié)果與分析

表3 大流動性再生混凝土配合比和強度

由表3得知隨著替代率的增加再生骨料混凝土的表觀密度呈現(xiàn)下降趨勢，反映出由于碎磚骨料比例的增大，骨料的孔隙隨之增多，從而增加了混凝土自身的孔隙，致使所配置的混凝土的表觀密度下降；碎磚骨料比例的增大，骨料的孔隙增多，骨料本身的強度隨之也有所降低，同時從膠骨比的角度來看，隨著碎磚替代率的增加膠骨比降低，骨料的減少也會導(dǎo)致混凝土強度的降低。

不同碎磚替代率下的抗壓強度、劈裂強度列于表4。

表4 立方體抗壓強度、劈裂強度

由表4與圖1可知：碎磚骨料等體積取代廢棄混凝土骨料，最大立方體抗壓強度和劈裂強度分別為36.3 MPa，3.9 MPa；由圖1的變化趨勢來看，當(dāng)碎磚骨料的替代率由0%變到40%時，立方體抗壓強度和劈裂強度顯著下降；碎磚骨料的替代率由40%變到60%時，立方體抗壓強度和劈裂強度略有回升；碎磚骨料的替代率60%以后立方體抗壓強度和劈裂強度又呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢；表明磚骨料的替代率在40%～60%是比較合適的且60%時最優(yōu)。再生骨料混凝土強度的變化主要是由兩個方面的因素影響：一方面是膠骨比的降低、骨料強度的降低致使再生骨料混凝土強度降低，另一方面是骨料吸水引起水膠比的降低導(dǎo)致再生骨料混凝土強度升高；由于這兩個方面的相互作用，致使再生骨料混凝土強度發(fā)生圖1的變化趨勢。碎磚骨料的替代率由0%變到40%時，前者影響因素占據(jù)主導(dǎo)地位導(dǎo)致強度顯著下降；碎磚骨料的替代率由40%變到60%時，后者因素起決定性作用致使再生骨料混凝土強度略有回升；碎磚骨料的替代率60%以后，隨著碎磚骨料替代的較多，骨料的強度的降低對再生混凝土強度的影響遠大于碎磚骨料吸水對再生混凝土強度的影響，致使再生骨料混凝土的強度又迅速開始下降。在水灰比為0.4,0.45和0.5時, 再生混凝土的抗壓強度隨著再生粗骨料取代率的增加, 呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢[4]，但由于碎磚骨料的吸水作用也改變了所配再生混凝土的水膠比，進而影響了再生混凝土的強度。因此骨料的吸水很大程度也影響著大流動性再生骨料混凝土強度。

4 結(jié)論

1)隨著取代率的增大表觀密度呈現(xiàn)下降趨勢。

2)隨著取代率的增大表觀密度呈現(xiàn)下降趨勢，立方體抗壓強度與劈裂強度大致為下降趨勢。

3)當(dāng)取代率在40%～60%時立方體抗壓強度、劈裂強度略有回升，廢磚骨料與再生混凝土骨料比值為6∶4時立方體抗壓強度和劈裂較高，磚骨料體積取代率為60%時最優(yōu)。

4)再生骨料混凝土質(zhì)輕，環(huán)保，在磚、混凝土骨料為6∶4時相對高強，在建筑垃圾綜合利用方面占有優(yōu)勢。