基于強度的再生混凝土配合比設計探討

尹磊 江李倫 莊錦亮

摘要：再生混凝土是指將廢棄的混凝土塊經過破碎、清洗、分級后，按一定比例與級配混合，部分或全部代替砂石等天然集料，再加入水泥、水等配制而成的新混凝土。但是目前再生混凝土的強度較低，導致工程應用較少。擬從設計原理、材料選擇、配合比計算、等方面進行研究，設計出能夠滿足工程要求的再生混凝土配合比方案。

關鍵詞：強度;再生混凝土;配合比

0 ?引言

每年因為廢舊混凝土的堆放、處理不當都會引起嚴重的環境污染問題。利用廢棄混凝土制備再生骨料，既能節省天然骨料，保護骨料產地生態環境，又能減輕混凝土廢棄物造成的生態環境惡化等問題，走一條人與自然和諧相處的可持續發展道路。充分利用廢棄混凝土制備再生骨料，能減輕混凝土廢棄物造成的生態環境惡化等問題。目前目前再生混凝土的強度較低，導致工程應用較少。因此研究如何提高再生混凝土的強度，探討配合比設計方案，可為實際工程應用提供參考。

1 ?設計原理

混凝土的強度主要取決于骨料本身的強度、水泥石強度及其與集料間的粘結強度，又與水泥標號、水灰比有密切關系。配制高強度混凝土的關鍵在于提高混凝土的密實度。在滿足混凝土工程應用強度的前提下，設計不同的再生骨料取代率獲得滿足混凝土表觀密度和抗壓強度要求的再生混凝土。

2 ?材料選用

2.1粗骨料

混凝土強度是由膠凝材料和骨料的強度以及它們之間的膠結力保證的，因此要采用強度高的骨料。再生混凝土的各項指標與骨料粒徑有著密切關系：隨著骨料粒徑的增大，其內部的孔隙率增大，膠凝材料的膠結能力降低，而抗壓強度則下降得較多。骨料的強度、粒徑、級配對再生混凝土的性能具有很大影響。因此骨料選擇為具有連續級配的普通粗骨料摻加再生混凝土骨料。

2.2細骨料

用普通河砂作為細骨料，試驗所用級配連續的河砂。

2.3礦物摻合料

在配制混凝土時，加入礦物摻和料不僅能節約水泥，降低混凝土的水化熱，改善混凝土的和易性。而且由于摻合料的形態效應、微集料效應和火山灰效應能改善混凝土工作性，增進混凝土的后期強度，改善混凝土的內部結構，提高混凝土的抗裂性及耐久性的作用。

本設計方案加入的礦物摻合料有：

硅灰：四川朗天公司生產，細度為0.8μm，平均粒徑在0.1～0.3μm，表觀密度為2100kg/m?。

粉煤灰：湖南省四通化建有限公司生產，干灰含水率<1%，平均粒徑在0.1～0.4μm，表觀密度為1060kg/m?。

2.4膠凝材料

混凝土的強度隨集料的強度增加而增加，水泥石的強度與混凝土的強度密切關聯。水泥用量和強度是影響混凝土強度及其它性能最主要的參數之一。因此，水泥用量的選擇尤為重要。擬采用強度較高、混合材料摻量較少的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，在保證強度的前提下采用最小水泥用量為原則。本設計方案使用的水泥等級為42.5R的普通硅酸鹽水泥，實驗室測出的表觀密度為3100kg/m?。

2.4減水劑

減水劑能夠在保持混凝土坍落度基本不變的條件下，減少拌合用水量。減水劑加入后，混凝土拌合物后對水泥顆粒有分散作用，能改善其工作性，減少單位用水量，改善混凝土拌合物的和易性。天津雍陽生產的聚羧酸減水劑聚羧酸高效減水劑，減水率為20%，摻量為膠凝材料總量的1.5%。

3設計思路

3.1 硅灰用量和粉煤灰用量

使用內摻法加入硅灰和粉煤灰。

硅灰：根據（包志剛《硅灰在在普通混凝土中的應用初探》）硅灰的摻量范圍為5%-15%，最佳摻量在10%左右，根據實驗進行試配，本次設計方案摻硅灰的量為膠凝材料的10%。

粉煤灰：采用I級粉煤灰，根據（文獻《JGJ28-86粉煤灰在混凝土與砂漿中應用技術規程》）以及（劉志勇《土木工程材料》西南交通大學出版社）綜合實驗室進行試配，本設計方案中，粉煤灰的用量為膠凝材料的10%。

3.2 水膠比

通過大量實驗可得水膠比在0.2-0.3之間比較適宜。對于實驗結果的分析，考慮到強度，質量，以及是否均質等因素。在0.2-0.3之間以0.01為一個梯度，設置了一系列梯度進行試驗，最終確定水膠比為0.21。

3.3 配合比設計理念

本次設計的再生混凝土首先考慮的是混凝土的質量和抗壓強度。在本設計中要求使用再生混凝土骨料取代部分粗骨料，通過設置不同的取代率，得到交友的方案。膠凝材料將骨料包裹住的同時，保證混凝土中空隙小而少，且混凝土不分層，骨料在混凝土中分布均勻，具有一定的流動性，混凝土振搗后沒有出現泌漿的現象，具有較好的粘稠性。根據混凝土配合比設計相關規程和（劉志勇《土木工程材料》西南交通大學出版社）中配合比設計方法，本配合比設計計算方法與普通混凝土配合比設計相似，運用體積法。根據每立方中各種材料質量/材料表觀密度所得的體積相加為1，骨料間的孔隙被膠凝材料和砂所填充，以達到混凝土理論上密實的效果。本次配合比設計參數主要有強度、質量、水膠比等。

4配合比計算

（1）確定混凝土配制強度，設計要求混凝土強度fcu，k = 40 Mpa，設計強度等級大于C30，按照大于C30的混凝土公式計算，混凝土配制強度為：

fcu，0 = 1.15 fcu，k

（2）計算水膠比。

①計算膠凝材料

fce = γcfce，g

本設計方案中，粉煤灰的用量為膠凝材料的10%，而未摻粒化高爐礦渣。所以粉煤灰影響系數γf 、粒化高爐礦渣影響系數γs

fb =γfγs fce =0.9×1×49.3 = 44.37 （ Mpa ）

②按強度計算要求水膠比。已知fcu，0 ，αa、αb代入得：

水膠比滿足混凝土耐久性要求。

（3）單位用水量（mw0）。

① 根據高強混凝土坍落度T =10～30mm，砂子為中砂，骨料為0～10mm的預濕頁巖陶粒，計算混凝土單位用水量為。

②外加劑為摻減水劑，減水率為β=20%，所以每立方混凝土用水量（mw0）：

（4）計算單位膠凝材料用量（mb0）。按強度要求計算單位用灰量，混凝土單位膠凝材料用量為：

①本配合比設計摻入硅灰、粉煤灰，摻量都為βf= 10%，計算單位硅灰用量

②計算單位減水劑用量（ma0）。摻量為βa=1.5%，計算單位減水劑用量

（5）計算單位水泥用量（mc0）。

mc0=mb0-mf0-msi

確定砂率（βs）。

（7）計算各組分用量。

5 ?結語

本文從設計原理、材料選擇、配合比計算等方面進行了研究，初步設計出基于強度的再生混凝土配合比設計方案，通過摻加粉煤灰和硅灰，促進混凝土強度增長，減少孔隙率，提高密實度，強度得到了一定提高。

通過大量的實驗表明再生骨料的取代率與混凝土的抗壓強度和密切相關，當再生骨料取代率在23%以下時，再生骨料混凝土的強度與普通混凝土抗壓強度相差不大;再生骨料取代率繼續提高，再生骨料混凝土抗壓強度隨著再生骨料取代率的增大而降低。

參考文獻：

[1][包志剛，硅灰在普通混凝土中的應用初探[J]. 商品混凝土， 2010，07

[2]《再生骨料混凝土應用技術規程》（DG/TJ08-2018）

[3]《混凝土再生骨料》[M].北京：中國建筑工業出版社，2011

[4]杜輝，緩釋減水劑對再生骨料混凝土性能影響研究性[J].四川建材，2019，04

[5]劉志勇.土木工程材料[M].成都：西南交通大學出版社，2017