綠色低碳再生粗骨料混凝土試驗(yàn)研究

摘要：為了降低碳排放、實(shí)現(xiàn)混凝土工程可持續(xù)發(fā)展，開(kāi)展再生粗骨料在C40混凝土中應(yīng)用可行性及其對(duì)混凝土性能的影響研究。通過(guò)再生粗骨料取代率試驗(yàn)依次研究C40混凝土的工作性能、力學(xué)性能、耐久性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）再生粗骨料取代率增大，混凝土30"min坍落度降低明顯，最大降低值18"mm；30"min擴(kuò)展度在100%取代率時(shí)最大降低值31"mm。30"min倒置坍落度筒排空時(shí)間最長(zhǎng)增加3.7"s，取代率不超過(guò)60%時(shí)對(duì)混凝土影響較小。（2）取代率增大，混凝土7"d、28"d抗壓強(qiáng)度值、劈裂抗拉強(qiáng)度值均逐漸減小。再生粗骨料取代率80%時(shí)，28"d抗壓強(qiáng)度值低于45"MPa，并且拉壓比降低明顯。（3）取代率增大，混凝土試件6"h電通量逐漸增加，混凝土抗氯離子滲透性能逐漸下降，40%取代率時(shí)電通量超過(guò)2"800"C，得出取代率不超過(guò)40"%。

關(guān)鍵詞：綠色低碳"再生粗骨料"混凝土"取代率"工作性能"力學(xué)性能"耐久性能

Experimental"Study"on"Green"Low"Carbon"Recycled"Coarse"Aggregate"Concrete

QIU"Yan"""WANG"Xiaoguang

1.Tai'an"City"Management"Comprehensive"Service"Center，"Tai’"an，"Shandong"Province，"271000"China;2.Tai'an"Wangjiayuan"Reservoir"Management"Service"Center，"Tai’"an，"Shandong"Province，"271000"China

Abstract：In"order"to"reduce"carbon"emissions"and"realize"the"sustainable"development"of"concrete"engineering，"the"feasibility"of"the"application"of"recycled"coarse"aggregate"in"C40"concrete"and"its"impact"on"concrete"performance"were"studied."The"working"properties，"mechanical"properties"and"durability"of"C40"concrete"were"studied"by"the"substitution"rate"test"of"recycled"coarse"aggregate."The"test"results"show"that："（1）"The"substitution"rate"of"recycled"coarse"aggregate"increases，"and"the"slump"of"concrete"decreases"significantlynbsp;after"30"min，"with"a"maximum"reduction"of"18mm;"（1）The"maximum"reduction"value"of"30"min"expansion"at"100%"substitution"rate"is"31"mm."The"emptying"time"of"the"inverted"slump"cylinder"increased"by"3.7s"for"a"maximum"of"30min，"and"the"impact"on"the"concrete"was"small"when"the"substitution"rate"did"not"exceed"60%."（2）"With"the"increase"of"substitution"rate，"the"compressive"strength"values"and"splitting"tensile"strength"values"of"concrete"at"7d"and"28d"decreased."When"the"substitution"rate"of"recycled"coarse"aggregate"is"80%，"the"28d"compressive"strength"value"is"lower"than"45MPa，and"the"tensile"and"compressive"ratio"decreases"significantly.（3）"The"substitution"rate"increases.the"6h"electric"flux"of"the"concrete"specimen"gradually"increases，"and"the"chloride"ion"permeability"of"the"concrete"gradually"decreases，"and"the"electric"flux"exceeds"2800C"when"the"substitution"rate"is"40%，"and"the"substitution"rate"is"not"more"than"40%.

Key"Words："Green"low"carbon;"Recycled"coarse"aggregate;"Concrete;"Replacement"rate;"Working"properties;"Mechanical"properties;"Durability

隨著國(guó)家“碳達(dá)峰”“碳中和”政策的出臺(tái)，各行各業(yè)積極響應(yīng)。建筑行業(yè)推廣再生混凝土對(duì)貫徹執(zhí)行國(guó)家政策、改善生態(tài)環(huán)境等方面具有重要意義。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)再生骨料混凝土配制及其性能影響做了大量的試驗(yàn)研究。王子陽(yáng)等人[1]研究了粗骨料取代率對(duì)再生混凝土軸壓力學(xué)性能的影響，研究表明：再生骨料內(nèi)微裂縫的削弱作用降低了再生混凝土的強(qiáng)度，導(dǎo)致強(qiáng)度隨取代率增大而降低。安新正等人[2]開(kāi)展了再生粗骨料取代率與粒徑對(duì)混凝土抗壓性能影響試驗(yàn)研究，分別以粒徑范圍5～lt;10"mm、10～lt;20"mm和20"～lt;31.5"mm，以及取代率分別為"0、10%、30%和50%為參量做了試驗(yàn)研究。張桂林等人[3]開(kāi)展了再生粗細(xì)骨料混凝土受拉力學(xué)性能研究。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)原材料

水泥：河北冀東集團(tuán)生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥，表1為水泥的指標(biāo)參數(shù)。粉煤灰：山東信源集團(tuán)生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰。機(jī)制砂：石灰?guī)r機(jī)制砂，級(jí)配符合Ⅱ區(qū)中砂。天然粗骨料（Natural"Coarse"Aggregate，NCA）：山東山水集團(tuán)生產(chǎn)的5～25"mm的連續(xù)粒級(jí)石子。再生粗骨料（Recycled"Coarse"Aggregate，RCA）：原生抗壓強(qiáng)度等級(jí)為C50的混凝土，經(jīng)過(guò)破碎、打磨、篩分的級(jí)配調(diào)節(jié)符合連續(xù)粒級(jí)，粒徑尺寸為5～25"mm的再生粗骨料。表2為天然粗骨料與再生骨料的基本性能對(duì)比，圖1為篩分曲線(xiàn)。減水劑：江蘇蘇博特生產(chǎn)的聚羧酸系高效減水劑。水：普通實(shí)驗(yàn)室用的自來(lái)水。

1.2試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備包括：100"L混凝土單臥軸攪拌機(jī)；萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；拉力試驗(yàn)機(jī)；100"mm×100"mm"×100"mm三聯(lián)試模、坍落度桶、鋼尺、抹刀、篩分儀。

1.3試驗(yàn)方法

流動(dòng)性能、基本力學(xué)性能及耐久性能等試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)：《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T"50080—2016）、《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T"50081—2019）、《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T"50082—2009）。

1.4試件制備與養(yǎng)護(hù)

再生粗骨料混凝土攪拌工藝：骨料與膠凝材料倒入攪拌機(jī)蓋蓋均勻攪拌30"s，之后均勻加入水與外加劑混合稀釋液體繼續(xù)攪拌180"s，得到混凝土拌和物。

再生粗骨料混凝土件制備與養(yǎng)護(hù)：抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗氯離子滲透試件的尺寸均為100"mm×100"mm"×100"mm，將拌和物均勻倒入模具中且高出模具，用抹刀整平表面。成型后24"h拆除模具，之后放置到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)。

2結(jié)果與討論

試驗(yàn)研究針對(duì)再生骨料在混凝土的應(yīng)用，研究混凝土為C40，參考《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算得到混凝土普通配合比，以混凝土中再生粗骨料取代率0"、20"%、40"%、60"%、80"%、100"%，研究對(duì)C40混凝土性能的影響。

2.1再生粗骨料混凝土工作性能研究

在試驗(yàn)配合比基礎(chǔ)之上，研究再生粗骨料對(duì)C40混凝土工作性能的影響。試驗(yàn)采用初始坍落度、30"min坍落度、初始擴(kuò)展、30"min擴(kuò)展度、初始倒置坍落度桶排空時(shí)間作為混凝土的工作性能指標(biāo)，做以下試驗(yàn)研究。再生粗骨料取代率0"、20"%、40"%、60"%、80"%、100"%依次對(duì)應(yīng)配合比NCA1、RCA2、RCA3、RCA4、RCA5、RCA6。

由實(shí)驗(yàn)可得：再生粗骨料取代率會(huì)對(duì)C40自密實(shí)混凝土的工作性能產(chǎn)生影響。試驗(yàn)中，通過(guò)減水劑摻量變化以達(dá)到初始的擴(kuò)展度值基本相同，在此基礎(chǔ)上，可以看出坍落度、倒置坍落度筒排空時(shí)間均有較大變化。隨著再生粗骨料取代率提高，混凝土的30"min坍落度降低明顯，最大降低值為18"mm。隨著再生粗骨料取代率提高，混凝土的30"min擴(kuò)展度呈現(xiàn)明顯的降低趨勢(shì)，100"%取代率時(shí)為最大降低，數(shù)值為31"mm。隨著再生粗骨料取代率提高，混凝土倒置坍落度筒排空時(shí)間初始、30"min均逐漸增大，初始倒置坍落度筒排空時(shí)間最長(zhǎng)增加1.9"s，30"min倒置坍落度筒排空時(shí)間最長(zhǎng)增加3.7"s。

通過(guò)以上試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)混凝土的工作性能表征，得出再生粗骨料摻加到C40自密實(shí)體系中會(huì)降低體系的流動(dòng)度。原因是再生粗骨料經(jīng)破碎后的結(jié)構(gòu)表面多呈棱角狀，在體系中會(huì)造成骨料與膠凝材料的和易性變差，進(jìn)而會(huì)增大拌和物在流動(dòng)過(guò)程中的摩阻力，宏觀上表現(xiàn)為混凝土拌和物工作性能變差。根據(jù)30"min擴(kuò)展度變化與30"min倒置坍落度筒排空時(shí)間，當(dāng)再生粗骨料取代率超過(guò)60"%時(shí)，混凝土的擴(kuò)展度與排空時(shí)間變化急劇，30"min擴(kuò)展度低于500"mm，30"min倒置坍落度筒排空時(shí)間超過(guò)22"s，此時(shí)的混凝土工作性能變差。以上說(shuō)明，在滿(mǎn)足工作性能的條件下再生粗骨料取代率不宜超過(guò)60"%。

2.2再生粗骨料混凝土力學(xué)性能研究

2.1部分研究了再生粗骨料取代對(duì)C40混凝土工作性能的影響規(guī)律。該部分研究再生粗骨料取代率對(duì)C40混凝土力學(xué)性能的影響，以混凝土立方體抗壓強(qiáng)度（ft）、劈裂抗拉強(qiáng)度（fcu）、拉壓比（λ）作為性能表征指標(biāo)，拉壓比λ為28"d劈裂抗拉強(qiáng)度f(wàn)t與28"d抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu之比。

由實(shí)驗(yàn)可知：隨著再生粗骨料取代率增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度與劈裂抗拉強(qiáng)度均有較大變化。通過(guò)表中數(shù)據(jù)看出，再生粗骨料取代率增大，混凝土7"d、28"d抗壓強(qiáng)度值均逐漸減小，同時(shí)劈裂抗拉強(qiáng)度值也逐漸減小。當(dāng)再生粗骨料取代率80%時(shí)，28"d抗壓強(qiáng)度值低于45"MPa，且在此時(shí)的變化值較大；當(dāng)再生粗骨料取代率60"%時(shí)，28"d劈裂抗拉強(qiáng)度值相較于40"%取代率時(shí)降低值為0.49"MPa。由圖4可知，隨著再生粗骨料取代率增大，拉壓比數(shù)值均低于0取代率，并且60"%取代率時(shí)降低0.010，100"%取代率時(shí)降低0.013。說(shuō)明再生粗骨料摻加到混凝土體系中會(huì)使體系的脆性增加。

上述力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著再生粗骨料的取代率增大，C40混凝土的各個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)均逐漸降低。分析原因可能是，一方面，再生骨料由于其呈成棱角分明的不規(guī)則體，本身就存在均一性不足，其脆性相較于天然粗骨料更脆[4-6]；另一方面，再生粗骨料孔隙率高，在混凝土體系中吸水率比天然粗骨料高，會(huì)造成吸水導(dǎo)致水泥水化所需的自由水不足，影響水泥水化及水化產(chǎn)物水化硅酸鈣和C-S-H凝膠的生成量，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)逐漸降低[7-9]。因此，可以考慮預(yù)濕再生粗骨料以改善對(duì)混凝土的不利影響，同時(shí)再生粗骨料取代率不宜超過(guò)60"%。

2.3再生粗骨料混凝土耐久性能研究

研究了再生粗骨料對(duì)混凝土工作性能與力學(xué)性能的影響。該部分研究耐久性能，混凝土的耐久性能是混凝土應(yīng)用的重要指標(biāo)。以混凝土抗氯離子滲透性能作為耐久性能表征指標(biāo)。

由實(shí)驗(yàn)可知，經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)56"d的再生粗骨料混凝土6"h電通量測(cè)定結(jié)果，隨著再生粗骨料取代率增大，混凝土試件的電通量逐漸增加，以此說(shuō)明混凝土的抗氯離子滲透性能在逐漸下降。原因是再生粗骨料的孔隙率比普通天然粗骨料的孔隙率高，并且骨料上存在不均勻的微裂縫，進(jìn)而使其取代天然粗骨料會(huì)導(dǎo)致混凝土的抗氯離子滲透性能下降[5-6]。由此得出，再生粗骨料取代率不宜超過(guò)40"%。

3結(jié)論

通過(guò)再生粗骨料取代率試驗(yàn)研究C40混凝土的工作性能、力學(xué)性能、耐久性能，得出以下結(jié)論。

（1）工作性能。隨著再生粗骨料取代率增大，混凝土30min坍落度降低明顯，最大降低值為18"mm；混凝土的30"min擴(kuò)展度呈現(xiàn)明顯的降低趨勢(shì)，100"%取代率時(shí)為最大降低，數(shù)值為31"mm；混凝土倒置坍落度筒排空時(shí)間初始、30"min均逐漸增大，初始倒置坍落度筒排空時(shí)間最長(zhǎng)增加1.9"s，30"min倒置坍落度筒排空時(shí)間最長(zhǎng)增加3.7"s，試驗(yàn)得到同時(shí)再生粗骨料取代率不宜超過(guò)60"%。

（2）力學(xué)性能。再生粗骨料取代率增大，混凝土7"d、28"d抗壓強(qiáng)度值均逐漸減小，劈裂抗拉強(qiáng)度值也逐漸減小。再生粗骨料取代率80"%時(shí)，28"d抗壓強(qiáng)度值低于45"MPa；當(dāng)再生粗骨料取代率60"%時(shí)，28"d劈裂抗拉強(qiáng)度值相較于40"%取代率時(shí)降低值為0.49"MPa。再生粗骨料取代率增大，拉壓比數(shù)值均低于0"取代率，并且60"%取代率時(shí)降低0.010，100"%取代率時(shí)降低0.013。說(shuō)明再生粗骨料摻加到混凝土體系中會(huì)使體系的脆性增加。同時(shí)，試驗(yàn)得到再生粗骨料取代率不宜超過(guò)60"%。

（3）耐久性能。再生粗骨料取代率增大，混凝土試件的6"h電通量逐漸增加，說(shuō)明混凝土的抗氯離子滲透性能在逐漸下降。由于再生粗骨料的孔隙率比普通天然粗骨料的孔隙率高，并且骨料上存在不均勻的微裂縫，進(jìn)而使其取代天然粗骨料會(huì)導(dǎo)致混凝土的抗氯離子滲透性能下降，得到再生粗骨料取代率不宜超過(guò)40"%。

參考文獻(xiàn)

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