再生粗骨料混凝土早期收缩性能试验研究.pdf

2 0 1 5年 第 6期 (总 第 3 0 8期 ) Nu mb e r 6 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 0 8) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATE RI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 6 0 1 8 再生粗骨料混凝 土早期收缩性能试验研 究 张兴才 ， 李洪 明 ， 朱磊 ( 1 沙洲职业工学院， 江苏 张家港 2 1 5 6 0 0 ； 2 南京航空航天大学， 江苏 南京 2 1 0 0 1 6 ) 摘要 ： 通过试验研究水灰 比、 再生粗骨料取代率 、 减水剂和粉煤灰对再生混凝土早期干缩性能 的影 响。 研究结果表明， 再生混 凝土的早期干缩率和失水率均随着水灰比和取代率的增大而增大； 再生混凝土在龄期 7 d内干缩速率和失水速率最大 ； 掺入减 水剂和粉煤灰可以有效地控制再生 昆 凝土的干缩 。 根据试验结果建立 了再生粗骨料取代率为 1 0 0 的再生混凝土早期干缩计算 模型， 该模型计算结果与他人试验结果吻合较好 。 关键词： 再生粗骨料 ； 再生混凝土 ； 干燥收缩 ； 计算模型 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 7 2 0 4 Ex per i men t al r e se ar c h on ea r l y shr i nk age of r e cy cl ed c oar s e a ggr ega t e conc r et e ZHAN G Xi n g c a i ，LIHo n gmi n g ， ZHU Le i ( 1 S h a z h o u P r o f e s s i o n a l I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， Z h a n i a g a n g 2 1 5 6 0 0 ， C h i n a ； 2 N a n j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u ti c s a n d A s t r o n a u ti c s ， N a n j i n g 2 1 0 0 1 6 ， C h i n a ) Abs t r a c t： Th e i nfl u e n c e s o f wa t e rc e me n t r a t i o， r e p l a c e me n t r a t i o o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e ga t e， wa t e r r e d u c e r a n d f l y a s h o n e arl y d r yi n g s h rin k a g e o f r e c yc l e d c o n c r e m we r e i n v e s t i g a t e d b y e x p e rime n t s Re s e a r c h r e s u l t s s h o w t ha t the s h r i n ka g e r a t i o a n d t h e wa t e r l o s s r a t i o o f r e c y c l e d c o n c r e m i n c r e a s e wi th th e wa t e r c e m e n t r a ti o a nd r e pl a c e me n t r a t i o o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e， t he r a t e s o f th e s h r i n ka ge a n d wa t e r l o s s r e a c h t o the ma x i mu m i n th e f i r s t 7 d a y s ， a n d wa t e r r e d u c e r a n d f l y a s h c o u l d e f f e c tiv e l y r e d u c e d t h e s h r i n k a ge of r e c y c l e d c o n c r e Th e mo d e l f o r d r y i n g s h r i n k a g e o f r e c yc l e d c on c re wi t l 1 0 0 r e pl a c e me n t o f t h e rec y c l e d C O arS e a g g r e g a t e i s e s t a b l i s h e d a c c o r d i n g t o e x p e r i me nt r e s ul t s ， a n d the c a l c u l a t e d v a l u e s o f the s h r i n ka g e r a ti o o f r e c y c l e d c oars e a g g r e g a t e c o n c r e t e a r e i n go o d a g r e e me n t wi th the t e s t v a l u e s o b t a i n e d b y o the r r e s e arc he r s Key wor ds： r e c y c l e d c o ars e a g g r e g a t e； r e c y c l e d a g g r e ga t e c o n c r e t e； d r y i n g s h r i n ka ge； c alc u l a t i o n mo d e l 0 引 言 将废弃混凝土块经过破碎与分级后 ， 按一定 的比例与 级配混合 ， 部分或全部代替天然骨料( 石子) 配制成的混凝 土 ， 称为再生粗骨料混凝土。 再生混凝土 既可以节 省天然 骨料 ， 保护生态环境 ， 又可以解决因废 旧混凝土处 理不当 引起的环境污染问题 。 近年来 ， 再生混凝 土已成为 国内外 研究的热点之一 。 收缩是 再生混凝 土的重要性 能指标 之 一 ，尤其是早期干燥 收缩 ， 将直接影响到再生混凝 土结 构 的使用性能。 国内外研究表明 “ ， 再生混凝土和普通混 凝土有相同的干缩趋势 ， 再生混凝土的干燥 收缩率和失水 率 明显大于普通混凝土。 张健等 通过掺入矿物掺合料 研究再生混凝土 的早期收缩 ， 研究表 明掺入粉煤 灰 、 矿粉 和硅灰能降低混凝土早期和后期收缩。 尽管部分学者对再 生混凝土的干燥收缩进行 了研究 ， 但水灰 比和粗骨料取代 率等参数对再生混凝土早期 收缩性 能研究 未有深入系统 研究 ， 再生混凝土早期收缩计算模型也未见报道 。 本文通 过试验研究水灰 比、 再生粗骨料取代率 、 减水剂 和粉煤灰 对再生混凝土早期干缩性能的影响规律 ， 并根据试 验结果 建立再生粗骨料混凝土早期干缩计算模型。 1 试 验 概 况 1 1 试验材料 与混凝土 配合 比 水泥为 P 0 4 2 5 级水泥。 细骨料为 中砂 ， 细度模数为 3 0 3 。 再生粗骨料吸水率为 5 2 8 ， 压碎指标为 1 6 3 9 ， 属 级再生骨料。 试验 以水灰 比和再生骨料取代率作为设计 参数 ， 水灰比设计为 0 3 、 0 4 3 、 0 5 ； 再生骨料取代率设计 为 0 、 5 0 、 1 0 0 ， 另外分别掺入 4 0 的粉煤灰和 0 5 的减水 剂 ， 共 7组试件 ， 混凝土设计配合 比见表 1 。 1 2试 验 方 法 试件尺寸为 1 0 0 m m 1 0 0 m m x 5 1 5 m m。 试件成 型 后在 自然条件下养护 1 d 。 用湿毛 巾擦去试件表面的水膜 ， 用酒精擦拭试件表面 ， 去除碎屑 ， 测定其初始 长度 ， 重复测 定三次 ， 取算术平均值 。 然后移人室 内( 控制温度为 ( 2 0 2 ) ， 相对湿度为 ( 6 0 5 ) ， 竖立放置在测试平 台上 ( 测 试平 台一端固定支杆 ， 支杆靠 近顶部 固定一根横杆 ， 用于 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 9 1 8 基金项目： 国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) ； 重点项目子课题( 2 0 0 9 A A 0 3 2 3 ) 72 表 1 再生混凝土的设计配合比 固定百分表 ， 见 图 1 ) ， 试件上 顶面 中心处 放置玻璃 片 ， 百 分表固定后测头与玻片紧密接触 ( 百分表测试变形方 向和 试件轴心 、 玻璃 片的形心在 同一条直线上) 。 分别读取3 、 7 、 1 4 、 2 1 、 2 8 、 4 5 、 6 0 d的百分表值， 并依据 式( 1 ) 计算? 昆 凝土 的干缩率 ： ： 1 0 0 ( 1 ) 0 式 中： 龄期 t 天 的混凝土干缩率 ， ； x 0 百分表初始读数 ， mm； x t 龄期 t 天时百分表读数 ， ra i n 。 在测量干缩率的 同时 ， 测量各组试 件的失水量 ( 质量 减少值 ) ， 并根据式 ( 2 ) 计算各组再生混凝土 的失水率 ： ： M- = _ t- _ M o 0 0 L 1 0 0 ( 2) = ( ) I V 10 式 中： L 龄期 t 天的混凝土失水率 ， ； 试件 的初始质量 ， k g ； 龄期 t 天时试件的质量 ， 。 图 1 千缩测量方法示意图( 单位 ： mm) 2 试验 结果与分析 图2为不同水灰比下再生混凝土干缩率和失水率随 龄期变化 的实测结果 。 图 2表明在温度 、 湿度恒定 的同一 环境中， 再生粗骨料取代率同为 1 0 0 的情况下， 再生混凝 土 的干缩率和失水率都随水灰 比的增大而增 大， 且干缩 曲 线 的形状不随水灰 比的变化而变化。 由干缩率曲线的斜率比较发现， 再生粗骨料取代率为 1 0 0 的再生混凝土的干缩和失水主要分为三个 阶段 ： 第一 阶段是在试验开始后的7 d内， 干缩率和失水率均急剧增 大 ， 且增长速度随着水灰 比的增 大而增大 ； 第二 阶段 是试 验开始后 7 - 2 8 d内， 干缩 和失水 的速 度较 前一 阶段 逐渐 减慢 ， 干缩率和失水率依然不 断增大 ； 第三 阶段是 在试验 开始后2 8 - 6 0 d ， 干缩速度陡然降低， 干缩率增长变小， 而 失水速度则平稳下降 ， 至 4 5 d时 ， 失水过程基本完成 ， 4 5 6 0 d内， 试件 的质量基本不再发生变化 。 1 0 0 取代率 的再 生混凝土 7 d可 以达 到 6 0 d收缩 量 的 4 0 ， 2 8 d可达 到 9 0 左右。 谆 婿 0 0 5 1 0 一 1 5 糌 一 2 0 -3 5 4 O 一4 5 龄 期 ， d ( b ) 图2 不同水灰 t 下再生混凝土干缩率和失水率随龄期变化 图3为不同取代率下再生混凝土干缩率和失水率随 龄期变化的实测结果。 图 3表 明在温度 、 湿度恒定 的同一 环境中 ， 同一龄期 时 ， 相同水灰 比的再生混凝 土干缩率 和 失水率会随着取代率 的增大而增 大。 在干缩 的第 一阶段 ， 不 同取代率的再生混凝 土的干缩率差别不大 ， 干缩均以较 快的速率发展 ； 进 入第二 阶段 ， 三组试件 干缩速率均有 所 降低 ， 干缩率增长不大 ， 但从曲线的斜率 比较得到 ， 在第 二 阶段， 取代率成为影响干缩的主要因素， 取代率越高， 干缩 速率和干缩率越大； 第三阶段发展趋势与第二阶段相同， 只是速率和干缩率进一步减小。 干缩进行到 6 0 d时， 在相 同水灰比下 ， 1 0 0 取代率再生混凝土干缩率是普通混凝土 的 1 5 倍 。 失水率 受取代率影 响更 为明显 ， 与干缩率 曲线 相同， 再生粗骨料取代率高的试件失水率和失水速率都要 大于低取代率的试件 ， 1 0 0 取代率试件的 6 0 d失水率 是 普通混凝土的近 3倍。 图 4表明在 温度 、 湿度恒定 的同一 环境 中， 在相 同的 水灰 比和取代率下 ， 掺粉煤灰和减水 剂再生混凝土试件的 干缩率在总体趋 势上大于普通混凝土 ， 而小于未掺外加剂 7 4 龄期， d ( b ) 图 3 不 同取代率下再生混凝土干缩率和 失水率 随龄期变化 0 - 0 5 1 0 一 1 5 瓣 一 2 0 一 3 5 -4 O 一4 5 0 0 5 1 0 一 1 5 婚 - 一 2 2 0 5 H _一 3 0 3 5 4 0 4 5 l 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 O 龄 期 d ( b ) 图 4掺外 加剂 后再 生混凝 土 干缩翠 和失水 翠 随龄期 变化 的再生混凝土。 掺减水剂和粉煤灰的再生混凝土的干缩 曲 线形状不变 ， 仍按照三个 阶段收缩 的规律变化 。 掺减水剂 的再生混凝土试件各龄期失水率依然介 于普 通混凝 土和 未掺外加剂 的再 生混凝土之 间。 与未掺减水剂的再生混凝 土相比， 掺减水剂的再生混凝土 6 0 d 干缩率下降了2 3 8 8 。 掺粉煤灰后不仅减少 了再生混凝土的水泥用量 ， 降低了成 本 ， 而且有效地控制了再 生混凝 土的干缩。 相 当于未 掺粉 煤灰的再生混凝土 ， 掺 4 0 粉煤灰 的再 生混凝 土 6 0 d的干 缩率下降 了 1 3 6 2 。 3 再 生混凝土早期 干缩计算模型 与普通混凝土类似 ， 再生混凝 土干缩与水灰 比、 龄期 相关。 本试 验取水灰比、 龄期作为试验参数 ， 水灰 比分别取 0 - 3 、 0 3 5 、 0 4 、 0 4 5 、 0 5 、 0 5 5 、 0 6共 7 组试件 。 再生骨料取代 率为 1 0 0 ， 未掺外加剂及掺合料。 混凝土配合比见表2 。 表 2 再生混凝土计算配合比 k g m 实测 6 0 d内再生混凝土早期干缩值。 根据实测结果 ， 以多项式形式利用 MA T L A B做 最小二乘拟合 ， 得到再生 混凝土早期干缩计算模型 ： ( W C ) ， t = 0 0 2 2 1 0 1 8 8 1 ( W C ) 一 0 0 0 1 2 t + 0 4 9 4 5 ( W C) +2 9 9 8 2 X1 0一 t 2 0 0 0 1 5 ( W C) t 一 0 4 2 3 3 ( W C) 一 2 3 8 1 2 X1 0一 t 3+ 0 0 0 1 4( W C) t + 1 8 6 5 4 X1 0 ( W C) t ( 3 ) 式中 ： 水灰 比； 卜一 龄期 ， d 。 试验值和拟合的公式计算值对 比如图 5所示 。 O 一0 O1 _0 02 一 0 O3 0 04 O 图5再生混凝土早期干缩试验值和拟合结果 为验证本研究建立 的再生混凝土早期 干缩计算模型 ， 根据文献 1 0 ， 1 1 的试验 资料 ， 再生骨料 的吸水 率与本 文 再生骨料相近。 应用本文模型式 ( 3 ) 计算再生混凝土早期 干缩 ， 并 与其试 验结 果进行 对 比 ， 见表 3 。 由表3 可知 ， 本 表 3 再生混凝土干缩率公式计算值与试验值对 比 注： 差值是再生混凝土干缩实测值与公式计算值之差再与实测值之 比。 7 4 试验模型计算结果与文献 1 0 ， 1 1 的试验结果吻合较好， 从而证 明了本试验模型的有效性 和可靠性。 由于再生骨料 品质相差较大 ， 再生混凝土 的干缩性能差异也较大。 因此 ， 本试验模型仅适用于 I I 级再生粗骨料配制的再生混凝土。 4结论 ( 1 ) 相 同取代率下 ， 再生混凝土 的早期 干缩率和失水 率均随着水灰 比的增 大而增 大。 相 同水 灰 比下 ， 再生混凝 土的早期干缩率和失水率均 随着再生粗骨料 取代率 的增 大而增 大。 1 0 0 取代率再生混凝土 6 0 d的干缩率是普通 混凝土的 1 5倍。 ( 2 ) 再生混凝 土和普通混凝土一样 ， 龄期 7 d内干缩 速率和失水速率最大 ， 2 8 d后干缩缓慢发展 。 ( 3 ) 与未掺减水剂的再生混凝土相比， 掺减水剂的再 生混凝土 6 0 d于缩率下降 了 2 3 8 8 。 掺 4 0 的粉煤灰再 生混凝 土 6 0 d的干缩率下降了 1 3 6 2 。 ( 4 ) 根据试 验结果 回归了再生粗 骨料取代率 为1 0 0 的再生混凝土早期干缩计算模型 ， 该模 型计算结果与他人 试验结果吻合较好 。 参考文献 ： 1 S A G O EC R E N T S I L K K， B r o w n T， T A Y L O R A H P e r f o r m a n c e o f c o n c r e t e ma d e wi t h c o mme r c i a l l y p r o d u c e d c o a r s e r e c y c l od a g g r e g a t e c o n c r e t e - J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 1 ( 3 7 ) ： 7 0 7 7 1 2 1- 2 K O U S C， P O O N C S ， D i x o n C h a n I n f l u e n c e o f fl y a s h as c e m n e t r e p l a c e m e n t o n th e p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e J J o u r n a l o f M a t e r i a l s i n Ci v i l En g i n e e rin g， 2 0 0 7： 70 971 7 上接第 7 1页 损失低 于空 白试件 ， 氯离子扩散系数与标养条 件下 的试件 持平。 表明硅油能够降低混凝土 的扩 散系数 ， 并且硅油掺 量越大效果越明显 。 ( 2 ) 在干空养护条件下 ， 当有机硅 防水剂掺量为 0 5 时， 有利于降低混凝土早期的氯离子扩散系数， 当掺量为 1 0 时， 对降低后期氯离子扩散系数更明显， 并且随着掺 量的增多混凝土的质量损失越小。 但如果掺量过大将会造 成混凝土的缓凝 ， 使? 昆 凝 土的扩散系数有显 著的提高 ， 质 量损失也会 明显增大 。 ( 3 ) 在干空养护条 件下 ， 随着保水 剂掺量 的增加混凝 土试件氯离子扩散系数和质量损失均逐渐降低 ， 但如果保 水剂掺量达到 0 0 2 5 时将 影响混凝 土的密实 ， 反而不 利 于降低混凝土的氯离子扩散系数和质量损失 。 参考文献 ： 1 J E N S E N A D， C H A T T E R J I S S t a t e o f th e A r t r e p o r t o n m i c r o c r a c k i n g a n d l i f e t i m e o f c n c r e t e ： p a r t J Ma t e ri al s a n d S t r u c t u r e s ， 1 9 9 6 ， 2 9 ( 1 ) ： 3 2 8 2 3邵正明， 张超， 仲晓林， 等 国外减缩剂技术的发展与应用 J 混凝土 ， 2 0 0 0 ( 1 0 ) ： 6 0 6 3 3 大芳贺义喜， 北迁政文， 田忠礼治 再生混凝土耐久f 性的试验 研究 J 科学技术与工程 ， 2 0 0 6 ， 2 3 ( 6 ) ： 4 8 0 1 4 8 0 5 r 4- DOM1 NGOCAB O A， L AZ AR O C， LO P E ZGAYAR R E F C r e e p a n d s h r i n k a g e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e J C o n s tr u e t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 9 ( 2 3 ) ： 2 5 4 5 2 5 5 3 5 龚先兵， 刘朝晖， 李九苏 道路再生骨料混凝土耐久性试验研 究l- J 中外公路， 2 0 0 9 ， 2 9 ( 3 ) ： 2 0 0 2 0 4 1- 6 曹勇 ， 柳炳康 ， 夏琴 再生混凝土的干燥收缩试验研究 J 试验 与检测， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 1 ) ： 4 7 4 9 r 7 - 1 张健 ， 杜辉 ， 张财 ， 等 矿物掺合料和再生骨料对混凝土的收缩 性能的影0 1 - J 青岛理工大学学报， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 4 ) ： 1 4 51 5 3 8 王武祥， 刘立， 尚礼忠， 等 再生混凝土集料的研究 J 混凝土 与水泥制品。 2 0 0 1 ( 4 ) ： 9 1 2 1- 9 赵伟 绿色高强高性能再生混凝土试验研究 D 武汉 ： 武汉大 学， 2 0 0 4 1 0 R I D Z U A N A R M， D I A H A B M， H A MI R R， e t a 1 T h e i n fl u e n c e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e o n the e a r l y c o mpr e s s i ve s t r e n g th a n d d r - y i n g s h r i n k a g e o f c o n c r e t e J S t r u c t u r al E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 1 ( 2 ) ： 1 41 5 1 4 2 2 1 1 MA N D A L S ， C H A K R AB O R T Y S ， G U P T A A S o m e s t u d i e s o n d u r a b i l i t y o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e J T h e I n d i an C o n c r e t e J o u r nal 。 2 0 02： 3 8 5 3 8 8 第一作者： 张兴才( 1 9 6 3 一) ， 男 ， 副教授 ， 主要从事混凝土耐久性 的研究。 联 系地址： 江苏省南京市御道街 2 9 号( 2 1 0 0 1 6 ) 联 系电话： 0 2 5 8 4 8 9 0 6 5 5 通讯作者： 李洪明( 1 9 8 9一 ) ， 男 ， 研究生 ， 主要研究方向再生混凝 土 。 联 系电话 ： 1 5 1 9 5 9 5 0 9 1 8 3 J E N S E N O M， L U R A P T e c h n i q u e s a n d m a t e ri a l s f o r i n t e rnal w a t e r c u r i n g o f c o n c r e t e J Ma t e ri al s and S t r u c t u r e s ， 2 0 0 6 ， 3 9 ： 81 78 2 5 4 K O V L E R K S e mi o n Z h u t o v s k y O v e r v i e w a n d f u t u r e t r e n d s o f s h r i nka g e r e s e a r c h l- J Ma t e ri al s and S tr u c t u r e s ， 2 0 0 6 ， 3 9 ： 8 2 7 8 4 7 5 张巨松， 邓嫔， 等 矿物掺合料及硫酸钠对混凝土早期电导率 的影响 J 沈阳建筑大学学报， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 5 ) ： 8 1 4 8 1 8 6 3钱晓倩， 詹树林， 方明晖， 等 高性能混凝土减缩剂的研究和应 用r J 化学建材 ， 2 0 0 3 ( 7 ) ： 4 2 4 5 7 张雄 混凝土结构裂缝防治技术 M 北京： 化学工业出版社， 2 0 0 7 I- 8 刘竞 ， 邓德华， 赵腾龙 ， 等 减缩剂对水泥基材料减缩效果的研 究I- J 安徽建筑工业学院学报 ， 2 0 0 7 ， 1 5 ( 6 ) ： 6 7 7 2 第一作者 ： 陈苗( 1 9 8 3一 ) ， 女 ， 讲师。 联系地址 ： 沈阳市东陵区白塔街 3 8 0号( 1 1 0 1 6 7 ) 联系电话 ： 1 5 3 0 9 8 5 7 0 8 2 通讯作者： 张巨松( 1 9 6 2一) ， 男， 教授， 博士， 主要从事水泥混凝 土耐久性研究。 联 系电话 ： 1 8 9 4 0 0 0 2 3 6 6 75