碎黏土砖粗骨料再生混凝土的强度指标换算.pdf

1l 8 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i ng 文章编 号 ： 1 0 0 3 — 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 9 — 0 1 1 8 ． 0 3 碎黏 土砖粗 骨料再 生混凝土 的强度指标换算 陈 萌 ， 宁永胜 ， 冯 国宾 ( 郑州大学 土木工程学院 ， 河南 郑 州4 5 0 0 0 2 ) 摘要 ： 对净水灰比0 ． 4 5， 不同碎黏土砖粗骨料取代率( 0 ， 2 0 ％ ， 3 0 ％和 5 0 ％) ， 不同龄期( 3 ， 7 ， 1 4和 2 8 d ) 的 1 4 4个再 生 混凝 土试件 分别进 行 了立 方体抗 压 强度 、 轴 心抗 拉 强度和 劈裂 抗拉 强度试 验 ， 基 于试 验 数 据 回 归分析得 出碎黏 土砖 粗 骨料再 生混 凝 土立 方体试 件 抗压 强度 随龄 期 和粗 骨料 取 代 率 的 变化 公 式 ， 并分 别给 出了碎 黏 土砖粗 骨料 再 生混凝 土各龄 期 轴 心抗拉 强度 与 立方 体抗 压 强度 ， 劈 裂抗拉 强度 与 立 方体 抗压 强度 ， 以及 轴 心抗拉 强度 与劈 裂抗拉 强度 的换 算 关 系。 关键 词 ： 再 生混凝 土 碎 黏 土砖粗 骨料 立方体 抗 压强度 轴 心抗 拉 强度 劈裂抗 拉 强度 中图分 类号 ： T U 5 2 8 ． 1 文 献标 识码 ： A D O I ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 3 — 1 9 9 5 ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 3 3 普通 混凝 土涉 及 到砂 石 等 自然 资 源 的 过量 开 采 、 高能耗和废旧再处理 的问题。此外 ， 地震和城市拆迁 等产生的建筑垃圾也对环境带来 了较大的负面影 响， 上述 问题 推 动 了建 筑垃 圾 的再 利 用 。为 此 ， 研 究 人员 就 建筑 垃圾 的 再 循 环 利 用 展 开 了多 方 面 的研 究 ， 以破碎 的再 生混凝 土 骨料代 替 天然骨 料制 成 的再生 混 凝 土为 主要 研究对 象 ， 深入 研究 吸水 率 、 再 生混 凝土 骨 料 的形状和尺寸 、 杂质和化学成分等对再生混凝土特 性 的影 响 。 随着大量研究工作的开展和现代混凝土技术的进 步 ， 再 生混 凝 土 被 广 泛 应 用 于 多 层 房 屋 结 构 工 程 中。 除 了废 弃 混凝 土骨 料 ， 碎 黏 土砖 粗 骨 料 也是 建筑 垃 圾 的 主要成 分之一 。和再 生 混 凝 土 骨 料相 比 ， 其 吸水 率 大 ， 强度低 ， 所含杂质较多， 因而 ， 其 尚未 当作一种 良好 的再 生循 环材 料 。近年来 ， 我 国 和欧 美 国家 对 碎 黏 土 砖骨料再生混 凝土立 方体抗 压强度 、 抗 折强度 等力 学性能进行了研究 ， 而对立方体抗压强度 、 劈裂抗拉 强 度 和 轴 心 抗 拉 强 度 等 强 度 指 标 之 间 的换 算 关 系研 究 较 少 。 为 了加 快 碎 黏 土 砖 粗 骨 料 的 循 环 再 利 用 进 程 ， 使 其 尽 早 应 用 于 道 路 工 程 和 房 屋 结 构 工 程 中， 本文对净水灰比一定 ， 不 同碎黏土砖粗 骨料取代 率 ( 0 ， 2 0 ％ ， 3 0 ％ 和 5 0 ％ ) ， 不 同 龄 期 ( 3 ， 7， l 4 和 2 8 d ) 的 再 生 混 凝 土 试 件 分 别 进 行 了 立 方 体 抗 压 强 度 、 轴 心抗 拉 强 度 和 劈 裂抗 拉 强 度 试 验 ， 探 讨 了 碎 黏 土砖粗骨料再生混凝 土各龄期 的强度指标之间的换 算 关 系 收稿 日期 ： 2 0 1 5 一 O 1 ． 2 O； 修回 日期 ： 2 0 1 5 - 0 7 - 2 0 作者简介 ： 陈萌( 1 9 6 9 一 )， 女， 河北吴桥人 ， 教授 ， 博士 。 1 碎黏土砖粗骨料再生混凝土 的配合 比 碎黏土砖粗骨料抗压强度符合 MU 1 0的规定要 求 ， 碎黏 土砖粗 骨料 和 天 然 骨料 的主 要 技 术性 能 指 标 如表 1所 示 。 再 生 混 凝 土 中砂 的 表 观 密 度 为 2 6 4 0 k g ／ m ， 含水 率为 1 ％ ； 3 2 ． 5级 水泥 的密度 为 3 ． 1 g ／ c m 。 。 表 1 碎黏土砖骨料与天然骨料的主要技术指标 4组试 样分别 编号为 R 0 ， R 2 0 ， R 3 0和 R 5 0 ( 碎黏 土砖粗骨料取代率分别为 0， 2 0 ％ ， 3 0 ％和 5 0 ％) ， 4组 的净水灰 比均为 0 ． 4 5 ， 再生混凝 土 目标 强度 等级 为 C 3 0 ， 配合 比设 计如 表 2所 示 。 表 2 碎 黏土砖粗骨料再生混凝土的配合 比设计 k g ／ m 2碎黏土砖粗骨料再生混凝 土强度试 验 2 ． 1立方体 抗压 强 度试验 对 4种 不 同龄期 ( 3 ， 7， 1 4和 2 8 d ) ， 4种 不 同碎 黏 土砖 粗骨 料取代 率 ( 0 ， 2 0 ％ ， 3 0 ％ 和 5 0 ％ ) 的混 凝 土试 件 ( 1 0 0 m m1 0 0 m l T l 1 0 0 mm) 进 行 了立 方 体抗 压 强 2 0 1 5年第 9期 陈 萌等 ： 碎黏土砖粗骨料再 生混凝 土的强度指标换算 1 1 9 度试 验 ， 试 件 1 6组 ， 每 组 3个 ， 共计 4 8个 试 件 。试 件 在压 力 试 验 机 上 连 续 均 匀 加 载 ， 加 荷 速 度 0 ． 5～0 ． 8 MP a ／ s ， 测 得 试 件 的 破 坏 荷 载 。 考 虑 尺 寸 换 算 系 数 0 ． 9 5 ， 由式 ( 1 ) 求得 混凝 土立 方体 试件 的抗 压强 度 。 = F ／ A ( 1 ) 式中 ： 为混凝土立方体试件抗压 强度 ， MP a ； F为试 件破 坏 荷载 ， N； A为试 件 承压 面积 ， m m 。 2 ． 2轴 心抗 拉强 度试 验 轴心受拉试件尺寸 1 0 0 mm1 0 0 m m3 8 0 m m， 其 两 端 截 面 中 心 位 置 处 各 预 埋 一 根 长 2 3 0 m m 直 径 1 2 m m的 H R B 3 3 5钢筋。在试模的左右端部各依次设 置 2 0 m m 厚 泡沫块 、 1 0 0 mm1 0 0 m m 瓷砖 、 5 0 m m 厚 泡沫块和 1 0 0 m m1 0 0 m m瓷砖 ， 在泡沫块和瓷砖的 中心位置预埋钢筋 ， 以保证 两端预埋钢筋 同心且与试 件的中线重合 ， 如图 1所示 。 图 1 轴 心受 拉试 件 对 4种不 同龄期 ( 3 ， 7 ， 1 4和 2 8 d ) ， 4种 不 同碎 黏 土砖粗骨料取代率( 0 ， 2 0 ％ ， 3 0 ％和 5 0 ％) 的混凝土试 件进行了轴心抗拉强度试验 ， 试件有 l 6组 ， 每组 3个 ， 共计 4 8个试 件 。 试件浇注并养护至所需龄期后 ， 在万能试验机上 连续均匀加载 ， 加荷速度 0 ． 0 1 2～ 0 ． 0 3 6 k N ／ s 。 2 ． 3劈 裂抗 拉 强度试 验 对 4种不 同龄期( 3 ， 7 ， 1 4和 2 8 d ) ， 4种不 同碎黏 土砖 粗 骨料 取代 率 ( 0 ， 2 0 ％ ， 3 0 ％ 和 5 0 ％ ) 的混 凝 土试 件进行了劈裂抗拉强度试验 ， 试件有 l 6组 ， 每组 3个 ， 共计 4 8个试 件 。 劈裂抗拉试件尺寸 1 5 0 m m X 1 5 0 mm1 5 0 m m， 在 压力 试验 机上 连续 均 匀加 荷 ， 加荷 速 度 0 ． 0 5～0 ． 0 8 M Pa ／s 。劈裂 抗拉 强度 按式 ( 2 ) 计 算 。 = 0 ． 6 3 7 F I A ( 2 ) 式中： 为混凝土劈裂抗拉强度 ， MP a ； F为试件破坏荷 载 ， N； A为试 件劈 裂 面面 积 ， m m 。劈 裂 抗拉 强 度 计算 精确 至 0 ． 0 1 MP a 。 3结果与分析 3 ． 1试验 结 果 R 0 ， R 2 0 ， R 3 0和 R 5 0混凝土试件的立方体抗压强 度、 轴心抗拉强度和劈裂抗拉强度试验结果如表 3 、 表 4和表 5所示 。 表 3立方体 抗压强度试验结果 M P a 3 ． 2 碎 黏土 砖粗 骨料 再 生混凝 土立 方体 抗压 强度 由表 3可知 ， 各个 龄 期 的碎 黏 土砖 粗 骨料 再 生 混 凝土抗压强度低于天然混凝 土( 粗骨料取代率为 0 ) 。 龄期一定时随着取代率 的增大 ， 相应的抗压强度随之 减小。与天然混凝土相 比， 在 2 8 d龄期时 ， 粗骨料取 代率 2 0 ％ ， 3 0 ％ 和 5 0 ％ 的立方 体抗压 强度分别下 降 1 5 ％， 1 8 ％和2 4 ％ ， 与文献[ 8 ] 给出的下降 2 0 ％结果相 一 致 。 基于试验数据 ， 回归得 出碎黏土砖 粗骨料再生混 凝土立方体抗压强度随龄期和碎砖粗骨料取代率的变 化公 式 为 ： ( t )=( 0 ． 2 6 1 n t +0 ． 1 4 ) ( 0 ． 9 3—0 ． 3 3 x ) f o 式中： ： ( t ) 为龄期 t 的再生混凝土立方体抗压强度， MP a ； 为标准养护龄期， d ； 为碎砖粗骨料取代率 ； 。 为龄 期 2 8 d的天然混凝 土立方体抗 压强度 。 4 8个立方体试件抗压强度试验数据与公式( 3 ) 计 算值之 比的平均值 ：1 ． 0 0 8 ， 标准方差 o r =0 ． 0 5 3 ， 变 异系数 6=0 ． 0 5 2 ， 试验样本数 n= 4 8 。 3 ． 3碎黏 土砖 粗 骨料 再 生 混 凝 土 轴 心 抗拉 强度 与 立 方体 抗压 强 度的换 算 对于不同碎黏土砖粗骨料取代率 的再生混凝土， 随着龄期的增加 ， 在抗压强度增加 的同时 ， 其轴心抗拉 强度也随之增加 ， 但增加的速率逐渐减小。当碎黏土 砖粗骨料取代率为 2 0 ％时 ， 随着龄期 的增加 ， 轴心抗 1 2 0 铁道建筑 拉 强度 也 由 1 ． 3 5 ， 1 ． 7 2 ， 2 ． 0 0 MP a ， 逐 渐 增 加 到 2 ． 1 7 MP a ， 但轴 心 抗 拉 强 度 与 抗 压 强 度 之 比则 由 0 ． 1 0 8 ， 0 ． 0 8 8 ， 0 ． 0 7 8逐渐 减小 到 0 ． 0 7 3 ⋯ 。 基 于试 验数 据 ， 回归 得 出各 龄 期 碎 砖粗 骨 料 再 生 } 昆凝土轴心抗拉强度与立方体抗压强度 的换算 公式 ( 4 ) 。公 式 ( 4 ) 拟合 优度 的确 定 系数为 0 ． 9 4 2 。 ( t )=0 ． 3 ： ( t ) ( 4 ) 式 中 ： ( t ) 为 龄 期 t 的 再 生 混 凝 土 轴 心 抗 拉 强 度 ， MP a。 3 ． 4碎黏 土砖 粗骨 料 再 生 混 凝 土劈 裂 抗 拉 强 度 与立 方体抗压强度的换算 碎黏土砖粗骨料再生混凝土的劈裂抗拉强度与立 方体抗压强度之间的关系见 图 2 。对于不 同碎黏土砖 粗骨料取代率的再生混凝土 ， 抗压强度增加的同时， 其 劈裂 抗拉 强 度 也 随之 增 加 ， 但 增 加 的速 率 逐 渐 减 小 。 对于不同碎黏土砖粗骨料取代率 的再生混凝土 ， 其 3 ， 7 ， 1 4和 2 8 d的劈 裂 抗 拉强 度 与 立方 体 抗 压 强 度 之 比 则 由 0 ． 0 9 7 ， 0 ． 0 8 4 ， 0 ． 0 7 4逐渐 减小 到 0 ． 0 7 2 。 重 稍 蝠 欲 图 2 劈拉 强度与立方体抗压强度 的关系 基于 试验数 据 ， 回归 得 出各 龄 期 碎 砖 粗 骨料 再 生 混凝土立方体抗压强度 与劈裂抗拉 强度的换算公式 ( 5 ) 。公式 ( 5 ) 拟合优度的确定系数为 0 ． 9 6 6 。 ( f )=0 ． 2 ： ( t ) ( 5 ) 式 中 ： ( t ) 为 龄 期 t的 再 生 混 凝 土 劈 裂 抗 拉 强 度 ， M P a。 3 ． 5 碎 黏土砖 粗 骨 料再 生 混 凝 土 劈 裂抗 拉 强度 与 轴 心 抗拉 强度 的换 算 对于不同碎黏土砖粗骨料取代率 的再生混凝土， 3 d 龄期时 ， 劈裂抗拉强度均低 于轴心抗拉强度 ； 随着 龄期 的增 长 ， 劈裂 抗 拉 强度 与 轴 心 抗 拉 强度 的 比值 逐 渐增加。2 8 d龄期 时 ， 4种取代 率 ( 0 ， 2 0 ％ ， 3 0 ％ 和 5 0 ％ ) 再 生 混凝 土的 劈裂 抗 拉 强度 与 轴 心抗 拉 强度 之 比分别 为 1 ． 0 2 ， 1 ． O 0 ， 0 ． 9 9和 0 ． 9 9 。 基 于试 验数据 ， 回归 得 出各 龄 期劈 裂 抗 拉 强 度 与 轴 心抗 拉强 度 之 比与 龄期 的换 算 公式 ( 6 ) 。公 式 ( 6 ) 拟 合优 度 的确定 系数 为 0 ． 8 7 9 。 ( t ) ／ f , ( ) =0 ． 0 4 1 n t +0 ． 8 6 ( 6 ) 4 结 论 对 4种 碎黏 土砖粗 骨料 取代 率 的再 生 混凝 土试 件 分 别进 行 了 4个 龄期 的抗 压 强度 、 轴 心抗 拉 强 度 和 劈 裂 抗拉 强度 试验 ， 得 出 了以下结 论 ： 1 ) 从碎 黏 土 砖 粗 骨 料 再 生 混凝 土 的 强 度 及 工 作 性 两 个方 面考 虑 ， 建 议 道 路工 程 和 房 屋 结构 工 程 碎 砖 粗骨料取代率控制在 3 0 ％( 含) 以下。 2 ) 回归得 出碎 黏 土砖 粗 骨 料 再 生 混 凝 土 立 方 体 抗压 强度 随龄 期和碎 砖粗 骨料 取代 率 的变化公 式 。 3 ) 给 出 了各 龄 期 碎砖 粗 骨 料 再 生 混 凝 土 轴 心 抗 拉强 度 与立方 体抗 压 强度 、 劈裂 抗 拉 强 度 与立 方 体 抗 压强度 ， 以及各龄期碎黏土砖粗骨料再生混凝 土轴心 抗拉 强度 与劈 裂抗 拉强 度之 间 的换 算公 式 。 参 考 文 献 [1] 肖建 庄 ， 兰 阳． 再生混凝 土单 轴受拉性 能试验 研究 [ J ] ． 建 筑材料学报 ， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 1 5 4 — 1 5 9 ． [ 2] 肖建庄 ， 李佳彬 ． 再生混 凝土 强度指标 之 间换 算关 系的研 究[ J ] ． 建筑材料学 报 ， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 1 9 7 — 2 0 1 ． [3] Y A N G J ． D U Q． B A O Y W． C o n c r e t e w i t h C o n c r e t e A g g r e g a t e a n d C r u s h e d C l a y B r i c k s [ J ] ． C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e — r i a l s ， 2 0 1 1 ， 2 5( 4) ： 1 9 3 5 - 1 9 4 5 ． [ 4] R A H A L K ． Me c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e w i t h R e c y c l e d C o a r s e A g g r e g a t e [ J ] ． B u i l d i n g E n v i r o n m e n t ， 2 0 0 7 ， 4 2( 1 ) ： 40 7— 41 5． [5] N I X O N P J ． T h e U s e o f Ma t e r i a l s f r o m D e m o l i t i o n i n C o n — s t r u c t i o n [ J ] ． R e s o u r c e s P o l i c y ， 1 9 7 6 ， 2 ( 4 ) ： 2 7 6 — 2 8 3 ． [6] X I A O J Z ． L I J B ． Z HA N G C ． O n R e l a t i o n s h i p s b e t w e e n t h e Me c h a n i c a l Pr o p e r t i e s o f Re c y c l e d Ag g r e g a t e Co n c r e t e： An O— v e r v i e w [ J ] ． Ma t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 0 6 ， 3 9 ( 6 ) ： 6 5 5 — 6 6 4 ． [ 7] 宗兰 ， 余倩 ， 张士萍 ， 等． 碎砖 类骨料 再生 混凝土 的力学性 能研究 [ J ] ． 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 6 ) ： 5 2 — 5 4 ． [ 8] D E B I E B F ． K E N A I S ． T h e U s e o f C o a r s e a n d F i n e C r u s h e d B r i c k s a s A g g r e g a t e i n C o n c r e t e [ J ] ． C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d — i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 8， 2 2 ( 5)： 8 8 6 — 8 9 3 ． [ 9] 陈萌 ， 毕苏萍 ． 废弃碎砖 再生混 凝土 配合 比设 计与早 期强 度试验 [ J ] ． 混凝 土与水 泥制品 ， 2 0 1 4 ( 4 ) ： 8 7 — 8 9 ． [ 1 0 ] 中华人民共和 国建设部． G B ／ T 5 0 0 8 1 --2 0 0 2 普通混凝 土 力学性能试验标准方法 [ S ] ． 北 京 ： 中国建 筑工业 出版社 ， 2 0 03． [ 1 1 ] 金 昌， 王雪 萍 ， A K I N K U R O L E R E O O ． 再 生混 凝 土力 学 性 能指标换算关 系试验研究 [ J ] ． 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 1 1 ) ： 3 7 — 3 9 ． ( 责任 审编葛全红)