长龄期再生粗骨料对再生混凝土弹性模量影响的试验研究.pdf

2 0 1 1年 第 1 0期 (总 第 2 6 4 期 ) N u mb e r 1 0 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 4 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE 长龄期再生粗骨料对再生混凝土 弹性模量影响的试验研究 王社 良，赵昆 ，张博 ，于洋 ( 西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ) 摘要： 通过试验及查阅研究国内外相关的文献 ， 对比分析了0 、 1 0 、 4 0 年的再生粗骨料 ， 在取代率为 0 、 3 0 、 5 0 、 7 0 、 1 0 0 时再生混 凝土的弹性模量。 通过对比试验， 研究了再生粗骨料的年代对再生混凝土弹性模量的影响， 探讨了其影响的一般规律。 研究结果表明： 再 生粗骨料年代在 l O 年以内时， 其弹性模量随取代率增大而减小的速率较大， 1 0 年以后， 其弹性模量随取代率增大而减小的速率较小。 另 外， 在不同取代率下， 再生粗骨料的年代对再生混凝土弹性模量的影响大小也是不同的。 有利于 日 后对不同年代再生混凝土的分类利用， 为进一步的研究和应用打下基础。 关键词 ： 再生粗骨料；再生混凝土；弹性模量 中图分 类号： T U5 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 1 ) 1 0 0 0 4 3 0 3 Ex pe r i m e n t a l an al y s i s t he i nf l ue n ce o f el a s t i c modul u s b as e d on di f f er e n t e r a s r e c y c l ed co ar s e a ggr eg a t es o f r e c y c l e d c onc r e t e WANG S h e l i a n g， Z HA O Ku n， ZHAN G Bo ， YU Ya n g ( C o l l e g e o f C i l a n dA r c h i t e c t u r e E n g i n e e ri n g ， Xi an U n i v e r s i t yo f Arc h i t e c tu r e a n d T e c h n o l o g y ， Xi a ll 7 1 0 0 5 5， C h in a ) Ab s t r a c t ： Ac c o r d i n g t o e x p e r i me n t and r e l e v a n t r e f e r e nc e s a t h o me a nd a b r o a d， t he e l a s t i c mo d u l u s o f r e c y c l e d c o n c r e t e o f 0 y e a r s ， 1 0 y e ars ， 4 0ye a r s of r e c yel e d c o ars e a g g r e g a t eu n d e rthe r a t e o f0t o r e pl a c e， 3 0 ， 5 0 ， 7 0 ， 1 0 0 we r e c o mp ara t i v e l y a na l y z e d Byt h i s e x p e r i me n t ， t h e i n fl ue n c e o f the a g e o f r e c y c l e d c o a r s e a g gre g a t e o n r e c y c l e d c o nc r e t e e l a s t i c mo d u l u s a nd p r o b e d i n t o t h e g e n e r a l r e g u l a r i t y of i t s i mp a c t we re s tud i e dTh e r e s u l t s s h o we d that the r e c y c l e d c o a r s e a g gre g a t e i n 1 0 y e a r s ， the r a t e o fe l a s t i c mo d u l u s de c r e a s e wi th t h e h i g h e r r e p l a c e me n t r a t i o r a t e i s hi g h e r ， 1 0 y e a r s l a t e r ， the r a t e i s l o we r I n a d d i t i o n， u n d e r d i ffe r e nt s u bs t i tut i o n r a t e ， the i n fl u e n c e o n the e l a s t i c mo d u l u s o fr e c y c l e d c o n c r e t e i s a l s o d i ffe r e n t ， wh i c h d e pe n d s o n t h e age o f r e c y c l e d c o a r s e a g gre g ate He l p f u l t o c l a s s i f i e d u s e o f d i ffe r e n t e r a s o f r e c y c l e d c o n c r e t e i n the futur eandi t wi l l l a ythef o u n d a t i o nf o rfur t h e r s tud yan d a p p l i c a t i o n Key wor ds ： rec y c l e d c oars e a g g r e g a t e； r e c y c l e d c o n c r e t e ； e l a s t i c mo d u l u s 0 引言 究， 为以 后进一步的 研究和 应用打下基础。 所谓再生混凝土技术就是将废弃混凝土块破碎 、 清洗 、 分 级后 ， 按一定的比例混合形成再生混凝土骨料( 以下简称再生 骨料) ， 然后将之部分或全部代替天然骨料， 从而配制出再生混 凝土的技术。 随着经济的发展和社会的进步， 建筑行业在我国 得到突飞猛进的发展， 相应的在其生产过程中产生的建筑垃圾 也空前增加， 建筑垃圾数量已占城市垃圾总量的 3 0 左右 ， 其 中废弃混凝土约占建筑垃圾的3 O 4 0 1 ， 所以对再生混凝土 进行研究是十分有必要和意义的， 而再生混凝土的弹性模量是 其最基本的性能指标。 对于再生混凝土的重要组成部分一再生 粗骨料 ， 我国和国外的大部分研究是关于不同取代率对再生混 凝土弹性模量影响的， 但对于不同长龄期的再生粗骨料对再生 混凝土弹性模量的影响 ， 研究的则较少 。 本试验对于不同长龄 期再生粗骨料对再生混凝土弹性模量的影响进行了初步的研 1试 验 概 况 1 1 试验原材料 水泥为 P O 3 2 5 R级； 砂为灞桥某砂场的河砂 ； 拌和水为 自来水 ； 天然粗骨料( NA) 为天然碎石， 粒径为 5 3 1 n l I T l ， 连续 级配； 孔德玉【2 J j 铂P a d m i n i t 的研究均表明， 不同强度的废旧混凝 土作为粗骨料， 其骨料的压碎指标不同， 制得的再生混凝土强 度也不同。 为了消除这一影响， 经过挑选， 试验采用强度相同的 废弃混凝土作为粗骨料 ， 废弃混凝土的强度均为 C 3 0 。 三种再生 粗骨料( R A) 分别为 ： 龄期 0年( R A 0 ) ， 该骨料由西安建筑科技 大学实验室某废弃试件破碎制得， 龄期 1 0年( R A 一 1 0 ) ， 由西安 市龙首村某拆迁建筑混凝土破碎制得， 龄期 4 0年( R A 4 0 ) ， 由 某拆迁建筑混凝土破碎制得。 以上三种材料经过人工破碎和颚 式破碎机破碎， 加工成公称粒径为 5 3 1 n l n 1 的再生粗骨料。 NA 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 4 1 8 基金项目：国家自然科学基金重大研究计划( 9 0 7 1 5 0 0 3 ) ； 国家 自然科学基金资助项 目( 1 0 9 7 2 1 6 8 ) ； 教育部高等学校博士学科点专项科研基金 ( 2 0 0 8 0 7 0 3 0 0 0 2 ， 2 O 0 9 6 l 2 O 1 2 0 0 O 5 ) ； 陕西省工业攻关项目( 2 0 0 8 K 0 7 3 1 ) ； 陕西省重点实验室项 目 ( 0 8 J Z 3 5 ， 0 9 J S 0 2 2 ) ； 国家重点实验室开放项目 ( 0 8 K F 0 2 ) ； 陕西省教育厅重点实验室访问学者项 目( 0 9 J S 0 2 3 ， 0 9 J S 0 2 4 ) ； 中国煤炭地质总局航测遥感局科技创新基金； 陕西省社发攻关项目( 2 0 1 0 K 0 1 1 2 7 ) 43 和R A的各项性能指标依据 J G J 5 2 2 o 0 6 普通混凝土用砂 、 石 质量及检验方法标准 测定 ， 基本性能见表 1 。 表 1 粗骨料的基本性能 由表 1 可知， 再生粗骨料的表观密度和堆积密度都较天然 粗骨料小， 且随长龄期的增长， 减小的幅度越来越大。 以堆积密 度为例， R A I 较 NA减小了 8 ， RA I I 较 NA减小了 1 3 2 ， 而 R A I I I 较 N A则减小了2 0 2 ， 分析可知， 这种减小趋势是近似 线性的。 同样由表可知， 干燥状态下压碎指标随着长龄期的增长 而增大， 经分析可知这种增大趋势也是近似线性的。 这两个指标 说明再生粗骨料强度的减小和再生粗骨料长龄期是近似线性的关 系， 这也在一定程度上决定了不同长龄期再生混凝土的性能。 1 2混凝 土 的配合 比 定义再生粗骨料取代率 r 为混凝土中再生粗骨料与全部粗 骨料质量比。 本研究共考虑了 5种再生粗骨料取代率， 即 r = 0 ， 3 0 ， 5 0 ， 7 0 、 1 0 0 。 r = 0时即为普通混凝土， 作为基准混凝土。 N C为天然混凝土， R为再生混凝土， R A B表示长龄期为 A、 取 代率为 B的再生混凝土， 混凝土的配合比见表 2 。 表 2 混凝土的配合比 1 3 试块的制作与试验方法 试块的制作在结构实验室进行， 再生混凝土采用人工搅拌， 依据文献 4 进行。 再生混凝土的坍落度按照 G B T 5 0 0 8 0 - -2 0 0 2 相关规定， 用标准圆锥坍落筒进行测试。 2 4 h后拆模， 在标准条件 下养护至2 8 d ， 采用静力受压方法测定其弹性模量。 共制作 1 3组 试块， 每组试块为 3 块， 试块尺寸均为 1 0 0 m m x l 0 0 m m x 3 0 0 m m。 弹性模量的测定按照文献 5 进行 ， 试验设备为一台微变形量测 仪和液压试验机 ， 液压试验机的最大量程为 2 0 0 0 k N。 2 试验结果与分析 2 1 弹性模 量 的测 定 混凝土弹性模量值按式( 1 ) 计算 ： 4 4 Ec = F a - Fo ( 1 ) A An 式中： E 混凝土弹性模量， 精确至 1 0 0 MP a ； 应力为 1 3 轴心抗拉强度时的荷载， N； 应力为 O 5 MP a时的初始荷载， N； A试件承压面积， mm ； 测量标距， mm； An =o-s0 ； n 最后一次从 加荷至 时试件两侧变形的平均 值 ， m m； s 时试件两侧变形的平均值， mm； S o 时试件两侧变形的平均值， n l r n 。 按照式( 1 ) 计算各组试块的弹 生 模量， 计算结果如表 3 所示。 表 3 不 同取代率、 不同长龄期的再生混凝土的弹性模量 2 2 结果分析 图 1为不同长龄期粗骨料再生混凝土的弹性模量 。 随取 代率 r 变化图。 、 删 融 取 代率r 图 1 再生混凝土的弹性模量 随粗骨料取代率变化 图 由图 1 分析可知， 不同长龄期的再生粗骨料对再生混凝土 弹性模量的影响大小不同， 在相同的取代率下， 再生粗骨料长龄 期越短， 其制备的再生混凝土的弹：胜模量减小值越小。 r = 3 0 时， R 0 3 0 较 NC的弹性模量 E 。 减小 1 7 ， R1 0 3 0 较NC减小 8 3 ， 而 R 4 0 3 0较 NC减小 2 5 7 ， 此时的取代率虽然不大 ， 再生混 凝土的主要是由天然骨料的性能控制的， 但是长龄期长的再生 粗骨料对再生混凝土弹性模量的影响已经比较显著了， 这说明 长龄期长的再生粗骨料其强度的降低比较大， 使其对再生混凝土 弹 漠量的劣化作用明显。 F5 O 时， R 4 0 5 0 较 R 1 0 5 0 降低 3 0 ， r = 7 0 时 ， R 4 0 7 0较 R 1 0 7 0降低约 2 0 ， r = 1 0 0 时， R 4 0 1 0 0 较R1 0 1 0 0 减小 2 7 ， 这说明当再生骨料取代率较大时， 再生粗骨 料的长龄期对再生混凝土弹 生 模量的影响趋于稳定， 即长龄期( 均 大于 l 0年 ) 不同的两种再生粗骨料 ， 当取代率较大( r 3 0 ) 时， 其在相同的取代率下， 弹性模量减小幅度基本相同。 这是因 为随取代率的增大， 再生粗骨料占总骨料的密度增大， 再生骨 料对再生混凝土性能的影响开始起到决定性的作用 ， 由表 1的 分析已知， 再生粗骨料的力学性能随其长龄期增加而近似线性 递减， 即其制备的再生混凝土强度也是平稳下降的。 文献 6 】 表明， 再生混凝土的弹性模量较普通混凝土降低约 1 5 4 0 ， 本试 验结果也基本说明了这一点。 另外， 由图中可知， 即使长龄期较 短( 1 0年 ) 的再生混凝土， 当取代率 r = 1 0 0 时， 其弹性模量的降 低也非常严重， 约 3 2 7 ， 而长龄期较长， 取代率 r = l O 0 的再生 混凝土， 其弹性模量较天然混凝土减小了近 4 9 ， 这说明对取 代率为 1 0 0 的再生混凝土， 应当注意其在实际中的应用， 以防 止弹性模量折减过多而影响结构或构件的正常使用。 3 5 3 0 皇2 5 2 0 1 5 1 0 5 O l O 2 O 3 0 4 0 龄期 年 图 2 再 生混凝土的弹性模量 随粗骨料长龄期变化图 如图 2所示 ， 取代率 r = 3 0 时 ， 再生混凝土弹性模量的减 小和再生粗骨料长龄期增大之间是近似线性的关系。 随着取 代率的增大 ， 这种线性关系逐渐消失 ， 再生混凝土弹性模量随 再生粗骨料长龄期增大而减小的速率是逐渐减小的， 且减小的 速率先快后慢。 当再生粗骨料的长龄期较短 ， 即 1 0年以内时， 随取代率的增大， 再生混凝土的弹性模量随再生粗骨料长龄期 增加而减小的幅度较大， 这说明再生混凝土的强度在开始使用的 1 0年内强度降低的较快 ， 再生粗骨料的长龄期较长 ， 即 1 0年 以后时， 随取代率的增大， 再生混凝土的弹性模量随再生粗骨 料的年增加而减小的幅度趋于平稳， 这说明再生粗骨料长龄期 在 l 0年后， 再生混凝土的弹性模量随取代率的变化较 1 0 年前的 变化率平稳， 这可能是因为混凝土使用的前 1 0 年其强度降低 的变化率比 1 0年后的大， 导致了其制做的再生混凝土的弹性 模量降低的较快， 由于本试验所采用的再生粗骨料是 0年、 l 0年， 没有 0 年和 1 0 年之间的再生粗骨料， 故对这一问题还需要以后 进一步的研究。 3结 论 ( 1 ) 再生粗骨料的表观密度和堆积密度都较天然骨料小， 再生粗骨料长龄期越长的， 表观密度和堆积密度越小 ， 且这种 减小的趋势是近似线性的。 上接第 4 2页 【 4 】王磊 ， 熊军 相变储能材料在建筑节能中的应用研究 建材世界 ， 2 0 1 0 ， 3 1 ( 3 ) ： 4 - 6 5 MA Z MA N A M， C A B E Z A L F ， ME HL I N G HU t i l i z a t i o n o f p h a s e c h a n g e ma t e r i a l s i n s o l a r d o m e s t i c h o t w a t e r s y s t e ms J R e n e w a b l e E n e r g y ， 2 0 0 9 ( 3 4 ) ： 1 6 3 9 1 6 4 3 6 】史巍 ， 侯景鹏 非理想相变控温材料防治混凝土温度裂缝 昆 凝土， 2 0 0 8 ( 7 ) ： 1 1 4 1 1 6 ( 2 ) 再生粗骨料干燥状态的压碎指标随其长龄期增大而增 大， 两者之间的关系也是近似线性的， 另外 ， 再生粗骨料较天然 粗骨料的吸水率有所增加， 不同长龄期的再生粗骨料之间吸水 率也不相同， l O年的吸水率为 1 5 ， 4 0年的吸水率 1 9 2 ， 随长 龄期增大， 再生粗骨料的吸水率也在增大， 但增幅较小。 ( 3 ) 原始强度相同的废弃混凝土所做制得的再生粗骨料 ， 其长龄期不同， 所制备的再生混凝土的弹性模量是不同。 当取代 率 r = 3 0 时， 再生混凝土的弹性模量随再生粗骨料长龄期增加 而近似线性减小， 当取代率 r 3 0 时， 这种减小关系不再是线 性的， 再生混凝土的弹性模量随再生粗骨料的长龄期逐渐减小， 且变化率先大后小。 ( 4 ) 在相同的取代率下， 长龄期越长的再生粗骨料， 其制备 的再生混凝土的弹性模量越小。 ( 5 ) 在不同的取代率下， 再生粗骨料的长龄期对再生混凝 土弹性模量影响的大小不同： 取代率 r 3 0 ， 长龄期对再生混凝土弹性 模量的影响较大。 ( 6 ) 再生粗骨料的长龄期在 1 0年以内时， 再生混凝土的弹 性模量随取代率的增大而降低的幅度很大； 长龄期在 1 0年以 后时， 再生混凝土的弹性模量随取代率的增大而降低的幅度 较小。 ( 7 ) 取代率 r = l O 0 的再生混凝土弹性模量较天然混凝土 降低非常大。 ( 8 ) 由于再生混凝土的弹性模量降低， 对于由不同长龄期 再生粗骨料所制备的再生混凝土， 要根据其弹性模量的大小来 确定其用途 ， 以防不当使用产生过大的变形对结构的安全及正 常使用造成影响。 参考 文献 ： 1 杜婷， 李慧强， 吴贤国 再生混凝土的研究现状和存在问题 J 】 建筑技 术， 2 0 0 3 ( 2 ) 【 2 】孔德玉天然与再生骨料混凝土水灰比统定则( I ) 骨料强度的影 响【 J j 建筑材料学报， 2 0 0 3 ， 6 ( 2 ) ： 1 2 9 1 3 4 【 3 】P AD MI NI A K I n fl u e n c e of p a r e n t c o n c r e t e o n t h e p r o p e i e s o f r e e 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 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 9 ( 2 3 )： 8 2 9 8 3 6 【 4 】 G B T 5 0 0 8 0 - - - 2 0 0 2 ， 普通混凝土拌合物性能试验方法标准【 s 】 【 5 】 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准【 s 】 【 6 1 叶孝恒 再生混凝土的基本力学性能叨西部探矿工程， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 2 2 3 2 2 5 作者简介 ： 联 系地址 联 系电话 王社良( 1 9 5 6 一 ) ， 男， 教授， 博士生导师。 西安市雁塔路 1 3 号 西安建筑科技大学土木工程学院 ( 7 1 0 0 5 5 ) 1 8 7 2 9 5 3 8 3 7 5 【 7 】史巍 ， 张雄 相变储能大体积混凝土的控温性能【 J 】 同济大学学报 2 0 1 0 ， 3 8 ( 4 ) ： 5 6 4 5 6 8 作者简介 联 系地 址 联 系电话 史巍( 1 9 7 3 一 ) ， 女， 博士， 副教授， 研究方向： 新型建筑材料。 吉林省吉林 市长春路 1 6 9号 东北电力大学建工学院 ( 1 3 2 0 1 2 ) 1 3 8 4 3 2 8 0 8 69 4 5