施工条件对再生混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 1年 第 1 2期 (总 第 2 6 6 期 ) Nu mb e r 1 2 i n 2 0 1 l ( T o t a l No 2 6 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE 0RETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 1 2 0 1 1 施工条件对再生混凝土性能的影响 张鸿儒 ，赵羽习 ，马开宇 ( 1浙江大学 建筑工程学院， 浙江 杭州 3 1 0 0 5 8 ；2 广厦建设集团有限责任公司， 浙江 杭州 3 1 0 0 1 3 ) 摘要： 研究了不同施工条件下再生混凝土性质 ， 并与原生混凝土对比。 本研究设置了三种不同的施工条件， 即再生粗骨料是否预吸水 、 振捣密实程度及养护方式 ， 同时考虑四种不同的再生粗骨料取代率的影响； 通过测试施工期新拌再生和原生混凝土的坍落度、 含气量， 以 及结硬后再生和原生混凝土的 2 8 d 抗压强度 、 渗气性 、 密实性、 均匀性等， 探究不同施工条件、 不同再生粗骨料取代率对于再生混凝土施 工期性能及力学性能等的影响规律， 并与原生混凝土进行对比。 试验结果表明： 再生粗骨料取代率以及施工条件对再生和原生混凝土的性 质都有较大 的影响 。 关键词： 再生混凝土；施工条件 ；正交试验 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 2 0 0 3 4 0 3 I nf l u en ce of c on s t r u c t i o n c ondi t i ons on pr op er t i e s of r e c yc l e d c onc r e t e ZHANG Ho n g - nI Z HA0 Yu x i M aKa i - yu ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ， Z h e j i a n g U n i v e r s i ty， H a n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ， C h i n a 2 G u a n g s h a C o n s t r u c t i o nG r o u pC o ， L t d ， H a n g z h o u 3 1 0 0 1 3 ， C h i n a ) Ab s t r a ct： P r o p e i e s o f r e c y c l e d c o n c r e t e ( R C) u s i n g r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e ( RC A) c o n s t r u c t e d u n d e r d i ff e r e n t c o n s t r u c t i o n c o n d i t i o n s w e r ei n v e s t i g a t e d F o u r d i ff e r e n t c o n c r e t e mi x e s c o n t a i n i n g 0( No r ma l c o n c r e t e ， NC) ， 2 5 ， 5 0 a n d1 0 0 R C A( R e c y c l e d c o n c r e t e ， R C) wi t h s i l i c a f u me ， fly， s l a g， a n d s u p e r p l a s t i c i z e r we r e c a s t Sl u mp a n d g a s c o n t e n t o f fl e s h NC a n d RC we r e mo n i t o r e d d uri n g c a s t i ng pe r i o d Co mp r e s s i v e s t r e n g t h， o x y g e n p e rm e a b i l i ty a n d u l t r a s o n i c v e l o c i ty we r e t e s t e d a f t e r t h e h a r d e n i n g o f s p e c ime n s T h e r e s u l t s s h o w tha t p r o p e g i e s o f b o t h NC a n d RC a r e i n flu e n c e d l a r g e l y by t he p e r c e n t a g e r e p l a c e me n t o fr e c y c l e d c oa r s e a g gre g a t e a nd a l s o t h e c o n s t r u c t i o n c o n d i t i o ns Key wor ds ： r e c y c l e d c o n c r e t e ； c o ns t r u c t i o n c o n d i t i o n s ； o h o g o n a l t e s t d e s i g n 0 引言 棱 柱体抗压强度， 来表征其力学性能。 将废弃混凝土经过粉碎、 筛选后用作再生粗骨料来制成再 生混凝土 ， 是变废为宝、 建设环境友好型工程 、 发展绿色建筑业 的合理途径之一 ， 既减少了建筑垃圾的排放， 又为新的建筑工 程提供了大量原材料， 同时减少了对用作垃圾填埋场的土地的 需要 ， 节约了日益紧张的土地资源。 目前 ， 国内外学者针对再生混凝土应用的可行性已进行了 大量的试验研究 ， 但这些研究大部分只侧重于研究再生混凝土 的力学性能， 而对再生混凝土早龄期性能以及不同施工养护条 件对于再生混凝土后期力学性能和耐久性能的影响规律研究 得较少。 本试验通过设置四种影响因素， 包括再生粗骨料取代 率 、 再生粗骨料的预吸水处理、 振捣密实程度 、 养护条件 ， 探究 施工养护条件及再生粗骨料取代率对于再生混凝土性质的影 响规律， 试验设计采用了正交试验设计方法。 通过测试施工期新 拌再生和原生混凝土的坍落度和含气量来检测其施工和易性 ； 对于结硬后的再生和原生混凝土试块， 通过测试渗气性来检测 其抗锈性能； 通过测试超声波在试块中的传播速度及传播速度 的方差值， 来表征再生和原生混凝土试块的密实性和均匀性 ； 在 不同的养护环境中养护 2 8 d后， 测试再生和原生混凝土试块的 1 试验概 况 1 1 试验 材料 再生粗骨料( R C A) 由原始强度为 C 3 0的混凝土经鄂式破碎 机破碎而成， 破碎后用 2 0 m i l l 筛和 5 mm筛手工过筛 ， 粗骨料粒 径为 5 2 0 mm， 且级配良好。 原生粗骨料( NC A) 采用商品瓜子片。 R C A与 NC A的部分重要物理性质详见表 1 。 表 1 R C A与 N CA部分物理性质对比 通过对比表 1 所列出的R C A与 N C A的部分重要物理性质， 不难看出， R C A的密度比NC A低， 而质量吸水率比NC A高出 很多。 据此可以推断， 再生粗骨料可能具有疏松多孔的结构， 这 可能与再生粗骨料中存在附着老水泥砂浆有关。 另外 ， 肉眼观 察到 R C A表面粗糙不平且有可见裂缝， 这也在一定程度上导致 了 R C A较大的质量吸水率。 细骨料采用细度模数为 2 6的天然中砂； 减水剂采用由浙汀 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 6 - 0 1 基金项目：国家大学生创新性试验计划课题( 4 9 2 7 ) ； 浙江省建设厅项 目( 1 0 1 1 ) ； 浙江省科技厅项 目 ( 2 0 1 0 C 2 5 0 7 0 ) 3 4 华威建材厂生产的HW 1 型高效减水剂， 减水率为 1 8 。 1 2 试验配合比设计 根据R C A的取代率不同， 设计共四种混合物， 编号 A 0 ， A 2 5 ， A5 0和 A1 0 0 。 原生和再生混凝土的设计强度均为 3 0 MP a ， 根据 现行 J G J 5 5 -2 0 0 0 ( 普通混凝土配合比设计规程 ， 确定水胶比 为 0 5 5 。 应强调的是， 这里的水灰比中的水是指总的用水量， 在 实际施工时， 对每种混合物 ， 总水量分为两部分 ， 一部分用于 R C A预吸水， 另一部分则为搅拌时加入的自由水。 另外， 考虑到 R C A吸水率偏大， 适当增加了单位体积用水量， 在可调范围内 ( 5 ) 增至 1 5 5 k g m3 。 四种混合物每立方米的水泥用量均为2 0 7 k g ， 粉煤灰和矿渣 用量均为 5 2 ， 硅粉 3 5 ， 高效减水剂 0 8 3 3 k g 。 其他原材料 的用量见表 2 。 1 3 正交试 验方 案设计 为减少工作量， 同时保证所获试验数据的科学性和完整性， 采用正交试验方案设计方法。 本试验的正交试验设计方案详见 表 3 ， 根据正交试验设计规则 ， 本试验共有 8 种不同类型的试块。 需说明的是 ， 预吸水处理中， R C A的预吸水率按表 1 数据采用， 即 2 ； 振捣密实程度的两个水平为充分振捣和不充分振捣， 均 以振捣时间来控制 ， 前者为振捣 7 0 S ， 后者为振捣 3 0 S o 养护方 式有两种 ， 一种是暴露在大气中浇水养护( 简称“ 普养” ) ， 另一 表 2 试验配合比设计 水 胶 比 率 R C 种为包塑料布浇水养护( 简称“ 塑养” ) 。 1 4试验 方法 1 4 I 新拌混凝土 用坍落度筒测试新拌再生和原生混凝土的坍落度， 表征其 施工和易性。 新拌混凝土采用新拌混凝土含气量测试仪测试其 含气量。 1 4 2 结硬混凝土 经过 2 8 d养护后， 测试 8 种混凝土试块的渗气性、 密实性、 均匀性和棱柱体抗压强度。 试块的渗气性用 Au t o c l a m测试仪 测得。 通常情况下， 超声波在密实性较好的介质中传播速度较快， 因此用超声波在混凝土试块中的平均传播速度可以表征其相 对密实性； 而超声波在试块不同位置的传播速度的方差可以表 征试块的相对均匀性。 超声波试验中， 在每个试块的一对非浇筑 面上选取五组测试点， 用以测试同一试块不同位置处的超声波 速。 五组测试点的分布位置见图 1 。 表 3 正交试验方案设计 图 1 超 声波试验 中五组测试点的分布位置示意图 使用万能试验机测试 2 8 d棱柱体抗压强度时 ， 应保证所 有试块都已自然干燥 ， 防止试块湿度对压力试验结果造成较大 影响 。 2 试验结果 8 种混凝土试块各项试验的原始数据见表 4 、 5是根据正交 试验设计数据处理方法处理后的试验数据。 应当指出的是， E这一空因素本身并无实际意义， 但是按照 正交试验设计的规则， E所对应的极差 R的大小可以反映试验 相对误差的大小 ， 因而有助于更科学地分析试验结果。 表 4 8种类型试块各项试验原始数据 3 5 表 5 按正交试验数据处理方法处理后的数据 3 讨 论 3 1 新拌混凝土 3 1 1 坍落度 ( 1 ) 各因素对坍落度的影响从大到小依次为： R C A取代率 预吸水处理 振捣密实程度。 ( 2 ) 随 R C A取代率的增加 ， 再生混凝土的坍落度减小。 这 可能是由于 R C A颗粒的内部孔隙率远远大于NC A， 从而在搅 拌时吸收的水分也较多 ， 争夺了与水泥作用的水分使水泥浆量 少质稠， 进而导致坍落度的减小。 另外 R C A与 NC A相 比表面 更为粗糙 、 棱角更尖锐， 这会使骨料之间摩擦力增大 ， 也会减小 坍落度。 ( 3 ) 不预吸水的试验组坍落度 比预吸水的大 ， 与预期结果 相反。 由于各试验组的总用水量是相等的， R C A预吸的水分大 多存留于 R C A颗粒的内部开n：f h 隙， 无法与水泥作用形成水泥 浆， 因而用于形成水泥浆的自由水减少， 水泥浆量少且稠 ， 就有 可能导致骨料之间的润滑不足， 从而使对应的预吸水再生混凝 土坍落度较小。 3 1 2 含气量 ( 1 ) 各因素对含气量的影响从大到小依次为 ： 振捣密实程 度 R C A预吸水处理 R C A取代率。 ( 2 ) R c A取代率似乎对新拌再生混凝土的含气量影响不大。 可能是用含气量测试仪进行测量时， 加压的过程相对而言比 较迅速 ， 气体来不及进入被砂浆包裹的粗骨料， 试验结果受到 影响。 ( 3 ) 充分振捣的新拌再生混凝土含气量比不充分振捣的小， 符合预期。 3 6 ( 4 ) 使用预吸水 R C A的再生混凝土含气量 比使用不预吸 水 R C A的再生混凝土含气量小， 可能是因为 R C A经较长时间 预吸水处理吸水饱和， 其内部开孑 L 孔隙被水充满， 排气较充分。 3 2结硬 混凝 土 3 2 1 渗气性 ( 1 ) 各因素对渗气性的影响从大到小为 ： R C A取代率 振 捣密实程度 预吸水处理 养护条件。 ( 2 ) 由表 5中空因素 E对应的极差 R较大可知 ， 本试验结 果的试验误差不可忽略。 ( 3 ) 编号 1 4的混凝土试块均为充分振捣的试块， 根据这几 种试块的试验数据，可以看出随 R C A取代率增大 ， K 增大， 即 对应试块的抗渗洼越差， 内部结构越疏松。 ( 4 ) 充分振捣可使混凝土内部结构更加致密， 因此对应的 混凝土试块 较小 ， 即抗渗性较好。 ( 5 ) R C A预吸水可能会改善混凝土内部胶凝体的流动陛， 使 混凝土微结构更加致密， 抗渗性更好。 ( 6 ) 本试验中， 养护条件对渗气性的影响不大， 可能是因为 设置的两种养护方式本身相差不大。 3 2 2 超声波在混凝土试块中的平均传播速度 ( 1 ) 各因素对超声波在试块中平均传播速度的影响从大到 小依次为： R C A取代率 养护条件 振捣密实程度 R C A预 吸水处理 。 ( 2 ) R C A取代率为 2 5 、 5 0 、 1 0 0 的再生混凝土试块中， 超声波平均传播速度比原生混凝土依次低 4 9 、 7 0 和 1 0 0 。 这可能是因为 R C A颗粒本身具有疏松多孔的结构且密度较 小， 而超声波在密度较小且多孔的介质中传播速度会降低。 下转第4 4页 掺人膨胀反而会使混凝土的抗裂性能变差。 参考文献 ： 【 1 】阎培渝现代混凝土的特点 昆 凝土， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 3 - 5 2 1 BE RRY E E， MALHOTRA V MF l y a s h f o r u s e i n c o n c r e t e A c r i t i c a l r e v i e w J AC I J ， 1 9 8 2 ， 2 ( 3 ) ： 5 9 7 3 3 1 L ANGAN B W ， WENG K， WARD M A Ef f e c t o f s i l i c a f u me a n d fly a s h o n h e a t o f h y d r a t i o n o f p o r t l a n d c e me n t J C e m C o n c r R e s ， 2 0 0 2 ( 3 2 ) ： 1 0 4 5 -1 0 51 4 】WA NG J L， NI U K M， YA N G Z F E f f e c t s o f f l y a s h a n d g r o u n d g r a n u l a t e d b l a s t f u r n a c e s s l a g o n p r o p e r t i e s o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e J K e y E n g Ma t e r ， 2 0 0 9 ( 4 0 5 ) ： 2 1 9 2 2 5 【 5 MA L HO T R A V M D u r a b i l i t y o f c o n c r e t e i n c o r p o r a t i n g h i g h - v o l u m e o f l o w c a l c i u m fl y a s h J C e m C o n c r C o m p ， 1 9 9 0 ， 1 2 ( 4 ) ： 2 7 1 - 2 7 7 上接 第 3 6页 ( 3 ) 包塑料布浇水养护可能会使水分蒸发速度减慢 ， 使水 化更充分 ， 因而对应的混凝土试块更加密实， 超声波的平均传 播速度也更大。 ( 4 ) 充分振捣可使混凝土的内部结构更加致密， 因此对应 的混凝土试块中超声波传播更快。 ( 5 ) 预吸水处理对于超声波速的影响不大， 分析可能是由 于两种养护条件都提供了足够的水分， 在很大程度上弥补了引 入非预吸水 R C A而导致的缺陷， 使预吸水处理这一因素的影响 不 明显 。 3 2 _ 3 超声波速的方差 五点超声波速的方差可表征混凝土试块的内部结构均匀性。 ( 1 ) 各因素对五点超声波速方差的影响从大到小依次为： R C A取代率 预吸水处理 振捣密实程度 养护条件。 ( 2 ) 随 R C A取代率增大， 五点超声波速方差增大， 表明试块 的内部均匀性变差， 这可戗是由于R C A本身f生 质的离 -性谴成的。 ( 3 ) R C A预吸水处理可改善 R C A的流动性 ， 从而使骨料更 均匀地分布在混凝土试块中， 因而改善了试块的内部结构均匀性。 ( 4 ) 充分振捣的混凝土试块内部均匀性优于不充分振捣的， 因为充分振捣可使 内部胶凝体更易于裹挟其他成分一起流动， 从而使试块内部均匀性得到改善。 ( 5 ) 养护方式对试块 内部均匀性无太大影响， 可能是因为 两种养护方式本身差异不大。 3 2 4 轴心抗压强度 ( 1 ) 各因素对 2 8 d轴心抗压强度的影响由大到小依次为 ： R C A取代率 振捣密实程度 预吸水处理 养护条件。 ( 2 ) R C A取代率并未按预期规律影响再生混凝土的轴心抗 压强度， 试验结果表明， 5 0 取代率的再生混凝土的轴心抗压强 度最大。 此外， 1 0 0 取代率的再生混凝土与其他各组试件相比， 在任何设定条件下都是强度最低的。 ( 3 ) 充分振捣可使混凝土试块内部结构致密， 因此其轴心 抗压强度高于不充分振捣的试块。 ( 4 ) 预吸水处理可能会改善内部胶凝体的流动性， 因此对 应的再生混凝土结构更致密， 有承受更强荷载的潜能。 这一结果 与超声波测密实性试验的结果相吻合。 ( 5 ) 暴露在空气中浇水养护的试块轴心抗压强度略高于盖 塑料布浇水养护的试块 ， 这与预期不符 ， 因为理论上后一种养 护方式可以让水泥水化更充分。 分析造成这一结果的可能原因 是做试验时没有保证试块内部也是自然干燥的状态 ， 从而使试 验结果的准确性受到影响。 4 4 6 】ME T HA P K D u r a b I l i t y ： c r i t i c a l i s s u e s for t h e f u t u r e 叨C o n c r I n t ， 1 9 9 7 ， 1 9 ( 7 ) ： 2 7 3 3 7 1 AC I C o m mi t t e e 2 2 4 C o n t r o l o f C r a c k i n g i n C o n c r e t e S t r u c t u r e s ( AC l 2 2 4 R - - 0 1 ) 吲 F a r m i n g t o n H i l l s ， U S A： A m e ri c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e ( A C I ) ， 2 0 01 8 王铁梦 工程结构裂缝控S U M 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 7 9 阎培渝分为二看f 朔 0 的使用J J 膨 l 嘭胀混凝土， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 6 - - 8 【 1 0 T AZ A WA E， MI Y A Z A WA s I n fl u e n c e o f c e me n t a n d a d m i x t u r e o n a n t o g e n o u s s h ri n k a g e o f c e me n t p a s t e J C e m C o n c r Re s ， 1 9 9 5， 2 5 ( 2 ) ： 2 8 1 -2 8 7 作者简介： 周小菲( 1 9 8 7 一 ) ， 硕士 ， 研究方向： 土木工程材料。 联系地址： 北京市海淀区清华大学土木系( 1 0 0 0 8 4 ) 联 系电话 ： 1 3 5 8 1 8 5 6 3 3 1 4结论 ( 1 ) 无论是对新拌混凝土还是结硬后混凝土， R C A取代率 总是对其性质影响最大的因素。 试验证明， R C A取代率高的再 生混凝土坍落度较小 、 渗气性较高、 超声波平均传播速度较小 且五点波速方差较大， 表明其施工和易性较差， 且 内部孔隙率 较高， 密实性和均匀性也较差。 ( 2 ) 充分振捣对于改善早龄期再生和原生混凝土的性质十 分重要 ， 因为充分振捣可以改善混凝土内部微结构 ， 从而影响 到再生和原生混凝土的物理性质， 尤其是与抗锈相关的性质如 新拌再生混凝土的含气量、 结硬后混凝土的抗渗性等。 充分振捣 还可以提高再生和原生混凝土的抗压强度。 ( 3 ) R C A的预吸水处理可能不会改善再生混凝土的所有性 质， 但是它至少可以改善新拌混凝土中R C A和内部胶凝体的流 动性， 从而使新拌混凝土的坍落度增大、 密实性和均匀性改善。 R C A预吸水处理对再生混凝土的轴心抗压强度也有影响。 ( 4 ) 在本文试验研究中， 养护条件似乎对再生和原生混凝 土的性质都没有明显影响， 可能是因为这两种设置的养护条件 没有太大差异。 关于这一因素的研究有待于进一步深入开展。 ( 5 ) 试验结果证明如果再生混凝土要投入实际应用 ， 合适 的配合比设计以及特定的施工条件都是必需的， 如相对较低的 R C A取代率 、 R C A的预吸水处理以及非常必要的充分振捣等。 参考文献 ： 1 1 B U Y L E - B O D I N F ， HA D J I E VA - Z A HA R I E VA R I n f l u e n c e o f i n d u s t ri a l l y p r o d u c e d r e c y c l e d a g gre g a t e s o n fl o w p r o p e rt i e s o f c o n c r e t e 叨 Ma t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s Ma t e r i a u x e t C o n s t ruc t i o n s ， 2 0 0 2 ( 3 5 ) ： 5 0 4 5 0 9 2 】C O R I N A L D E S I V Me c h a n i c al a n d e l a s t i c b e h a v i o u r o f c o n c r e t e s ma d e o f r e c y c l e d - c o n c r e t e c o a r s e a g gre g a t e s 叨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 0 ( 2 4 ) ： 1 6 1 6 1 6 2 0 3 】D E B I E B F， C O UR A R D L， K E N AI S ， e t a 1 Me c h a n i c a l a n d d u r a b i l i t y p r o p e rt i e s o f c o n c r e t e u s i n g c o n t a mi n a t e d r e c y c l e d a g g r e g a t e s 叨C e me n t C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 1 0 ( 3 2 ) ： 4 2 1 4 2 6 UMB A C H I Y A M C， K O UL O U R I S A， R O B E R T S J ， e t a1 P e r f o r ma n c 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 C R I L E M I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m o n En v i r o n me n t Co n s c i o us Ma t e r i als a n d s y s t e ms f o r S u s t a i n a b l e De v e l o p m e n t ， K o r i y a ma ， J a p a n ， S e p t e m b e r ， 2 0 0 4 【 5 R A HA L K Me c h a n i c a l p r o p e rt 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 叨B u i l d i n g a n d E n v i r o n me n t ， 2 0 0 7 ( 4 2 ) ： 4 0 7 4 1 5 作者简介： 张鸿t ( 1 9 8 9 一 ) ， 女 ， 本科在读， 研究方向： 再生混凝土结构 性能研究。 联 系地址 联 系电话 浙江大学紫 1 3 6 7 5 8 6 6 22 5 程学院( 3 1 0 0 5 8 )