再生骨料混凝土长龄期收缩及基本力学性能研究.pdf

2 0 1 3年 第 7期 ( 总 第 2 8 5期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEORETI 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 3 0 7 0 0 7 再生骨料混凝土长龄期收缩及基本力学性能研究 王磊 ，陈 ( 1 广西建筑新能源与节能重点实验室，广西 桂林 5 4 1 0 0 4 ； 杏 。张毅 z 2 桂林理工大学 土木与建筑工程学院，广西 桂林 5 4 1 0 0 4 ) 摘要 ： 通过对再生骨料替代率为 O 、 3 0 、 5 0 、 7 0 、 1 0 0 混凝土及配筋混凝土进行收缩测试 ， 研究分析混凝 土的干燥收缩 、 收缩应力 ， 及对不 同替代率 、 不同龄期的立方体混凝土抗压强度。 试验结果分析表明： 再生混凝土 的干燥收缩高于普通混凝土； 在 相同龄期下 ， 其普通混凝土的立方体抗压强度高于再生混凝土 ； 配置钢筋的混凝土构件 ， 受 到钢筋的约束作用而产生收缩应力 ， 其再生混凝土 的收缩应力高于普通混凝土 ， 在 1 8 0 d龄期 ， 1 0 0 替代率的收缩应力约为普通混凝土的 3 倍 ， 对再生混凝土收缩应 力 的研究 ， 对实际工程中再生混凝土构件尺寸设计有一定的理论指导。 关键词： 再生混凝土 ；收缩 ；抗压强度 ；抗拉应力 中图分类号： T U 5 2 8 O l 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 7 0 0 2 3 0 3 L o n g - a g e c o n t r a c t i on a n d ba s i c m e c h a n i c s p e r f o r m a n c e s t u d y o f r e g e n e r a t e d a gg r e g a t e c o n c r e t e WANG Lc J ， CHEN Xi n g2 , ZHANG Yi ( 1 Gu a n g x i Ke yL a b o r a t o r yo f Ne wE n e r g ya n dB u i l d i n gE n e r gy S a v i n gGu i l i nUn i v e r s i t yo f T e c h n o l o gy ， Gu i l i n 5 41 0 0 4， C h in a 2 C o l l e g e o f Ci 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 ， Gu i l i n Un i v e r s i ty o f T e c h n o l o g y ， Gu i l i n 5 41 0 0 4， C h i n a ) Ab s t r a ct ： T h r o u g h t h e r e g e n e r a t i o n a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a t e wa s 0 ， 3 0 ， 5 0 ， 7 0 ， 1 0 0 p l a i n c o n c r e a n d r e i n f o r c e d c o n c r e t e s h r i n ka g e t e s t i ng， r e s e a r c h a n d an a l y s i s of the c o nc r e t e s h rink a g e， d r y s h r i nk a g e s t r e s s， a n d d i ffe r e n t r e p l a c e me n t r a t i o， d i ffe r e nt a g e c u b e c o nc r e t e c o mp r e s s i v e s tre n g t h Te s t r e s u l t s s h o we d t h a t the d r yi n g s h r i nk a g e o f r e c y c l e d c o n c r e wa s h i gh e r tha n n o r ma l c o n c r e t e I n t he s a me a g e ， t h e c o mmo n c o n c r e t e c u b e c o mp r e s s i v e s tr e n gth o f r e c y c l e d c o n c r e t e wa s h i g h e r t h a n c o n fi g u r a t i o n r e i n f o r c e d c o n c r e t e me mb e r b y s t e e l c o n s tr a i n t f u n c t i o n a n d p r o d u c e s h r i nka g e s tr e s s ， the r e c y c l e d c o n c r e t e S s h r i n k a g e s t r e s s h i ghe r th an o r d i n a r y c o n c r e t e ， i n 1 8 0 d a g e ， 1 0 0 r e p l a c e me n t r a t i o o f s h r i nk a g e s t r e s s o fa bo u t t hre e t i me s the n o r ma l c o nc r e t e， t he r e c y c l e d c o nc r e t e s h rink a g e s t r e s s r e s e a r c h， t o t h e a c t u a l e n g i n e e r i n g o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e me mb e r s i z e d e s i g n h a v e c e r t a i n t h e o r e t i c a l g u i d a n c e K e y wor d s ： r e c y c l e d c o n c r e t e ； s h ri nk ； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h； t e n s i o n s t r e s s 0 引言 建 筑 工程 中再 生集料 替 代天 然集 料有 利 于节 约 资 源 ， 减 轻对 环境污染 。 用再生集料替代天然集料 浇筑 而成 的混凝土成 为再生集料 混凝土 。 再生集料 混凝 ( 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 ， R A C) 是将 废 旧建筑 物或构筑 物拆下 来 的废弃混凝 土块破碎 ， 清洗 和分 级后按 一定 的 比例相 互 配合后 形成再 生集料 ， 部分或全部代替天然集料 ， 加入 水泥砂浆拌制的混凝 土 。 国外的研究者早 已开始对再生 混凝 土进 行研究 并 取得一 些成 果f 2 ， 国内 的研 究还 处在 起 步的阶段 ， 对再生集 料混凝土 的研究大 部分为 短龄期 下 ， 天然集料混凝 土及不 同替 代率再生集 料混凝 土基本 性能 。 1 再 生混凝 土试块试验 设计 1 1 试验设计参数 试验设计参数 ， 见表 1 3 。 1 2 试验原材料 本试验天然集料及再生集料混凝土的设计强度为 C 3 0 。 ( 1 ) 混凝土构件尺寸： 立方体构件尺寸 1 0 0 mm x l 0 0 mm x 1 0 0 r n m； 长方体构件尺寸 4 0 0 m mx l O 0 m mx l O 0 mm。 ( 2 ) 水泥 ： 桂林兴安“ 海螺” 牌 P 04 2 5 级水泥 ， 其物理 的研 究 ， 对 长龄期 的研 究较少 ， 为此试 验 研究 在长 龄期 力学基本性能见表 1 。 表 1 P 0 4 2 5级水泥的物理力学性能 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 1 1 8 基金项 目：广西 自然基金( 2 O 1 2 G XN S F B A 0 5 3 1 5 1 ) ； 广西建筑新能源与节能重点实验室资助课题( 1 l - 0 3 2 1 3 ) ； 广西研究生教育创新计划资 助项 目( 2 0 1 0 1 0 5 9 6 0 8 1 4 M0 1 ) 2 3 ( 3 ) 水 ： 普通生活用水 。 ( 4 ) 天然骨料 ： 天然细骨料为 中砂 ； 天然粗骨料普通碎 石 ， 其粒径约为 5 2 0 m m。 再生骨料 ： 桂林理工大学土木与 建筑工程学院结构实验室内废弃的试验梁 ， 其原始强度等 级 为 C 3 0 ， 龄期 1 2 年 ； 通过人 工破碎 加工 ， 选取粗 骨料 粒径 5 2 0 mi l l 作为试验的再生集料。 ( 5 ) 定位钢筋 ： 4 B 8 热轧带肋 H R B 3 3 5 级钢筋 ， 其屈服 强度及极限强度见表 2 。 表 2 钢筋材料力学性质 MP a ( 6 ) 干缩测量仪器 ： 桂林 量具刃有限公 司生产 的百分 表 ， 测量精度 0 O 1 mm。 ( 7 ) 配合 比设计 ： 由于再生集料表面残 留的水泥砂浆及 水泥石的吸水特性 ， 在参考 J G J 5 5 2 0 0 0 普通混凝土配合 比设计规程) 【 3 的基础上， 其混凝土的设计配合 比见表 3 。 表 3 混凝土配合比 注 ： 试验没有对再生集料预湿 。 2 试验数据 分析 与讨论 2 1 普通集料与再生集料混凝土收缩研究 混凝土收缩包含硬化收缩 ， 碳化收缩及干燥 收缩 ， 其中 干燥收缩量 占总收缩量 8 0 9 0 ， 据此混凝土收缩可忽略 硬化及碳化收缩 。 在忽略硬化及碳化收缩下 ， 本研究 由天 然骨料与再生骨料混凝 土干燥 收缩数据绘 出收缩 曲线见 图 1 ， 由图 1 分析可知 ， 在 0 9 0 d的试验龄期里 ， 天然骨料 混凝土与再生骨料混凝土 的收缩在快速增加 ， 而随着试验 龄期 的继续增长 ， 其两者 的收缩增长趋 于平缓 ； 试验龄期 约为 8 0 d 后 ， 再生骨料混凝土 的收缩明显高于天然骨料混 凝土 ； 由图 1 的数据分析可知 ， 当试验龄期约 2 1 0 d 时 ， 替 代率为 1 0 0 的再生混凝土的收缩量约为天然骨料混凝土 的 3 倍。 产生上述结果的原 因为： 水泥砂浆及水泥石失水是 混凝土收缩的主要原 因， 由于再生骨料表面残留大量的旧 水泥砂浆及水泥石 ， 在混凝土构件尺寸相同的条件下 ， 再生 混凝土水泥砂浆 的含量高于天然骨料混凝土 ， 其水泥砂浆 的含水量 高于天然骨料混凝 土 ， 从而使得再生骨料混凝土 的水泥砂浆失水 收缩高于天然骨料混凝土。 28 2 6 2 4 2 2 g 2 0 E 1 8 1 6 1 4 1 2 娟 1 0 8 6 4 2 再 生混凝 土干缩( 替代 率7 0 ) 再生混凝土干缩( 替代率1 o 0 ) _ _ _ I 融 普通混凝土干缩( 替代率O ) 0 40 8 0 l 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 0 2 8 0 3 2 0 3 6 0 4 0 0 龄期 ， d 图 1 普通骨料一 再生骨料混凝土干缩 对 2 8 、 6 0 、 9 0 、 1 2 0 、 1 8 0 d 龄期的收缩进行分析 ， 收缩数 据见表 4 、 5 ； 以 2 1 0 d为基准收缩期 ， 分析不 同试验龄期 ， 不同替代率的再生混凝土的收缩率见表 6 。 2 4 在 2 1 0 d的基准期里 ， 在相同的替代率下 ， 随着龄期的 增长其收缩率在快速的增加 ， 9 0 d 其收缩达到基准期收缩 量约为 6 0 ， 随后 的试验龄期里其收缩率减缓 ； 再生集料 混凝土的收缩高 于天然集料混凝土 ， 在上述的 5 个龄期测 试 中， 其全再生骨料混凝土的收缩 比天然骨料混凝土高 出 2 7 9 、 3 4 8 、 3 9 6 、 4 5 4 、 5 7 6 ， 由上述分析可知 ， 全再 生集料混凝土随着龄期的增 长其收缩增加量大于天然集 料混凝土 ， 原因是再生集料表面残 留的水泥砂浆吸收的水 分随着试验龄期 的增加而散失 ， 水分散失引起其再生混凝 土 的收缩在快速 的增加 。 表 4 不同试验龄期混凝土收缩量 1 0 m m 替代率 0 3 0 5 0 7 0 1 0 0 基准收缩量 1 0 m m 1 0 6 0 1 3 8 2 1 7 1 8 2 1 0 6 2 5 0 2 2 2 混凝土立方体抗压强度 采用尺寸为 1 0 0 mm x l 0 0 m l n x l 0 0 mm非标准试件 ， 根 据 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 3 测试其立方体抗压强度， 修正后结果见表 7 。 由试验结果分 析可知， 再生骨料 的替代率对抗压强度有较大的影响 ， 即随 着再生骨料替代率增加其抗压强度在降低。 在 2 8 d 试验龄 期里 ， 3 0 、 5 0 、 7 0 、 1 0 0 替代率再生混凝土的抗压强度 表 7 普通混凝土一 不同替代率再生混凝土立方体抗压强度 MP a 注： N C为天然骨料混凝土 ， R C为再生骨料混凝土。 较 天然 骨料混凝 土 降低 4 4 9 、 2 1 5 1 、 1 5 8 3 、 2 2 2 2 ， 其 原因在于 由废弃混凝土获取 的再生 骨料其 表面残 留大 量 的水泥砂浆及裂缝 ， 加之再生混凝土新 旧水 泥砂浆形成 的界面 ， 其界面的黏结力较为薄弱 ， 新 旧水泥砂浆失 水形 成较高的孔 隙， 受压时产生应力集 中。 由于上述 的原因直接 影 响再生混凝土 的抗压强度 ， 再生集料替代率越高其抗压 强度在 降低 ， 但 是 由试验数据可 以看 出 ， 再生 骨料混凝 土 的后期强度可 以获得较大的增加量。 2 3 普通集料与再生集料混凝土收缩应力 通 常情况 下 ， 收缩率较大 的混凝土会产 生 内应力 ， 容 易导致混凝土开裂 ， 因此需要 对干燥收缩应力进行控制 ， 本试验为 了研究 天然集 料混凝 土与再 生集料混凝土 的收 缩应力 ， 采取了配筋的方式 ， 钢筋 的基本性能见表 2 。 假定 混凝土与钢筋之间不产生相对滑移 ， 且钢筋无徐变变形 ， 根 据 。 A 4 即可计算出不同时期的混凝土的收缩应力 ， 配筋 的天然集料混凝土 与再生集料混凝 土的收缩 曲线见 图 2 ， 换算 出的收缩应力变化见图 3 。 再生混凝土干缩( 替代率7 0 ) 再生混 凝土 干缩( 替代 率1 0 0 ) 再 生 混 嘉 普通混凝土干缩( 替代率0 ) 0 4 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 40 2 8 0 3 2 0 3 6 0 40 0 龄 期 ， d 图 2配筋普通混凝土一 再生混凝土干缩 再生混凝土干缩(替代率7 0 ) 再生混凝土千缩( 替代率1 0 0 ) 再 生 鹱 0 普通混凝土干缩( 替代-Vo ) O 40 80 1 20 1 60 2O0 240 280 3 20 360 400 龄期 ， d 图 3 配筋普通混凝土一 再生混凝土干缩应力 2 3 1 配筋普通集料与再生集料混凝土收缩 曲线图 通过图 2 与图 1 的比较可以看 出 ， 由钢筋对混凝土变 形 的约束作用 ， 内置钢筋的不 同龄期的混凝 土试件其收缩 量明显变小 ， 收缩率越大 、 限制作用越明显 ， 但是整个试验 过程 中， 再生混凝土 的收缩量仍 旧大大超过天然骨料混凝 土( 未考虑混凝土的徐变影响) 。 2 3 - 2 配筋普通集料与再生集料混凝土干缩应力 图 如图 3 所示 ， 随着龄期 的增长 ， 混凝土试件 的收缩 应 力不断增加 ， 普通混凝土与再生混凝土在早期的收缩应力 增长较快 ， 此后减缓 ， 普通混凝土在 8 0 d 后趋于稳定 ， 而再 生混凝土随着替代率的增加 ， 干缩应力稳定时间有所延长。 由于混凝土的内应力达 到其拉抗极 限时 ， 混凝土会发生开 裂 ， 因此需要对混凝土构件 的尺寸进行控制 ， 并合理配筋 。 由图 3的计算分析可知 ， 在试验龄期 1 8 0 d ， 再生骨料替代 率 为 1 0 0 的再 生混凝土 的收缩应力 约为普通混凝 土 的 3 倍 ， 再生混凝土较大的收缩应力一旦超过其 自身的抗拉强 度其构件将开裂 ， 为此在实际工程应用中， 应对再生混凝土 构件 的尺寸和使用位置做出一定 限制， 避免裂缝的出现。 3结论及 建议 ( 1 ) 再生混凝土与普通混凝土一样 ， 随着龄 期增长其 收缩量在增加 ， 普通混凝土在 8 0 d 后减缓 ， 而再生混凝土 减缓 时间与替代率有一定关 系。 ( 2 ) 在相同的水灰 比及砂率下 ， 再生混凝土的立方体抗 压强度低于普通混凝土 ； 随着再生骨料替代率增高而其立方 体抗压强度降低 。 为此实际工程 中， 建议再生骨料替代率不 高于 5 0 。 ( 3 ) 再生混凝土的收缩应力高于普通混凝土 的收缩应 力 ； 再生骨料替代率越高其产生的收缩应 力越 大 ， 在 收缩 趋于平稳状态 ， 替代率为 1 0 0 的再生混凝土的收缩应力约 为普通混凝土的 3 倍 ， 由此得知再生骨料替代率对其收缩 应力 有较 大的影 响 ， 对此在实际工程中 ， 建议再 生集料 替 代率不高于 5 0 。 参考文献 ： 1 】 李佳彬， 肖建庄， 孙振平再生粗骨料基本特性及其对混凝土性 能的影0 8 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 4 ， 7 ( 4 ) ： 3 9 0 3 9 5 2 】肖建庄 ， 兰阳， 李佳彬， 等再生混凝土长期使用性能研究进展【 J J 混凝土， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 7 3 7 6 3 】 J G J 5 5 2 O 0 0 ， 普通混凝土配合 比设计规程 s 北京 ： 中国建筑 工业出版社， 2 0 0 1 4 曹勇 ， 柳炳康 ， 夏琴 再生混凝土的干燥收缩试验研究 工程与 建设 ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 1 ) ： 4 7 4 9 5 】陈萌， 张兴昌 商品混凝土干燥收缩应力的分析计算 四川建 筑科学研究， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 1 8 9 1 9 2 6 成国耀 不同再生骨料取代率混凝土的基本性能试验研究 混 凝土 ， 2 0 0 5 ( 1 1 ) ： 6 7 7 0 7 张季 超 新编混凝土结构设计原理 ( 上册 ) M 】 E 京 ： 科学出版 社， 2 0 1 1 作者简介： 联 系地址 ： 联系电话 王磊( 1 9 7 7 一 )， 男 ， 教授。 桂林市建干路 1 2号 桂林理 工大学建筑与工程学院 ( 5 4 1 0 0 4 ) 1 3 21 7 7 3 3 9 2 7 2 5 加 M m 4 g 目 0 _【 删婷 6 4 2 0 8 6 4 2 O 8 6 4 2 2 2 2 21 11 O O 0 O 、 婿