废旧水泥路面板再生混凝土的力学特性试验研究.pdf

2 0 1 3年 第 2 期 (总 第 2 8 0 期 ) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 3 ( T o t a l N o 2 8 0 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AI ，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 3 0 2 0 2 4 废旧水泥路面板再生混凝土的力学特性试验研究 孙吉书 1 l2 ，肖成志 1 I 2 。窦远明 ( 1 河北工业大学 土木工程学院，天津 3 0 0 4 0 1 ；2 河北省土木工程技术研究中心 ，天津 3 0 0 4 0 1 ) 摘要： 通过系统的试验研究 ， 探讨了应用废 旧水泥路面板制备再生混凝土的可行性 ， 研究了不 同废 旧水泥路面板再生骨料掺 入量时再生混凝土的抗压强度 、 抗折强度等力学性能 ， 试验结果表明 ： 再生骨料掺人量对再生混凝土 的力学性能具有显著 的影 响， 相对于同配合 比的新混凝土而言， 再生混凝土 2 8 d龄期 的抗压强度约低 6 7 1 5 1 ， 抗折强度要低 7 5 1 3 1 ， 但其性能 符合相关混凝土材料 的技术要求 ， 废旧水泥路面板再生混凝土可以用于水泥路面及一般混凝土材料的生产建设。 关键词 ： 再生混凝土；抗压强度 ；水泥路面；抗折强度；试验研究 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 3 ) 0 2 0 0 8 5 0 2 E x p e r i me n t a l s t u d y o n t h e me c h a n i c a l p r o pe 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 u s i n g wa s t e c on c r e t e p a v e me n t SUN Y J s hu1 , 2 XIA O Che n g- z h i 1 , 2 DOU Yu a n- mi n g ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， H e b e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 ， C h i n a ； 2 C i v i l E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h C e n t e r o f H e b e i P r o v i n c e ， T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h r o u g h s y s t e mi c e x p e rime n t s ， t h e f e a s i b i l i ty u s i n g wa s t e c o n c r e t e p a v e me n t t o p r o d u c t r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e wa s i n ve s t i ga t e dAnd the me c h a n i c a l p r o pe 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 on c r e t e i nc l u d e d c o mp r e s s i v e s t r e ng t h an d fle x u r a l s tre n g t h， wi th d i ffe r e n t r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n t e n t ， we r e s t u d i e d s y s t e mi c a l l y Th e r e s u l t s s h o we d tha t t he r e c yc l e d a ggre g a t e c o n t e n t h a d s i g ni fic a n t e ffe c t o n t h e me c h an i c a l pr o p e r t i e s o f r e c y c l e d a g gre g a t e c o nc r e Co mp a r e d wi 廿1 the n e w a g gre ga t e c o nc r e t he c o mp r e s s i v e s tre ng t h an d fle x u r a l s tre n g t h wo ul d d e c r e a s e 6 7 t o 1 5 1 and 7 5 t o 1 3 1 r e s pe c t i v e l y But the pr o p e r t i e s o f the r e c y c l e d a g gre g a t e c o n c r e t e c on f o r me d t o the c u r r e n t s p e c i fic a t i o nThe r e c y c l e d a g gre g a t e c o nc r e t e us i n g wa s t e c o nc r e t e pa v e me n t C an be us e d a s c o nc r e t e pa v e me n t ma t e r i a l an d o the r c o ns t r u c t i o n ma t e r i a 1 K e y wo r d s ： r e c y c l e d a g gre g a t e c o n c r e t e ； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h； c o n c r e t e p a v e me n t ； fl e x u r a l s t r e n gth； e x p e r i me nta l s tud y 0 引 言 由于水泥混凝土路面的强度高 、 稳定性好、 养护费用低， 在我国的高等级公路中占有非常大的密度， 占有铺装路面总 里程 的 7 1 9 t 1 。 而我 国早期修建的水泥混凝土路面 ， 许多 已经 达到其 使用年限或者其他原因 的破坏需要大修或重 建， 造成了大量的废旧水泥路面混凝土板， 即废旧路面混凝 土 ， 而 目前我国废旧水泥混凝土路面板的再生利用技术还不 成熟 、 利用效率较低 ， 使得如何有效利用这些废旧水泥混凝 土板 ， 以节省建设资源、 并有利于环保成为亟需解决的问题。 本试验基于系统 的研究 ， 探讨应用废 旧水泥混凝土路 面板制备再生混凝土 的可行性 ， 研究不 同废 旧水泥路面板 再生骨料掺入量对再生混凝土的抗压强度、 抗折强度等力 学性能的影响， 分析 ， 废旧水泥路面板再生混凝土用于水 泥混凝土路面及一般混凝土材料的生产建设的适用性。 1 原材料性质 1 1 粗集料 本次试验用废旧混凝土来自秦皇岛市某公路的水泥路 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 8 1 2 面板 ， 该路面 已经应用了 1 0 年 ， 原混凝土设计强度为 C 4 0 。 应用破碎机械将废 旧水泥混凝土路面板进行破碎筛 分、 强 化清洗 、 分级 ， 得到再生集料 ， 本次试验用只利用再生粗集 料 ， 即粒径大于 4 7 5 mm的再生集料 。 新的粗集料采用石 灰岩碎石。 根据 J T G E 4 2 -2 0 0 5 ( 公路工程集料试验规程 的相关 试验方法圆 ， 测得废旧水泥路面板再生粗集料与新的粗集 料 的主要力学性质如表 1 所示。 表 1 粗集料的主要力学性质 集料类型压碎值 坚固性 洛杉矶磨耗值 针片状 从 表 1 的试验结果 可知 ， 再 生粗集料的压碎值 、 坚 固 性、磨耗值及针片状等技术指标满足 G B T 1 4 6 8 5 -2 0 1 1 建筑用卵石 、 碎石 口 】 和 J T G F 3 0 - - 2 0 0 3 ( ( 公路水泥混凝土 路面施工技术规范 关于 I I 级碎石的要求。 1 2 细集料 细集料采用天然河砂( 级中砂) ， 细度模数为 2 1 。 8 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3水 泥 水泥采用太行山牌 P O 4 2 5 级水泥 ， 其主要技术指标 详见表 2 所示 。 表 2 水泥的主要技术指标 试验项 目 安定性 l a _ 1 1 抗折强度 , MP a 抗压强度 MP a 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d 试验结果2 2 4 5 合格 5 2 8 1 2 2 1 4 8 4 2试 验 方案 2 1 再生混凝土的配合 比 本试验首先根据 J G J 5 5 2 0 0 O 普通混凝土配合比设 计规程 圈 的方法确定再生混凝土的配合比， 其中再生粗骨 料 的掺入量分别为 2 5 、 5 0 、 7 5 和 1 0 0 。 鉴于再生骨料要 比新骨料具有更大的吸水率 ， 需要在不同比例的再生骨料 掺人量的混凝土当中适 当提高用水量同 ， 经过前期试验 ， 得 到不同再生骨料掺人量时的再生混凝土配合 比如表 3 所示。 表 3 再生混凝土的配合比 k g m 3 2 2 试件的制备与养护 根据相关规范 的标准方法网 制作试验试件 ， 其 中抗压 强度试验采用边长 1 5 0 i r l l r l 的立方体试件 ， 抗折强 度试验 采用 1 5 0 m mx l 5 0 m mx 5 5 0 mn l 的棱柱形试 件 ， 试件浇筑 振捣后 2 4 h拆模 ， 并立 即放人标准养护室进行养护 ， 直至 试验所需的龄期。 2 3试 验 方 法 根 据 相关 规 范 7 1 ， 抗 压 强 度试 验 的加 载 速 率 采 用 0 5 MP a s ， 抗 折强度试验采用 三分 点加 载方法 ， 加载速率 采用 0 0 5 MP a s 。 3 试验结果及分析 3 1 抗压强度 废 旧水泥路面板再生粗骨料不同掺人量时 ， 再生混凝 土不同龄期的抗压强度试验结果如表 4 所示 。 表 4 再生混凝土的抗压强度 表 4中的再生混凝土抗压强度试验结果表明， 废旧水 泥路面板再生粗骨料掺入量对再生混凝土的抗压强度具 有显著的影响， 相对于全新集料混凝土， 再生粗集料掺入 86 率分别为 2 5 、 5 0 、 7 5 和 1 0 0 时 ， 再生混凝土 2 8 d 龄期 的抗压强度分别下降了 6 7 4 、 7 8 6 、 1 0 8 7 和 1 5 0 8 ； 而 3 d龄期 时其相 应 的抗压 强度 降低值 分别 为 3 4 7 、 2 6 8 、 4 8 5 和 8 7 3 ， 可见再生骨料掺入量对再生混凝土 强度的影响作用会随着龄期的增大而愈发明显。 不同再生 粗骨料掺人量情况 下的再生混凝土强度均满足 C 3 5强度 等级混凝土的技术指标 。 同时 ， 再生混凝土的抗压强度会随着龄期的增大而提 高， 其强度增长规律与新集料普通混凝土的规律相同。 各龄 期 的抗压强度与 2 8 d 龄期 时的抗压强度 比值如表 5 所示。 表 5 再生混凝土抗压强度的龄期系数 表 5 的计算结 果表明 ， 随着再 生骨料 掺人量 的增加 ， 再生混凝土的抗压强度 随龄期的增长速度将会降低。 再生 混凝土的抗压强度随龄期的变化曲线如图 1 所示。 龄期 d 图 1 再生混凝土的抗压强度随龄期的变化曲线 3 2抗折强度 抗折强度也称为抗弯拉强度 ， 是混凝土力学性能的重 要指标 ， 本研究进行了不同废旧水泥路面板再生粗骨料掺 人量时的再生混凝土抗折强度试验 ， 试验结果详见表 6 。 表 6 再生混凝土的抗折强度 再生混凝土抗折强度试验结果表明， 随着废旧水泥路 面再生骨料掺人量的增大， 其抗折强度将会逐步降低， 相对 于普通混凝土， 不同再生粗骨料掺入量时再生混凝土2 8 d 龄 期的抗折强度分别降低了7 4 9 、 9 6 、 1 2 4 8 和 1 3 0 5 ， 其他龄期的抗折强度具有类似的规律。 下转第 9 0页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 凝土 C 5 0 强度等级的水胶 比为 0 3 5 。 ( 3 ) 通过绝对体积法计算并通过试验试配后确定， 用 全尾砂细砂 、 废矿石粗细骨料 、 矿渣微粉和粉煤灰及缓凝 型聚羧酸高效减水剂配制水泥用量为 3 3 0 k g m ( 总胶凝材 料用量为4 7 2 k g m ， ) 的混凝土拌合物的坍落度达 2 2 0 m n 3 ， 其终凝 时间达 2 0 h ( 适合大体 积混凝 土连续施工 ) ； 7 d 强 度达到了 3 6 MP a ， 2 8 d 强度达到 6 2 i V I P a ， 各项性能指标满 足工程设计要求。 参考文献 ： 1 赵芸平， 孙玉良， 于涛， 等尾矿砂石混凝土施工性能的试验研 上接第 8 4页 以知道 ， 吸附率的降低幅度不是很大， 这是因为 值的减 o 小不大 ， 即一 一 M 支链减少不多 ， 但是根据 图 9 掺不同支 链分子结构 P C A d的水泥净浆流动度损失率 图可以看 出， 流动度损失率却是减小较大 ， 就其原因 ， 认为有两个方面 ， 吸附率降低说 明残留在溶液 中的游离 P C A分子 减少 ， ( d ) 型分子结构阳离子基团具有一定的保持流动度的作用。 究 J J 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 9 4 9 6 2 】赵芸平， 孙玉良， 于涛， 等 尾矿砂石混凝土配合比设计研究 J 1 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 8 ) ： 9 1 9 3 【 3 武俊宇， 武俊慧 ， 聂法智， 等 利用矿山废石制备自密实混凝土 及其工程应用【J J _混凝土 ， 2 0 1 1 ( 9 ) ： 9 6 9 8 【 4 】张青， 廉慧珍， 王蓟昌 自密实高性能混凝土配合比研究与设 计 J 建筑技术， 1 9 9 9 ( 1 ) ： 1 9 2 1 5 吴中伟， 廉慧珍 高性能混凝土 M 】 E 京： 中国铁道出版社， 1 9 9 9 作者简介 ： 联系地址： 联系电话 ： 喻振贤( 1 9 6 4 一 ) ， 男， 高工， 从事建筑工程施工和管理。 武汉市东湖高新区高新大道 7 8 8 号 中国十五冶建设 集团有限公司( 4 3 0 0 7 5 ) 1 3 9 3 8 2 5 7 7 03 下降。( d ) 型两性P C A d 对水泥净浆流动度有保持作用。 参考 文献 ： 1 韩利华， 张学丽， 等聚羧酸系高效减水剂的研究进展及发展现 状【 J J j 昆 凝土 ， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 9 6 9 8 【 2 】Y A MA D A K ， T A K A H A S H I H， e t a1 E ff e c t s o f t h e c h e m i c a l s t r u c t u r e o n t h e p r o p e r t i e s o f p o l y c a r b o x y l a t e t y p e s u p e r p l a s t i e i z e r f J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 0 ( 3 0 ) ： 1 9 7 2 0 7 【 3 】 李崇智， 冯乃谦， 牛全林 聚羧酸系减水剂结构模型与高性能化 分子设计 J _1 建筑材料学报， 2 0 0 4 ( 7 ) 2 ： 1 9 4 2 0 1 3结 论 兰 I K A 。H Y A H E研 ff ec t o fw 。c h e m iem a l ： ( 1 ) 不 同主链 分子结 构的 P C A对水泥净浆 的流动度 作用各不相 同， 且流动度大小与外加剂在水泥颗粒表面的 吸附大小没有关 系。 ( 2 ) ( b ) 型相 同主链不 同支链分子结构 P C A b ， 流动度 随着 值 的增大 ， 先增 大后减 小 ， 当 x y = 3 时达到最大 ； P C A b吸附率随着 值增大而增大；流动度损失率随着 吸附率的增加而增大。 ( 3 ) ( d ) 型相同主链不同支链分子结构 P C A d ， 流动度 随着 值 的减 小先增 大后减小 ， x y z = 6 5 2 0 1 5时达 到最 大 ， 吸附率随着 值的减小同样减小， 流动度损失率也在 上接第 8 6页 同时， 不同再生骨料掺入量时再生混凝土的 2 8 d 龄期 抗折强度均大于4 5 MP a ， 根据相关规范8 ， 其可以作为中 等交通等级的水泥混凝土路面的建筑材料。 4结 论 ( 1 ) 废 旧水泥路面板粉碎处理后的再生粗骨料可 以用 作生产再生混凝土， 本试验应用原设计强度为 C 4 0的废旧 水泥路面板制作的再生混凝土可以达到 C 3 5 的强度等级。 ( 2 ) 废旧水泥路面板再生粗骨料掺人量对再生混凝土的 抗压强度具有显著的影响， 相对于全新集料混凝土， 再生粗集 料掺人率分别为2 5 、 5 0 、 7 5 和 1 0 0 0 时， 再生混凝土2 8 d 龄期的抗压强度分别下降了6 7 4 O o 、 7 8 6 、 1 0 8 7 和 1 5 0 8 0 。 ( 3 ) 再生混凝土的抗折强度会随着废旧水泥路面板再生 粗骨料掺人量的增大而降低， 相对于全新集料混凝土， 再生粗 集料掺人 率分别为2 5 、 5 0 0 、 7 5 和 1 0 0 0 H ， 再生混凝土2 8 d 龄期的抗折强度分别降低了7 A 9 o 、 9 6 、 1 2 A 8 0 阳1 3 0 5 。 ( 4 ) 本研究为试验范围内各种配合比的再生混凝土抗 折强度均大于 4 5 MP a ， 废旧水泥路面板再生混凝土可以作 90 s e l f - c o m p a c t i n g 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 M a t e r i al s ， 2 0 O r 7 。 5 ( 7) ： 1 9 5 1 NA WA Ef f e c t o f c h e mi c a l s t r u c t u r e o n s t e r i c s t a b i l i z a t i o n o f p o l y c a r b o x y l a t e - b a s e d s u p e r p l a s t i e i z e r J J o u rnal of A d v a n c e d C o n c r e t e t e c h n o l o g y ， 2 0 0 6， 4 ( 2 )： 2 2 5 2 3 2 6 UC HI K AWA H， HA NE HAR A S ， S AWAKI D T h e r o l e of s t e r i c r e p u l s i v e f o r c e i n t h e d i s p e r s i o n of c e me n t p a r t i c l e s i n f r e s h p a s t e p r e p ar e d w i t h o r g a n i c a d m i x t u r e 【 J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 7 。 2 7 ( 1 ) ： 3 7 5 0 作者简介 ： 联系地址： 联系电话： 陆加越( 1 9 8 1 一 ) ， 男， 硕士， 主要从事混凝土外加剂的 应用技术研究。 南京市江亍区万安西路5 9 号 苏博特研发中心( 2 1 1 1 0 3 ) 1 3 8 0 9 0 42 51 1 为中等交通等级的水泥混凝土路面的建筑材料。 参考文献 ： 1交通运输部2 0 1 1 年公路水路交通运输行业发展统计公报【 R 】 2 01 2 4 2 J T G E 4 2 -2 0 0 5 ， 公路工程集料试验规程【 s 】 匕 京： 人民交通出 版社 ， 2 0 0 5 3 G B T 1 4 6 8 5 -2 0 1 1 ， 建筑 用卵石 、 碎石 S - 京 ： 中国标准 出版 社， 2 0 1 1 【 4 J T G F 3 0 - - 2 0 0 3 ， 公路水泥混凝土路面施工技术规范【 s 】 E 京 ： 人 民交通出版社， 2 0 0 3 5 15 J G J 5 5 2 0 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 0 6 张亚梅 再生混凝土配合比设计初探 J 】 _ 混凝土与水泥制品， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 7 - 9 【 7 】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 E 京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 2 【 8 】 J T G D 4 ( k - - 2 0 0 2 ， 公路水泥混凝土路面设计规范 s 北京： 人民 交通出版社， 2 0 0 2 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 孙吉书( 1 9 7 6 一 ) ， 男， 博士， 副教授， 主要从事建筑材料、 结构工程方面的教学与科研工作。 天津市北辰区双口镇西平道 5 3 4 0号 河北工业大学 土木工程学院( 3 0 0 4 0 1 ) 1 3 8 2 01 6 7 5 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m