影响烧结砖瓦再生骨料混凝土强度主要因素的试验研究.pdf

2 0 1 2年 第 5 期 (总 第 2 7 1期 ) N u mb 5 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n A0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 5 0 2 3 影响烧结砖瓦再生骨料混凝土强度主要因素的 试验研究 谢玲君 ，翟爱良，翟文举 ，王纯合 。季昌良 ( 山东农业 大学 水利土木工程学院 ，山东 泰安 2 7 1 0 1 8 ) 摘要： 系统的研究了砖瓦再生骨料混凝土的抗压强度、 劈裂抗拉强度与砖瓦再生粗骨料的级配、 强化处理方法、 水灰比、 砂率、 单位体 积用水量之间的关系， 并得出合理配合比 建议； 同时探讨了不同取代率对砖瓦再生骨料混凝土抗压强度的影响规律。 为废弃烧结砖瓦再生 利用的进一步研究提供了重要依据。 关键词 ： 再生混凝土 ；抗压强度 ；劈裂抗 拉强度 ；主要因素 中图分类号 i T U5 2 8 0 4 1 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 O ( 2 O 1 2 ) O 5 一 O O 7 O O 4 E xpe r i me n t a l r e s e ar ch on a f e w mai n f ac t or s i n f l u en ci n g s t r en gt h of t h e r e c y c l e d s i n t e r e d br i c k t i l e c on cr e t e XI E L i n g -d u n Z H AI Ai l i a n g ， Z H AI We n -j u ， WA NG C h u n - h e J f C h a n g - l i a n g ( I n s t i t u t e o f Wa t e r C o n s e r v a n c ya n dC i v i l E n g i n e e r i n g ， S h a n d o n gA gri c u l t u r a l U n iv e r s i t y ， T a i a ll 2 7 1 0 1 8 ， C h i n a ) Abs t r a ct：T he s ys t e ma t i c s t u d y o n t h e r e l a t i o n s hi p b e t we e n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h， s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h o f r e c y c l e d s i n t e r e d br i c k t i l e c o n c r e t e a n d r e c y c l e d b r i c k t i l e a g g r e g a t e o f wi th d i ffe r e n t g r a d u i o n， s t r e n g t h e n i n g t r e a t me n t ， wa t e r c e me n t r a t i o， s a nd r a t e， wa t e r q u a n t i t y， a n d c o me t o a r e a s o n a b l e mi x p r o p o s e d； At t h e s a me t i me， t h e c h a n g e l a w o f c o mp r e s s i v e s t r e n gth wi t h d i ffe r e n t r e p l a c e me n t r a t e wa s a c q u i r e d P r o - v i d e s a n i mp o r t a n t b a s i s f o r f u r t h e r s t u d y o n r e c y c l i n g o f wa s t e s i n t e r e d b r i c k t i l e a g gr e g a t e Ke y wor d s： r e c y c l e d c o n c r e t e； c o mp r e s s i v e s t r e n gth； s pl i t t i n g t e n s i l e s tr e n g t h； ma in f a c t o r s f ) 引言 烧结砖瓦再生骨料是将废弃的烧结砖瓦破碎、 清洗 、 分级 后 按照一定的级配合比例混合而成， 用以配制中低强度混凝土 的混凝土骨料 ， 是一种具有可持续发展特征的绿色建材。 目 前， 国内外关于废弃混凝土骨料再生混凝土性能的研究较多， 而 对于烧结砖瓦骨料再生混凝土方面的研究相对较少。 通过试验 研究， 探讨不同级配、 骨料的强化处理方法、 水灰比、 砂率以及单 位体积用水量分别对砖瓦骨料再生混凝土抗压强度、 劈裂抗拉 强度的影响， 并分析粗骨料的替代率对抗压强度的影响规律。 这 为废弃烧结砖瓦再生利用的进一步研究提供了重要依据。 1 试验原材料 试件制作所选用的材料均为常用工程建设材料 ， 水泥选用 山东省泰安市鲁润水泥制造有限公司生产的 P O 3 2 5级水泥， 混凝土拌和用水为 自来水公司自来水 ， 砂子为中粗砂； 天然骨 料为天然碎石， 最大粒径为2 5 m m， 连续级配； 再生砖瓦骨料选 用建筑工地临时用房拆除后的废弃砖瓦， 经试验测定， 强度可 达到 MUI O ， 经人工破碎为粒径值分别为 5 1 0 f l i rt 3 ， 1 O 1 6 mm， 1 6 - 2 0 mm的骨料 ， 用水泥浆将其包裹， 进行强化处理 ， 然后按 照一定比例( 表 1 ) 将 3 种粒径的骨料掺和到一起 。 表 1 不同粒径骨料的配制比例 试验测得的再生砖瓦骨料的基本性能， 与再生混凝土骨料 的特点类似 ， 其堆积密度 和表观密度均低于 天然 石材骨料 ， 而 吸水率、 含水率以及压碎指标均高于天然石材骨料( 表 2 ) 。 2 几个主要 因素对烧结砖 瓦再生骨料混凝土 强度的影响 2 1 骨料级配 试验设计采用单粒粒级 l 0 2 0 mn 3 、 1 6 2 5 mi l l ， 连续级配 5 1 0mm、 5 1 6 mm、 5 2 0m m、 5 - 2 5 mm 共 6 组 ， 每组 又分为用 相同水灰比的水泥浆包裹处理和未进行包裹处理两种方案进 表 2 粗骨料的基本性能对比 收稿 日期 ：2 O 1 1 1 1 2 0 基金项 目：山东省 自然科学基金项 目( 2 0 0 9 Z R B0 1 8 7 9) 7 0 行试验， 结果发现相同情况下用水泥浆包裹处理的砖瓦骨料再 生混凝土试件的单轴抗压 2 8 d强度值可提高 1 1 3 2 ， 同时， 通过对比发现， 粒径为 5 1 9 mm的连续级配再生骨料最适合应 用于实践， 具体可查阅参考文献 4 。 2 2 对骨料不同强化处理方法 用水泥浆对砖瓦骨料包裹进行强化处理， 可在一定程度上提 高再生骨料混凝土的抗压强度 ， 本试验采用相同水灰比的水泥 浆对砖瓦骨料进行一次包裹、 二次包裹， 分别对各时间段的含水率 情况及与其对应的抗压强度进行对比分析， 结果如图 1 、 2 所示。 芝 褂 * 抽 龄期 龄期 ， d 从图 l可知， 与普通粗骨料相似， 一次包裹及二次包裹 的 砖瓦再生骨料的含水率均随着时间的延长而降低， 相对的， 二次 包裹处理的砖瓦再生骨料的含水率较低， 第 4天前期下降速度 较一次包裹稍慢， 而第 4 6天， 其含水率基本保持平衡 ， 6 d之 后， 含水率明显降低， 因此可选用用水泥浆二次包裹后第 4 6天 的砖瓦再生粗骨料。 从图 2中可以发现 ， 随着时间的延长 ， 一次包裹与二次包 裹处理的砖瓦再生骨料混凝土的抗压强度整体都保持快速上 升趋势。 相对的， 一次包裹处理的砖瓦再生骨料混凝土的抗压强 度值在第 2 - 4天有略微降低 但 4 d 之后 ， 又开始平稳增长； 二 次包裹的砖瓦再生骨料混凝土的抗压强度在第 4 6天时其增 幅相对减缓 ， 强度值相对稳定 。 因此可选用用水泥浆二次包裹 后第 4 6天的砖瓦再生粗骨料。 机理分析： 由于砖瓦骨料表面粗糙， 棱角比较多， 且在破碎 过程中， 部分骨料内部因受力产生细微裂纹， 形成了多孔隙结 构特征， 为此 ， 采用水泥浆包裹处理强化措施后， 可以改善砖瓦 骨料的微观结构和力学特性。 砖瓦骨料用水泥浆一次包裹处理 后， 其孑 L 隙率较粗骨料时明显降低 ， 因此用水泥浆二次包裹处 理后的含水率在前 6 天较一次包裹处理均低， 而由于包裹处理 ， 使粗骨料表面形成了一层稳定的水泥浆保护层， 降低吸水率的 同时也使粗骨料与粗骨料、 粗骨料与新水泥浆之间具有更好的 黏结性能， 从而更有利于提高再生混凝土的强度。 2 3水灰 比 分别采用 0 7 0 、 0 7 5 、 0 8 0 、 0 8 5水灰比， 制作尺寸为 1 0 0 I T U T I X 1 0 0 m mx l 0 0 mm的黏土砖瓦再生骨料混凝土立方体试块， 每 种水灰比各制作 3个试块， 标准养护 2 8 d ， 测试其抗压强度、 劈 裂抗拉强度和弹性模量。 为集中研究水灰比对混凝土力学性能 影响， 砖瓦再生粗骨料的取代率统一取 1 0 0 。 不同水灰比时对黏土砖瓦再生骨料混凝土的配合比进行 图 2 不同处理方式各时间段的抗压强度 相应调整( 表 3 ) 。 表 3 不 同水灰 比时砖瓦再生骨料混凝 土的配合 比 图 3 、 4分别为不同水灰比对砖瓦再生骨料混凝土的抗压 强度、 劈裂抗拉强度的影响。 日 皇 魑 水灰 比 图 3 水灰 比对砖瓦再生骨料混凝土抗压强度 的影响 从图3 可以发现， 砖瓦再生骨料混凝土的抗压强度出现较大 的波动眭， 当水灰比从 0 7 5 增加到 0 8 0 ， 抗压强度增加 O 9 1 MP a ， 可见 ， 通过过分减少水灰比以获取较高抗压强度的方法是不 可 日 山 、 骥 掾 水 灰 比 图 4 水灰 比对砖瓦再生骨料混凝 土劈裂抗拉强度的影响 取的嘲 。 当水灰 比从 0 7 0 增到 0 7 5和从 0 8 0增到 0 8 5时， 抗压 强度均急速下降， 减幅分别为 4 1 1 、 8 0 5 MP a 。 因此， 在本试验 设计条件下， 水灰 比宜取 0 7 0或 0 8 0 。 从图 4中可以看出， 砖瓦再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度 随着水灰 比的增加而减少。 当水灰比从 0 7 0变化到 0 7 5时， 减 71 幅最明显 ， 减少 0 2 7 MP a ； 而从 O 7 5变化到 0 8 0时， 劈裂抗拉 强度值相对稳定； 当 0 8 0变化到 0 8 5时， 劈裂抗拉强度又开始 下降。 因此 ， 水灰比宜在 0 7 0 左右取值。 机理分析 ： 随着水灰比增大， 水泥浆稠度降低， 水泥浆自身 流动性增加， 故拌合物流动性增大。 但是， 水灰比过大时， 会造 成拌合物黏聚性和保水性不 良， 随着水分的蒸发 ， 使孔隙率升 高， 同时密实度降低， 从而使强度有所降低。 2 4砂 率 设计l t $ J 砂率分别为 3 7 、 4 0 、 4 3 、 4 6 ， 制作尺寸为 1 0 0 mm 1 0 0 mmx 1 0 0 mm的黏土砖瓦再生骨料混凝土立方 体试块 ， 每种水灰 比各制作 3个试块 ， 标准养护 2 8 d ， 测试 其抗压强度 、 劈裂抗拉强度以及弹性模量。 为集中研究水灰 比对混凝土力学性能影响， 砖瓦再生粗骨料的取代率统一取 1 O 0 。 不同砂率时对黏土砖瓦再生骨料混凝土的配合比进行相 应调整( 表 4 ) 。 图 5 、 6分 别为不 同砂率对砖 瓦再生骨料 混凝土 的抗压 强 度、 劈裂抗拉强度的影响。 表 4不同砂率 时砖瓦再生骨料 混凝土的配合比 甜 山 羔 暖 s 。 ， 图 5 砂率对砖瓦再生骨料混凝抗压强度的影响 s 图 6 砂率对砖瓦再 生骨料混凝土劈裂抗拉强度 的影响 从图 5中可以看出， 随着砂率的增大， 砖瓦再生骨料混凝 土的抗压强度呈现明显的降低趋势， 但是变化值相差不大。 当 砂率为 3 7 时， 抗压强度达到最高， 随着砂率的增大， 强度均有 所降低 ； 4 0 变化到 4 3 时， 变化值相对减缓， 因此 ， 配制砖瓦 再 生骨料混凝土时的砂率宜取 3 7 左右。 从图 6中可以发现 ， 当砂率从 3 7 变化到 4 3 ， 砖瓦再生 骨料混凝土的劈裂抗拉强度随着砂率的增加而减少； 而当砂率 从 4 3 变化到 4 6 ， 劈裂抗拉强度值有所增加。 因此 ， 砂率值宜 取 3 7 左右 。 机理分析： 由于随着砂率增大时， 粗骨料的用量减少， 细骨 料用量增大， 而水泥用量却没有变化， 使浆体本身的密实度降 低 ， 砖瓦粗骨料与水泥浆之间的界面强化度和机械啮合作用下 降， 混凝土破坏时， 沿砖瓦粗骨料本身的破坏和界面破坏两种 形式同时存在， 使再生砖瓦骨料混凝土的强度有所降低 ； 而且 过高的砂率很容易产生分层离析和泌水， 导致再生砖瓦骨料混 凝土稳定性下降， 强度也随之降低。 另外， 在水泥用量和水灰比 一 定的条件下， 由于砂子和水泥浆组成的砂浆在粗骨料之间起 到润滑作用 ， 可以减少粗骨料之问的摩擦力， 所以在一定范围 内， 随砂率增大， 混凝土流动性增大 ， 同时黏聚性和保水性增 加； 由于砂子的比表面积比粗骨料大， 随着砂率的增大， 粗细骨 料的总表面积增大， 在水泥浆用量一定的条件下 ， 骨料表面包 裹的浆量减薄， 润滑作用下降， 使混凝土流动性降低， 当砂率过 大， 水泥浆不足以包裹骨料表面时， 黏聚性反而会减低， 从而降 低混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度。 2 5 单位体积 用水量 本 试验分 别配制 水灰 比为 0 7 0 、 0 7 5 、 0 舢 、 0 8 5的 1 0 0 ff W f ), X t 0 0 mmx 1 O 0 mm的立方体砖瓦再生骨料混凝土的试块， 分别 测试其抗压强度 、 劈裂抗拉强度以及弹性模量 ， 配合比如表 5 所示 。 为集 中研究水灰比对混凝土力学性能影响 ， 砖瓦再生粗骨 料的取代率统一取 1 0 0 。 表 5 不同单位体 积用水量时砖瓦再生骨料混凝土的配合比 图 7 、 8 分别为不同单位体积用水量对砖瓦再生骨料混凝 土的抗压强度、 劈裂抗拉强度的影响。 从图 7中可以看出， 当单位体积用水量从 3 2 0 k g变化到 3 4 0 k g ， 砖瓦再生骨料混凝土的抗压强度随着用水量的增加而 7 2 增加， 当用水量从 3 4 0 k g变化到 3 5 0 k g ， 抗压强度明显下降； 相 对的， 当用水量从 3 3 0 k g变化到 3 4 0 k g ， 其抗压强度值相对稳 定。 另外， 用水量对混凝土的和易性影响较大， 但用水量过大 ， 会明显降低混凝土的抗压强度 ， 而且将直接影响水灰 比。 因此 ， 舛 帅 2 2 2 2 2 1 1 1 l 1 叠苫、 瞪鞲 球 单位体积用水量 k g 图 7 单位体积用水量对 砖瓦再 生骨料混凝土抗压强度的影响 日 羔 、 疆 单位 体积用 水量 k g 图 8 单位体积用水量对砖瓦再生骨料混凝土劈裂抗拉强度的影响 用水量的取值也不宜过大， 建议在 3 3 0 3 4 0 k g之间取值。 观察图 8可以发现， 砖瓦再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度 随着单位体积用水量的增加而增加， 但差值相差不大。 当单位体 积用水量从 3 2 0 k g变化到 3 3 0 k g ， 劈裂抗拉强度的增加相对明 显， 增幅 O 1 2 MP a 。因此 ， 单位体积用水量宜取 3 3 0 3 5 0 k g 。 机理分析： 再生砖瓦骨料由于表面粗糙 ， 加之破碎过程中， 产生大量的棱角， 机械损伤在内部形成许多微裂纹 ， 因此比表 面积很大， 故其吸水量比普通骨料大。 若加入的用水量过少 ， 则 不能满足再生砖瓦骨料混凝土和易性的要求； 而随着用水量的 增加， 流动性和黏聚性增大， 造成再生砖瓦骨料混凝土强度值 的波动 ， 而且用水量的多少直接影响水灰比的取值 ， 因此也不 宜过大。 2 6 烧结砖 瓦再生骨料取代率 本试验定义再生粗骨料取代率 r 为混凝土中再生粗骨料与 全部粗骨料的质量L L rs J 。 共考虑了 5种砖瓦再生粗骨料的取代 率， 即r = 0 ， 3 0 ， 5 0 ， 7 0 ， 1 0 0 ， 具体如表 6 所示。 表 6 砖瓦再生粗骨料不同替代率的配合比设计 图 9为不同取代率的砖瓦再生骨料混凝土 2 8 d龄期时的 抗压强度试验结果 ， 从图中可以看出， 砖瓦再生粗骨料的取代 率对再生混凝土的抗压强度的影响很大。 总体而言， 砖瓦再生 骨料混凝土的抗压强度随着砖瓦再生粗骨料的增加而降低。当 砖瓦再生粗骨料取代率分别为 3 0 、 5 0 、 7 0 、 1 0 0 时， 砖瓦 再生骨料混凝土 的抗压强度较普通混凝土分别降低 3 、 1 2 6 、 l 1 4 、 1 9 2 左 右 。 砖 瓦再生 骨料取 代率 图 g 不 同砖瓦再生粗骨料 的取代率 时的抗压强度值 机理分析： 由于砖瓦再生粗骨料与新旧砂浆之间存在的黏 结较为薄弱； 而且随着替代率的提高， 砖瓦再生骨料混凝土的用 水量也不断增加 ； 同时， 砖瓦再生粗骨料的孔隙率较高， 在承受 轴向压力时， 容易形成应力集中； 以及砖瓦再生粗骨料本身的压 碎指标、 强度值均远低于普通石材骨料等原因， 使得随着砖瓦再 生粗骨料取代率的增加， 砖瓦再生骨料混凝土的强度值降低。 当砖瓦再生粗骨料的取代率在 5 0 7 0 时， 砖瓦再生骨 料混凝土的强度值相对稳定。 但是， 当砖瓦再生粗骨料的取代 率为 5 0 时， 砖瓦再生骨料混凝土的抗压强度反而低于其取代 率为 7 0 时， 其原因可能是取代率为 7 0 时砖瓦再生粗骨料与 天然粗骨料形成的级配较优， 也可能是因为试验的偶然性造成 的。 这一现象有待于进一步试验研究。 3结 论 ( 1 ) 砖瓦再生粗骨料的级配、 强化处理方法 、 水灰比、 砂率、 单位体积用水量均是砖瓦再生骨料混凝土强度的主要影响因 素。 与普通混凝土类似， 在相同配合比下， 再生骨料混凝土的连 续级配强度稍高于单粒粒级， 通过对比， 5 2 0 mm的连续级配骨 料粒径最适合应用于实践中； 二次包裹的砖瓦再生骨料混凝土 的抗压强度值较一次包裹的稳定且保持上升趋势。 ( 2 ) 通过各项试验研究发现 ， 宜采用用水泥浆二次包裹处 理 4 6 d后的连续级配为 5 1 9 mm的砖瓦再生粗骨料进行试 验 ， 水灰 比宜选取 O 7 0 ， 砂率宜取 3 7 ， 单位体积用水量宜在 3 3 0 3 4 0 k g之间取值 。 ( 3 ) 砖 瓦再 生粗 骨料 的取代率对砖 瓦再生骨 料混凝土的强 度有很大的影响， 其抗压强度随着砖瓦再生粗骨料用量的增加 而降低。 但当取代率为 7 0 时的抗压强度却高于取代率为 5 0 时， 这一现象有待于进一步试验研究。 参考文献 ： 1 】石建光， 许岳周 骨料级配对再生混凝土强度和工作性能影响的试 验研究和计算分析lJ I_ 混凝土 ， 2 o o 8 ( 1 ) ： 8 2 8 6 2 李叶再生混凝土性能的试验研究 D J _重庆： 重庆大学 ， 2 0 0 9 3 周清长建 筑垃圾再生混合骨料混凝土的受力性能及透水性研究 D 】 厦门： 厦门大学， 2 0 0 9 4 谢玲君， 翟爱良， 等烧结砖瓦再生骨料级配对混凝土力学,1 t I 的影 I NI 水利与建筑工程学报 ， 2 0 1 0 ， 8 ( 6 ) ： 5 2 5 5 5 肖建庄， 李佳彬 ， 等 再生混凝土的抗压强度研究J 1 同济大学学报： 自然科学版， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 1 2 3 ： 1 5 5 8 1 5 6 1 【 6 张学兵， 邓寿昌， 等影响再生混凝土强度几个主要因素的试验研究I J J 湘潭大学自然科学学报， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 1 ) ： 1 2 9 1 3 3 作者简介 联 系地址 联 系电话 谢玲君( 1 9 8 5 一 ) ， 女， 研究生， 主要从事工程鉴定与加固、 新 型建筑材料研究。 泰安市泰山区 山东农业大学水利土木工程学院( 2 7 1 o 1 8 ) 1 3 5 6 3 8 4 6 5 6 O 7 3 。