不同改性下再生混凝土抗压性能的试验研究.pdf

2 0 1 4年 第 1 1期 (总 第 3 0 1期 ) N u mb e r 1 1 i n 2 0 1 4 ( T o t a 1 No 3 0 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 MATERI AL AND ADMD CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 4 1 1 0 2 3 不同改性下再生混凝土抗压性能的试验研究 姜健 ，徐惠 ( 1 浙江建设职业技术学院 ，浙江 杭州 3 1 1 2 3 1 ；2 浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州 3 1 0 0 5 8 ) 摘要 ： 提出了再生混凝土改性方案， 通过掺加粉煤灰、 硅灰、 钢纤维 、 聚丙烯纤维等矿物掺合料 ， 提高再生混凝土抗压强度； 进行 了普通混凝土 、 再生混凝土 、 改性再生混凝土立方体抗压强度试验 ； 分析了粉煤灰 、 硅灰 、 钢纤维 、 聚丙烯纤维等矿物掺合料对再生混 凝土抗压强度的影响； 给出了各类矿物掺合料对再生混凝土强度的影响规律。 关键词： 再生混凝土 ；改性 ；抗压性能 ；试验研究 中图分类号： T U 5 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 4 ) 1 1 - 0 0 8 7 - 0 3 E x p e r i me n t a l r e s e a r c h o n c o m p r e s s i o n r e s i s t a n c e o f r e c y c l e d c on c r e t e u n d e r d i ffe r e n t m o d i f i c a t i o n J I ANG J i a n ， XUHu i。 ( 1 Z h e j i a n g C o l l e g e o f C o n s t r u c t i o n ， H a n g z h o u 3 1 1 2 3 1 ， C h i n a ； 2 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g a n d A r c h i t e c t u r e ， Z h e j i ang U n i v e r s i t y ， Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： I t p u t f o r wa r d t he mo d i fic a t i o n pr og r a m of r e c y c l e d c o nc r e t e， wh i c h C an i mpr o ve t he c o mp r e s s i v e s t r e n gt h o f r e c y c l e d c o n c r e t eb ya dd i n g s o memi n e r a l a d mi xt u r e s s u c h a sfl ya s h， s i l i c o n a s h， s t e e l fibe ran dpo l y p r o p yl e nefi be ran d S O o n I t a na l yz e d e f f e c t s of t h e a b o v e mi n e r a l a d mi x t u r e s o n t h e c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f r e c y c l e d c o n c r e t e t h r o u g h s o me c u b i c c o mp r e s s i v e s tr e n g t h t e s t s o f n o r ma l c o n c r e t e， r e c y c l e d c o n c r e t e a nd mo d i fie d r e c yc l e d c o n c r e t e， an d t h e n g o t t he l a w a b o u t e f f e c t s of va rio us mi n e r a l a dm i x t u r e s o n r e c y c l e d c o n c r e t e s tre n gth Ke y w or ds： r e c y c l e d c o n c r e t e ； mo d i fic a t i o n； c o mpr e s s i o n r e s i s t an c e； e x pe rime n t a l r e s e a r c h 0 引言 再生混凝土是 由废 旧混凝土经破碎 、 清洗 、 分级后制 成再生骨料 ， 完全代替或部分代替天然骨料拌制而成的新 混凝 土。 再生混凝土作为一种绿色环保材料 ， 实现 了建筑 固体废弃物的高等级利用， 同时较好地解决了天然骨料( 主 要为砂 、 碎石 ) 资源 日益缺乏的矛盾 ， 因此再生混凝土在建 筑工程 中的应用越来越受到关注和重视 。 但是 ， 再生 骨料 在生产过程 中不可避免地受到撞击 、 破碎等作用 ， 骨料表 面及 内部存在裂 隙， 使其孔 隙率较天然 骨料 较大 ， 因此再 生混凝土 的强度和耐久性较普通混凝土差 ， 工程应用受到 了 限制 。 如何通过改性措施 ， 提 高再生 混凝 土的强度和耐 久性已成为研究 的主要方 向和重点 。 1 试验 方案 1 1 改性措施 再生混凝土抗压性能很大程度上取决于其显微结构， 即粗骨料与水泥石的界面结构 、 细骨料与水泥石的界 面结 构 和水泥水化产物之 间的界 面结构 1 。 由于再生骨料本身 具有缺陷 ， 孔隙率较大 ， 造成再生粗细骨料与水泥石 的界 面结构较为疏松 ， 界面黏结强度较低 ， 导致再生混凝土抗 压强度较天然骨料混凝土低。 因此 ， 通过不同改性措施 ， 如 掺加粉煤灰 、 硅灰 、 钢纤维 、 聚丙烯纤维 等矿物掺合料 ， 一 方面可以改善再生粗 细骨料与水泥石 的界面结构 ， 使之不 断致密 ， 降低内部孔隙率 ； 另一方面可以进一步提高界面 黏结强度 ， 从而改善混凝土抗压性能 。 1 2配 合 比设 计 考虑到部分再生混凝 土强度 比完全再生混凝土强度 高 1 0 左右【2 J ， 本试验再生混凝土采 用部分再生混凝土 ， 且 考虑到对于再生混凝土抗压强度而言， 存在一个合理掺量 ， 在 5 0 左右对强度有利 3 ， 因此本方案再生骨料掺量为粗 骨料 总重量 的 5 0 。 粉煤灰 、 硅灰等火山灰质矿物掺合料 掺量为胶凝材料的 1 0 ， 本研究方案配合 比设计见表 1 。 1 3 原材料 ( 1 ) 胶凝材料 采用 P O4 2 5 级水泥 。 ( 2 ) 天然骨料 天然粗骨料采用 5 2 0 m m 粒径的连续级 配碎 石 ； 天 收 稿 日期 ：2 0 1 4 ) 5 2 7 基 金 项 目 ：住房和城乡建设部科学技术项 目( 2 0 1 2 K4 1 4 ) ； 浙江省科技厅公益性技术应用研究项 目( 2 0 1 3 C 3 1 0 6 2 ) 8 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 标号强度 kg 泥 m ， 藤 k g m ， m 3k g m 标号强度 泥 ， 一 ( k g m3 ) ( k g m 3 ) 一 ( k g m3 ) k g m ， 减水 ( k g m 刑 3 注 ： Nc 一普通混凝土 ， R C 一再生混凝土 ， G R c 改性再生混凝土。 然细骨料采用普通河砂 ， 细度模数 2 8 0 。 ( 3 ) 再生骨料 再生粗骨料采用花 岗岩碎石 ， 粒径 5 2 5 i n l i 1 。 ( 4 ) 矿物掺合料 粉煤灰 采用 I I 级粉煤 灰 ， 性能如 表 2 所 示 ； 硅粉性 能如 表 3所示 ； 聚丙烯 纤维 性能 如表 4所示 ； 钢 纤维采 用武汉汉 森有限责 任公 司生产 的钢板剪切型 钢纤维 ， 外 形为纵 向波纹 形状 ， 长度 2 5 m m， 长径 比为 3 8 ； 高效 减水 剂采 用 由北京德 昌伟 业建 筑工 程技 术公 司生 产 的聚羧 酸 系高性 能减水剂 ， 型号 为D C WR 2 ， 掺量为胶凝 材料的 】 5 表 2粉煤灰性能 化学成分纯度 密度 ( k g m ) 熔点 平均粒径 p , m 熔点 断裂强度 燃点 断裂伸长 耐酸 弹性模量 纤维长度 C MP a C 度 碱性 MP a mm 1 6 5 1 7 5 4 5 0 5 9 0 2 5 5 强 4 5 0 0 6 ( 5 ) 拌和水 采用饮用 自来水 。 2 结果分析 2 1试 验 结 果 参照普通混凝土立方体抗压强度试验方法 和步骤 ， 测 得各组试件 3 0 、 9 0 d 立方体抗压强度如表 5 所示 。 表 5立方体抗压强度表 8 8 从试验结果看 ，普通混凝土 9 0 d 抗压强度与 3 0 d抗 压强度相 比， 增长不 多 ； 而再生混凝 土 、 改性再 生混凝 土 9 0 d 抗压强度与 3 0 d 抗 压强度相 比， 均有不 同程度增长 。 尤其是再生混凝土 ， 抗压强度随龄期增长更多 。 分析其原 因， 是再生混凝土 中的再生骨料存有缺陷 ， 骨料与水泥石 间裂隙较大 ， 造成再生混凝 土孔隙率较大 ； 随着龄期增长 ， 搅拌过程 中吸收的部分拌和水逐步得到释放 ， 进一步促进 了水泥水化 ， 使再生混凝土抗压强度随着龄期增长不断增 长 ； 而改性再生混凝 土由于改性剂作用 ， 孔隙率有所降低 ， 因此改性再生混凝土抗压强度随着龄期增长有所增长 ， 但 与再生混凝土相 比不 明显。 2 2 粉煤灰 、 硅 灰的影响 由图 1 可以看 出， 再生混凝土 3 0 d 立方体抗压强度为 2 1 5 MP a ， 9 0 d 立方体抗压强度为 2 3 6 MP a ， 比普通混凝土 3 0 d立方 体抗 压强度 2 6 7 MP a 低 1 9 4 8 ， 比普通混凝 土 9 0 d 立方体抗压强度 2 6 8 MP a 低 1 1 9 4 ； 可见 ， 再生混凝 土抗压强度较同强度等级普通混凝土低许多。 掺入粉煤灰 、 硅灰等火山灰质矿物掺合料后， 改性再生混凝土 3 0 d立方 体抗压强度为 2 4 -3 MP a ， 9 0 d 立方体抗压强度为 2 4 8 MP a ， 比再生混凝土 3 0 d立方体抗 压强 度 2 1 5 MP a 高 1 5 3 5 ， 比再生混凝 土 9 0 d立方体抗 压强度 2 3 6 MP a 高 5 0 8 ， 但仍 比普通混凝土 3 0 、 9 0 d 立方体抗压强度低 ； 可见 ， 掺加 粉煤灰 、 硅灰等掺合料能提高再生混凝土抗压强度 ， 但提 高效果不明显 。 3O 25 室2 0 萋1 5 暴1 0 5 0 K0 UK l 图 1 N C 、 R C 、 GR C 1 试件 3 0 、 9 0 d抗压强度 分析其原 因，是 因为粉煤灰 中的 S i O 、 A 1 ： O ， 和硅灰 ， 在水泥水化产物 C a ( O H) 的碱性激发作用下产 生化学 反 应 ， 生成具有胶凝性能的水化产物水化硅酸钙 ( c s H) 及 钙矾石( A F t ) ， 可以填充孔隙 ， 有效改善改性再生混凝土内 部的细微观结构， 对水泥石起到增强作用 ， 提高了强度与 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 界面黏结力 。 但是 ， 由于粉煤 灰 、 硅灰 掺量不宜 过大 ， 同 时 ， 胶凝性水化产物不随混凝土龄期增长而增长 ， 因此水 化产物不能完全满足改善细微观结构需要 ， 抗压强度提高 效果不 明显 ， 尤其是后期增长不明显 。 2 3钢纤维的影响 由图 2 可 以看出 ， 掺入 0 5 钢纤维后 ， 改性再生混凝 土 3 0 d 立方体抗压强度为 2 5 8 MP a ， 9 0 d 立方体抗压强度 为 2 6 1 MP a ， 比再生混凝土 3 0 d 立方体抗压强度 2 1 5 MP a 高 2 0 0 0 ， 比再生混凝土 9 0 d立方体抗压强度 2 3 6 MP a 高 1 0 5 9 ， 稍低于普通混凝土 3 0 、 9 0 d 立方体抗压强度 ； 掺 人 1 0 钢纤维等矿物掺合料后 ， 改性再生混凝 土 3 0 d 立方 体抗压强度为 2 7 9 MP a ， 9 0 d立方体抗压强度 为 2 8 6 MP a ， 比再生混凝土 3 0 d 立方体抗 压强度 2 1 5 MP a 高 2 9 7 7 ， 比再生混凝土 9 0 d立方体抗 压强度 2 3 6 MP a 高 2 1 1 9 ， 均高于普通混凝土 3 0 、 9 0 d 立方体抗压强度 。 可见 ， 掺加钢 纤维能有效提高再生混凝土抗压强度 。 C KC URC2 GKC3 图 2 N C、 R C、 G R C 2 、 GR C 3 试件 3 O 、 9 0 d抗压强度 分析其原因， 是因为钢纤维均匀分散在基体混凝土中， 通过分散 的钢纤维 ， 减小 因荷载在基体混凝土引起 的细裂 缝端部 的应力集 中 ， 从而控制混凝土裂缝的扩展 ， 并在试 件受力破坏过程中吸收大量能量的作用圈 。 钢纤维在基体 混凝 土 中的作 用 ， 正有如钢筋在混凝土 中的作用 ， 钢纤维 在基体混凝 土中起约束作用 ， 与基体混凝土共 同承担外荷 载 ， 使改性再生混凝土进一步提高了抗压强度。 2 4 聚丙烯纤维的影响 由图 3可 以看 出 ， 掺 人 0 5 聚丙 烯纤 维后 ， 改性再 生 混凝 土 3 0 d 立 方体抗压强度为 2 6 。 8 MP a ， 9 0 d 立方体 抗压强 度为 2 8 4 MP a ， 比再生混凝土 3 0 d立方体 抗压强 度 2 1 5 MP a 高 2 4 6 5 ， 比再 生混 凝土 9 0 d立方体 抗压 强度 2 3 6 MP a 高 2 0 3 4 ， 高 于普通混凝 土 3 0 、 9 0 d立方 体 抗压 强度 ； 掺 人 1 0 聚丙 烯纤 维等矿物 掺合料 后 ， 改 性再 生混凝 土3 0 d立方 体抗压 强度为 2 8 2 MP a ， 9 0 d 立 3 5 3O 25 蚕 2 0 皆1 5 1 O 5 O 方体抗压强度 为 3 3 9 MP a ， 比再 生? 昆 凝土 3 0 d立方体抗 压强 度 2 1 5 MP a 高 3 1 1 6 ， 比再生 混凝 土 9 0 d立方 体 抗压强度 2 3 6 MP a 高 4 3 6 4 ， 均远高 于普通混凝土 3 0 、 9 0 d立方体抗压强度 。 可见 ， 掺加聚丙烯纤维能有效提 高再 生混 凝土抗压强度 。 分析其原 因， 是 因为聚丙烯纤维与钢纤维一样 ， 能均 匀分 布于基体 混凝 土中 ， 对基体混凝土起约束作用 ， 与混 凝 土共 同承担外 荷载 ， 提高改性再生混凝土抗压强度 。 同 时 ， 由于聚丙烯 纤维在混凝土搅拌过程 中， 形成纤维单丝 或 网状结构充分张开 ， 与钢纤维相 比更能均匀的掺入混凝 土中 ， 因此 ， 与钢纤维相 比， 掺入聚丙烯纤维后 ， 改性再生 混凝土抗压强度增加更多。 3结 论 ( 1 ) 与普通混凝土相 比， 再 生 昆 凝土 9 0 d 抗压强度与 3 0 d 抗压强度相 比提高较大 ； 但改性再生混凝土提高程度 不如再生混凝土明显 。 ( 2 ) 掺 加粉煤灰 和硅 粉后 ， 再 生混凝土 3 0 、 9 0 d抗压 强度均有所增加 ， 但仍小于普通混凝土增加的程度 。 ( 3 ) 在钢纤维掺量不超过 1 0 范 围内， 再生混凝 土的 抗压强度随钢纤维掺入 的增加而提高。 ( 4 ) 在聚丙烯纤维掺量不超过 1 0 范 围内， 再生混凝 土的抗压强度随聚丙烯纤维掺人 的增加而提高， 且 比钢纤 维效果 明显 。 ( 5 ) 在掺人粉煤灰和硅粉 的基础上 ， 加入钢纤维或 聚 丙烯纤维可以改善再生混凝 土前期强度较低 的缺点 ， 进一 步提高其抗压强度 。 参考文献： 1 杨小微 再生混凝土改性建议 J 1 林业科技 情报 ， 2 0 1 1 ， 4 3 ( 1 ) ： 4 2 4 5 2 】胡琼 ， 宋灿 ， 邹超英 再生混凝土力学性能试验【 J J 哈尔滨工业大 学学报 ， 2 0 0 9 ， 4 1 ( 4 ) ： 3 3 3 6 3 姜楠 ， 徐清 ， 张伟 再生骨料掺量对再生混凝土性能和强度的影 o NJ 科学技术与工程， 2 0 1 0 ( 1 9 ) ： 4 8 4 3 4 8 4 7 4 王武祥 ， 程清波 粉煤灰掺量对再生混凝土性能影响的研究 混凝土与水泥制品 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 4 - 8 5 陈爱玖 ， 王静 ， 杨粉 钢纤维再生混凝土抗压强度试验研究【 昆 凝土。 2 0 1 2 ( 4 ) ： 6 4 6 6 作者简介 联系地址 姜健 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 副教授， 从 事建筑固体废弃物资源 化利用及再生混凝土等方向的研究。 杭州市萧山高教园区浙江建设职业技术学院党委组 织部( 3 1 1 2 3 1 ) NC RC GRC 4 GRC5 图3 N C 、 R C 、 G R C 4 、 G R C 5 试件3 0 、 9 0 d 抗压 强度 壁墨皇 ：1 8 9 6 9 9 3 9 9 0 9 8 9 如 加 m O d- 苣 嗵 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m