寒冷地区再生混凝土抗折强度试验研究.pdf

2 0 1 4年 第 3 期 (总 第 2 9 3 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 01 4 ( To t a l No2 9 3) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助 物料 M ATE RI AL AND ADM I NI CL E 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 4 0 3 0 2 3 寒冷地区再生混凝土抗折强度试验研究 郑秀梅 ，刘晓丹 ，张玫 ，周字 ，肖永 ( 佳木斯大学 建筑工程学院，黑龙江 佳木斯 1 5 4 0 0 2 ) 摘要： 为了研究寒冷地区不同粗骨料取代率再生混凝土的抗折强度 ， 共设计了 3 3 个不 同再生粗骨料取代率( 0 、 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 、 5 0 、 6 0 、 7 0 、 8 0 、 9 0 、 l O O ) 标准试块进行抗折试验 ， 其 中标准棱柱体试件 3 3 块。 获取 了不同粗骨料取代率再生混凝土的 抗折强度数据与折断面图片， 分析了粗骨料取代率对抗折强度的影响。 试验结果表明： 寒冷地区再生粗骨料混凝土的抗折强度随再 生粗骨料取代率的不同而出现不同的变化， 呈现先升后降趋势 ， 其中 3 0 取代率的再生混凝土抗折强度最高 ， 1 0 0 取代率的最低。 关键词： 再生混凝土；再生粗骨料 ；取代率 ；抗折强度 中图分类号： T U 5 2 8 0 l 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 8 4 0 3 E x pe r i m e n t a l s t u d y o n t h e f l e x u r a l s t r e n g t h o f r e c y c l e d a gg r e g a t e c o n c r e t e i n c ol d a r e a s ZHENGXi u me i ， LI UXi a o d a n， ZHANG M e i ， ZHOU Yu， XI AO Yo n g ( I n s t i t u t e o f Ci v i l E n g i n e e ri n g J i a mu s i Un i v e r s i t y， J i a mu s i 1 5 4 0 0 2 ， Ch i n a ) Abs t r a c t ： I n o r d e r t o s t u d y t he f l e x u r a l s t r e n g t h o f di ffe r e n t r e l a c e r r me t pe r c e n t a g e s r e c yc l e d c o a r s e a g g r e g a t e c o nc r e t e 3 3 s pe c i me ns we r ed e s i g ne df o r t h et e s t ， wh i c hr e l a c e mn e t p e r c e n t a g e s r e c y c l e dc oa r s e a g gre g a t ea r c0， 1 0 ， 2 0， 3 0， 4 0 ， 5 0 ， 6 0 ， 7 0 ， 8 0 ， 9 0 ， 1 0 0 Ac c o r d i n g t O t h e e x p e r i me n t ， t h e fl e x u r a l s t r e n g t h 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( RAC) a n d fra c tur e s u r f a c e i ma g e s a r e o b t a i n e ， a n d the i n flu e n c e of r e l a c e mne t pe r c e n t a g e s r e c y c l e d c o ars e a g g r e g a t e are a na l y z e dThe r e s ul t s s h ow t h a t t he fle x u r a l s t r e ng t h o f r e c yc l e d a g gr e g a t e c o nc r e t e in c o l d are a s i s d i f f e r e n t c h an g e wi t h d i ffe r e n t r e l a c e mne t p e r c e n t a g e s r e c y c l e d c o ars e a g g r e g a t e， an d i t fir s t i n c r e a s e d a n d t h e n d e c r e a s e d s u b s e q u e n t l y the fle x ur a l s t r e ng t h o f3 0 s u b s t i t ut i o n r a t e o f r e c yc l e d c o n c r e t e i s t h e h i g he s t ， an d 1 00 s u b s t i t u t i o n r a t e S i S t h e 1 o we s t Ke 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 ( R AC) ； r e c y c l e d c o ars e a g g r e g a t e ； r e p l a c e me n t p e r c e n t a g e ； fl e x u r a l s t r e n g t h 0 引 言 随着可持续发展观念的不断深入和对环境保护 意识 的 日益增强 ， 人们对废弃混凝土的循环再生利用愈来愈重 视。 因其作为一种新型的节约型建筑材料， 可以实现废弃混 凝土 的高效回收利用 ， 对于保护环境 、 节约资源 、 发展生态 建筑具有重要意义 1 _ ， 具有明显的社会 、 经济和环境效益， 符合建筑业可持续发展的要求 ， 而 日益受到人们的关注圆 。 现有许多国家对于再生混凝土的使用进行立法， 越来越多 的研究者投入到再生混凝土的研究上 。 国内外学者近年来开展了许多研究 ， 并取得一定成果3 _ ， 但大多数研究主要是关于再生混凝土的生产工艺、 抗压强 度 、 弹性模量6 1 、 配合 比等方面 ， 对寒冷地 区的再生混凝 土研究很多 ， 特别是对寒冷地 区再生混凝土 的抗 折强度研 究更少 。 为了能 系统地揭示寒冷地区不同粗骨料取代率再 生混凝土的抗折强度 ， 本研究利用佳木斯市百花园小区的 拆除混凝土梁作为再生粗骨料 的原料 ， 设计 了 l 1 组试件 ( 粗骨料取代率从 0 - 1 0 0 ， 中间级差 1 0 ) 进行试验研究 ， 收稿 日期 ：2 0 1 3 - 0 9 - 2 4 基金项 目：佳木斯大学青年基金项 目资助( L q 2 0 1 2 3 9 ) 8 4 期望为再生混凝土全面深入研究 和应用提供有力 的科学 依据。 1 试验 方案 1 1 试验材料 本试验所用的再生混凝土粗骨料 源于 1 9 8 6 年建造 的 佳木斯市百花 园住宅小 区的地基基础梁部分 ， 经人工破碎 而成 ， 原混凝 土设计 强度 为 C 3 0 ， 最大粒径为 3 1 5 m m。 天 然骨料选用连续级配的碎石 ， 最大粒径为 3 1 5 m m。 细骨料 为天然 河砂 ， 过筛后 取粒径在 4 7 5 m m 以下的砂 备用 。 所 用的水泥选 自浩良河水泥厂生产的 P O 4 2 5 级水泥。 水为 佳木斯市 自来水。 原材料具体性能指标见表 1 3 。 1 2混凝 土 配合 比 设 计 定义再生粗 骨料的取 代率为再生粗骨料质量 占全部 粗骨料质量的百分 比。 本研究考虑 了 1 1 种再生粗 骨料替 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2粗骨料的基本性质 细度模数含泥量 粒径 mm含水率 泥块含量 2 8 2 1 5 3 0 9 代率( 0 、 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 、 5 0 、 6 0 、 7 0 、 8 0 、 9 0 、 1 0 0 ) 。 再生混凝土 的配制 ， 以替代率 0 为基准 ， 试配强度 为 C 3 0 ， 水灰 比为 0 4 0 ， 细骨料砂率 为 3 4 。 对于各种不 同 骨料取代率 的再生混凝 土 ， 保持水泥 、 水 、 砂的 比例完全相 同， 粗骨料 的总质量也一致 ， 发生改变的只是粗骨料的组 成成分。 鉴于 目 前再生混凝土还没有统一的配合比设计规 范 ， 本研究采用天然骨料混凝土配合比设计方法， 完全按 照 J G J 5 5 -2 0 0 0 ( 普通混凝土配合比设计规程 执行。 试验 结果 表明 ， 这样操作 是可行 的 ， 再生混凝土 的强度能达到 设计强度值 。 再生混凝土的配合 比见表 4 。 表 4混凝 土配 合 比 注： 此配合 比中水的质量不包括润湿再生骨料用水 。 1 3 试件制作与养护 混凝土搅拌设备 为一 台容量 3 0 L的强制式 搅拌机 。 在进行搅拌之前 ， 先根据计算用水将再生骨料 充分润湿 ， 然后晾晒 ， 使其面干状态后进行投料搅拌 。 投料顺 序为先 加入再生骨料和水泥， 搅拌均匀后 ， 加入部分搅拌用水 ， 再加 人砂与天然骨料进行搅拌， 最后加入剩余的水， 搅拌 3 5 m i n 后 ， 观测其坍落度 ， 坍 落度试 验完毕 后将 混凝土拌合物注 入钢模 ， 采用振动台振捣 密实并抹平 ， 2 4 h 后拆模 ， 立 即放 人养护室养护 ， 在标准条件 下养护 2 8 d 后取 出， 自然晾干 之后进行试验 。 试验室制备试件尺寸为 1 5 0 m m 1 5 0 m m 5 0 0 m m， 用作抗折试验 。 1 4试 验 方 法 抗折试验在液压伺服万能试验机上进行 ， 采用如图 1 的 加 载方 式 。 试件 尺寸 为 1 5 0 m m 1 5 0 m m 5 0 0 m m 的棱柱 体 ， 采 取双支点荷载作用下的拉弯破坏 ， 试验有效跨度为 4 5 0 mm。 试验时 ， 试件成型时的侧面朝上 ， 几何对 中后 ， 先缓 加一初载 ， 而后再均匀连续加荷， 至试件破坏 ， 记录最大荷载。 l 1 ( ) ( ) L 1 5 0 1 5 O 1 5 0 L 5 00 图 1 抗 折试 验加 载方 式 ( 单位 ： mm) 2 试验结果与分析 2 1 抗折试验数据 整理结果 根据 混凝土抗折强度试验 规范， 试验测得每块再生 粗骨料试件折 断破坏时的最大荷载值 ， 再将同一粗骨料取 代率的数据取平均值， 所得荷载值视为此取代率的再生混 凝 土试件 的折 断荷载值 ， 依据式( 1 ) 计算不 同取代 率的再 生混凝土试件的抗折强度值 ， 折断荷载值与抗折强度值记 录在表 5中。 ，尸 ( 1 ) 0凡一 式中： F 试件折断时的破坏荷载 ； 卜一 试件长度 ； b ， 试件 的截面宽度和高度 。 表 5 再生混凝土试件的折断荷载值与抗折强度值 试块编号折断荷载测量值 k N 平均值 k N 抗折强度值 MP a 依据表中所得数据得到各种粗骨料取代率的再生混 凝土的抗折强度变化图 ， 见图 2 。 试件 编号 图 2 不同取代率再生粗骨料混凝土抗折强度 从表 5 、 图 2 、 3 可 以看 出， 取代率为 0的再生混凝土 ， 即天然混凝土的抗折强度为 5 5 9 MP a ， 较天然骨料混凝土升 高 1 2 1 。 随着再生 骨料取代率 的增加抗折强度先增大后 8 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 吸水 时 间 ， h “ 图 4不同配合比试件毛细吸收量随时间变化 曲线 45 0 4 0 0 35 0 3 oo 2 5 0 200 嚣1 5 o l O O 5 O O 0 1 0 2 O 3 O 4 0 5 0 6 0 7 0 矿粉掺量， 图 5不同配合比混凝土试件毛细吸收系数 矿物掺入量 为 0 - 5 0 时 ， 在毛细吸收作 用下 ， 随着矿粉掺 入量的增加 ， 试件的毛细吸收量和毛细吸收系数均呈下降 趋势 ， 并且矿粉的掺人量越大 ， 试件 的抗渗透性越强 。 分析 其原 因有 ， 由于矿粉 的细小颗粒 形态 ， 掺 入混凝 土后对 其 内部的缝 隙孔洞进行填充 ， 从而提高了混凝土的密实度 ， 在 毛细吸收作用下 ， 可 以有效 的抵抗水分 的侵入 ， 使其毛细 吸收量 和毛细吸收系数均降低。 对 比 5 0 矿粉掺人量毛细吸收试验数据可知 ， 当矿粉 掺入量超 过 6 5 时 ， 试件 毛细吸收量 G = 7 0 0 g m ， 毛细吸 收系数 A = 2 1 1 0 3 g ( m2 h ) ， 试件 的毛细吸收量和毛细吸 收系数均有较大的提高 ， 试件 的抗渗透性能降低 。 分析其原 因有 ， 随着 矿粉 的继续 添加 ， 混凝 土早期养护阶段试件 的 收缩增大产生微裂缝 ， 同时矿粉掺入 的不利作用越为明显 ， 导致水分在 毛细吸收作用 下进入试件 内部的含量和速率 均上升。 对于实际工程中考虑矿粉的掺入量时， 宜选用不超 过 5 0 的掺人量 ， 可以有效 的保证混凝土结构的抗渗透性 能 ， 从而提高其耐久性 。 4结 论 ( 1 ) 向混凝土 中掺人 一定 比例的粉煤灰 ， 在毛细吸 收 上接第 8 6页 参考文献 ： 【 1 张波志， 王社良， 张博 再生混凝土基本力学性能试验研究 J j _混 凝土 ， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 4 6 【 2 】 邢振贤 ， 刘云霞 ， 蔡宁峰再生混凝土技术研究与应用效益分析【 J J 混凝土， 2 0 1 3 ( 5 ) ： 9 3 9 6 ， 1 0 0 【 3 】曹万林， 梁梦彬， 董宏英， 等 再生混凝土冻融后基本力学性能 试验研究 J 1 自然灾害学报， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 1 8 4 1 9 0 【 4 李厂军 ， 郑秀梅 ， 王文仲 ， 等 寒冷地区再生混凝土抗压强度试 验研究 J 1 混凝土， 2 0 1 2 ( 7 ) ： 3 7 3 8 ， 4 2 【 5 】 郑秀梅， 李厂军， 支秀兰 电化学除盐对钢筋与混凝土间黏结力 的影B N J 混凝土， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 4 6 4 8 ， 5 1 作用下 ， 混凝土试 件的抗渗透性 随着粉煤灰掺入量 的提高 而增加 ， 当粉煤灰掺量为 3 0 时 ， 试件 的抗渗透性最优 。 当 粉煤灰掺入量超过 5 0 时， 试件的毛细吸收量和毛细吸收系 数均有较大幅度的提高， 对混凝土抗渗透 生 产生不利影响。 ( 2 ) 混凝土 中以一定矿粉等量替代 混凝土 中的水泥 ， 在毛细吸收作用下 ， 混凝土抗水分侵入的能力 随着矿粉掺 入量 的增加而增加。 当矿粉掺人量超过 5 o m ， 试件 的抗渗 透性有所降低。 ( 3 ) 对于实 际工程 中粉煤灰 、 矿粉等矿物掺合料 的掺 量 ， 在保证满 足工程设计要求前提下 ， 应充分考虑其对混 凝土抗渗透性的影响 ， 从而保证混凝土结构 的耐久性能。 参考文献： 1 关鹏 ， 汪廷秀干湿循环下混凝土氯离子传输模型研究l J 1 混凝 土， 2 0 1 2 ( 1 1 ) ： 7 - 1 1 2 金伟良， 赵羽习j 昆凝土结构耐久性研究的回顾与展望 浙江 大学学报： 工学版， 2 0 0 2 ， 3 6 ( 4 ) ： 3 7 1 3 8 0 【 3 】黎鹏平 ， 潘峻 ， 范志宏 ， 等 粉煤灰和矿粉对 C 5 0自密实混凝土 氯离子扩散系数的影响 混凝土， 2 0 1 2 ( 1 0 ) ： 1 0 2 0 4 洪乃丰 混凝土中钢筋锈蚀与防护技术( 3 ) 氯盐与 冈 筋锈 蚀破坏l J 1 工业建筑 ， 1 9 9 9 ， 2 9 ( 1 0 ) ： 6 0 6 3 5 樊云昌 ， 曹兴国 混凝土钢筋腐蚀的防护与修复 M 北京 ： 中国 铁道出版社， 2 0 0 1 ： 8 - 1 3 6 】马志鸣， 赵铁军， 赵彦迪， 等 静水压力下混凝土中氯离子传输 特征试验研究l J 1 公路 ， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 1 6 8 1 7 1 【 7 】A B D U L R A Z A K H， C H A I H K， WO N G H S N e a r s u r f a c e c h a r a c t e r i s t i e s o f c o n c r e t e c o n t a i n i n g s u p p l e me n t a r y c e me n t i n g ma t e r i a l s J Ce me n t a n d Co n c r e t e Co mp o s i t e s ， 2 0 0 4： 8 8 38 8 9 【 8 陆安群， 邓敏 ， 莫立武 粉煤灰水泥压实体早期水化和孔隙结构 的演变【 J 1 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 1 1 ) ： 2 4 2 7 9 H O S S A I N K M P r o p e r t i e s o f v o l c a n i c p u m i c e b a s e d c e m e n t a n d l i g h t we i g h t c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 4： 2 8 3 2 9】 作者简介 联 系地址 ： 联系电话 ： 马志鸣( 1 9 8 7 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 混凝土结 构耐久性。 山东省青岛市崂山区深t 略 2 2 2 号 天泰金融广场 A座 1 3 楼( 2 6 6 1 0 0 ) 1 5 1 6 6 0 46 7 7 5 【 6 】王文仲 ， 郑 秀梅 ， 李广军 ， 等 寒冷地区再生混凝土抗冻性能试 验研究f J j 昆凝土 ， 2 0 1 2 ( 1 0 ) ： 3 0 3 1 ， 3 5 【 7 】杨曦 ， 吴瑾 ， 梁继光再 生混凝土抗拉强度与抗压强度关系的试 验研究【 J 1 _ 四川建筑科学研究 ， 2 0 0 9 ( 1 0 ) ： 1 9 0 1 9 2 【 8 肖建庄 ， 兰阳 再生混凝土单轴受拉性能试验研究 J 建筑材料 学报 ， 2 0 0 6 ， 9 ( 2 ) ： 1 5 4 1 5 8 作者简介 ： 联系地址 联系电话 郑秀梅( 1 9 7 6 一 ) ， 女， 教副授， 硕士 ， 主要从事高性能与 智能混凝土研究。 黑龙江省佳木斯大学三区 A院建筑工程学院( 1 5 4 0 0 2 ) 1 8 2 4 5 47 8 6 9 6 8 9 - O O 0 O O O O 们加 仰加 一 g 暑 一 咖 导 _+ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m