大粒径再生粗骨料自密实混凝土强度试验研究.pdf

2 0 1 3年 第 4 期 (总 第 2 8 2 期 ) N u mb e r 4i n2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 2 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AI AND ADM D叮CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 4 0 1 4 大粒径再生粗骨料 自密实混凝土强度试验研究 高林 ，徐 国强 。陈海彬 ，刘汉清 ( 河北联合大学 建筑工程学 院，河北 唐 山 0 6 3 0 0 9 ) 摘要 ： 为充分消解老旧建筑拆解的废弃黏土砖 ， 并应用 于村镇低层建筑建设 中， 将废弃黏土砖制备成大粒径再生粗骨料 ， 采 用骨架密实堆积法， 寻求 5 - 1 0 0 m m粒径范围再生粗骨料的最大密度 ， 降低再生粗骨料的空隙率， 通过 曲线拟合合理级配再生粗 骨料 ， 从而制备出具有 良好工作性、 满足普通混凝土使用要求的再生粗骨料 自密实混凝土。 通过本试验研究可以有效减少再生粗 骨料 的制备成本 ， 简化再生粗骨料的制备过程 ， 并拓展再生粗骨料混凝土的应用范围， 具有 良好 的经济效益 。 关键词 ： 大粒径 ；再生粗骨料 ；自密实混凝土；废弃黏土砖；骨架密实堆积 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 4 0 0 4 9 0 3 E x p e r i m e n t a l s t u d i e s o n t h e str e n g t h o f s e l f - c o m p a c t i ng c on c r e t e wi t h l a r g e p a r t i c l e s i z e o f r e c y c l e d c o a r s e a gg r e ga t e s GAO Li n， XU Gu o q i a n g， CHEN Ha i b i n， LI U He m- q i ng ( C o l l e g e o f C i v i l a n d A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e ri n g ， H e b e i U n i t e d U n i v e r s i t y ， T a n g s h a n 0 6 3 0 0 9 ， C h i n a ) Abs t r act ： I n o r d e r t o f ul l y d i g e s t t h e wa s t e c l a y b ric k whi c h di s mant l e d f r o m o l d b u i l d i ng， an d a p pl i e d t o the c o n s t r uc t i o n o f l o w- ris e b ui l d i n g i n the v i l l a g e s an d t own s ， we p r e pa r e d l arg e p a r t i c l e s i z e o f r e c y c l e d c o ars e a g g r e g a t e wi t h wa s t e c l a y b f i c k， u s e d the s ke l e t o n de ns e pa c k i n g me tho d t o s e e k the ma xi mum de ns i t y o f r e c y c l e d c o ars e a g g r e g a t e i n the r an g e o f 5 -1 0 0 mm p a r t i c l e s i z e， r e d uc e d t h e vo i d r a t i o o f r e c y c l e d C O arS e a g gre g a t e， an d fire d t he c u r v e o f r e c yc l e d c o ars e a g g r e g a t e wi th r e a s o n a b l e gra d a t i o n， t h u s p r e p are d t he r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e ， wh i c h h a d g o o d wo r k a b i l i ty， and s i s fie d t h e o p e r a t i n g r e q u i r e me n t s o f g e n e r a l c o n c r e t e Th r o ug h the e x p e rime n t a l s t ud y， we c o ul d e ffe c t i ve l y r e d uc e the c o s t t o p r e p a r e the r e c y c l e d c o ars e a g g r e g a t e， s i mp l i f y the p r e p ara t i o n p r o c e s sof r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e， e x p an dthe a p p l i c a t i o n r a n g e of r e c yc l e d c o ars e a gg r e g a t e c o n c r e t e， an dg a i ng o ode c o no mi cbe ne fit K e y w o r d s ： l arg e p a r t i c l e s i z e ； r e c y c l e d c o ars e a g gre g a t e ； s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e ； wa s t e c l a yb ri c k； s k e l e t o n d e n s e p a c kin g 0 引言 当今 ， 随着我 国经济快速发展 ， 城乡建设也步入 快速 发展的轨道 ， 村镇区域新老建筑物的更替频率逐步加大， 导致了大量 的建筑废弃黏土砖等建筑废弃物的产生 。 建筑 废弃物的处理需要 占用大量的土地资源 ， 同时也造成 了村 镇地区环境再污染 等一系列环境 问题 ， 而将废弃黏土砖用 于制备再生粗骨料混凝土， 不但可以有效的消解建筑废弃 物 ， 减少 了原生粗骨料 的消耗 ， 同时又以循环再利 用的方 式解决 了建筑废弃物所带来的环境 问题 ， 符合建筑业可持 续发展 的战略 目标 1 - 。 目前 ， 我 国对建筑废弃物循 环再利 用的研究越来越重视， 建筑废弃黏土砖因其来源广泛、 便 于加工制备 、 骨料强度适 中、 再利用途径多元等 良好 的再 利用价值受到研究者的亲睐 。 本研究试验研究从充分利用废弃黏土砖的角度出发 ， 将废弃黏土砖制备成大粒径再生粗骨料， 采用骨架密实堆 积法 ， 得出 5 - 1 0 0 m n l 各粒径范围再生粗骨料 的最佳密实 堆积比例 ， 用于配制具有密实堆积骨架 的再生 自密实混凝 土 ， 并从粗骨料级配合比式、 水灰比两方面研究其对再生 粗骨料混凝土强度的影响趋势 ， 从而寻找出大粒径再生粗 骨料 自密实混凝土的工作性、 强度与经济性的最佳契合点。 1 试验研 究 1 1 试验材料 ( 1 ) 再生粗 骨料 ： 利用颚式破碎机将废弃黏土砖破碎 ， 经筛分制备而成 。 利用粗骨料试验筛将再生粗骨料筛分 为 1 0 个粒径范围 ： 5 1 0 i n n l ， 1 0 1 6 m m， 1 6 2 0 1 1 1 1 ， 2 0 - 2 5 mm， 2 5 -3 1 5 mi l l ， 31 5 - 4 0 mi l l ， 4 0 -5 0 1 1 1 1 1 1 ， 5 0 - 6 3 mi l l ， 6 3 -8 0 mi l l ， 8 0 -1 O 0 r f l r f l 。 ( 2 ) 水泥 ： P 0 4 2 5 水泥。 ( 3 ) 砂 ： 普通河砂 ， 细度模数 2 _ 3 。 ( 4 ) 水： 自来水。 ( 5 ) 减水剂： 聚羧酸系减水剂。 1 2试验 设计 ( 1 ) 再生粗骨料级配设计 。 试 验所用再生粗 骨料根据 收稿 日期 ：2 0 1 2 1 0 1 4 基金项目：国家 自然科学基金项 目( 5 1 2 7 8 1 6 4 ) ； 唐山市科技计划项 目( 1 2 1 4 0 2 0 8 A 6 ； 1 2 1 4 0 2 0 8 A 1 ) 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 最密实堆积理论 ， 采用等质量替换多级配骨架密实堆积法 以实现其最佳配合比例。 再生粗骨料级配区间划分 为 4 个大组 ， 分别是 I 组( 5 2 0 m m) ， 由 5 1 0 m n l 、 1 0 1 6 m m、 1 6 - 2 0 i n n l 三个粒径范围组 成 ； I I 组( 2 0 ,- 4 0 r l l r l 1 ) ， 由 2 0 2 5 i n n l 、 2 5 3 1 - 5 ra i n 、 3 1 5 , - 4 0 I I L r n 三个 粒径 范 围组 成 ； I I I 组 ( 4 0 8 0 mi n ) ， 由 4 0 5 0 m m、 5 0 6 3 m m、 6 3 8 0 m m三个粒径范围组成； I V组( 8 0 1 0 0 m m) ， 仅 包含 8 0 1 0 0 mm一个粒径范 围。 各 组级 配 区间 的再生 粗骨料 均采 用 骨架 密实 堆积 的方 式 ， 实现粗 骨料 的密实堆 积效 果 ， 得 出其 最佳 配合 比例 。 然后再利用骨架密实堆积法分别得 出 I 组级配区 间的再生粗骨料的最佳配合 比例 。 为了得到再 生粗骨料的 最密实堆积效果， 分别采用正堆积和反堆积两种途径， 最终 选取正堆积所得的配合 比例为最佳配合比例。 ( 2 ) 再生粗骨料混凝土配合 比设计 级配合 比式对再生粗骨料混凝土强度影响 。 将四种 不 同级配合 比式得到 的再生粗骨料作为试验对象 ， 采用相 同的配合 比进行再生粗骨料混凝土配制 ， 验证级配合 比式 对再生粗骨料混凝土强度 的影响趋势 。 其中 C组为采用骨架密实堆积法得到的再生粗骨料 最佳配合比。 水灰 比对再生粗骨料混凝土强度影响。 以骨架密实 堆积法得到的最佳配合比例的再生粗骨料作为试验对象， 通过改变水灰 比的方式进行再生粗骨料混凝土的配制 ， 验 证水灰 比对再生粗骨料混凝土强度的影 响趋势。 表 1 不同级配合比式的再生粗骨料各粒径范围含量( 质量比) 由于再生粗骨料的最大粒径为 1 0 0 n l l T l ， 为了保证再生 粗骨料混凝土的强度测试更加准确 ， 采用 2 0 0 m m x 2 0 0 m r f l x 2 0 0 to n i 试块尺寸 ， 且再生粗骨料在拌和混凝土之前均需提 前进行预湿 ， 再生混凝土试块均采用标准养护方式养护 ， 并 分别测得 3 、 7 、 2 8 d的抗压强度 ， 所得抗压强度均为 3 块试 林 鬟 块抗压强度 的平均值 。 2 试验结果分析 2 1 再生粗骨料骨架密实堆积试验结果分析 I 组级配区间( 5 2 0 m m) 堆积 曲线 ， 如图 1 所示 。 5 - 1 0 m m粗骨 料质量 百分 比 ， 5 1 6 mm 粗 骨料质量 百分 比 ， ( a ) 5 1 6 mm 粗骨料密实堆积 曲线 (b ) 5 2 0 mm 粗骨料密实堆积 曲线 图 1 I 组级配区间粗骨料密实堆积 曲线 I I 组级配 区间( 2 0 - 4 0 n u n ) 堆积曲线 ， 如图 2 所示 。 实正堆积试 验得 出 5 1 0 0 m m 粒径范 围再 生粗骨料 的最 I I I 组级配区间( 4 0 8 0 mm) 堆积曲线， 如图3 所示。 佳掺和比例见表 4 。 I 组级配区间( 5 1 0 0 m m) 正堆积曲 线， 如图4 所示。 2 2 不同级配合比式的再生粗骨料混凝土强度结 I I V组级配区间( 5 1 0 0 mm) 反堆积曲线， 如图5 所示。 果分析 通过 I 组级配区间的再 生粗 骨料正堆 积和反堆积 通过对 A D 四组再生粗骨料混凝 土抗压 强度分析 ， 两种密实堆积途径 ， 结果显示正堆积的效果明显高于反堆 如表 5 所示 ， 可以看出： C组( 采用骨架密实堆积法所得粗 积， 因此本次试验再生粗骨料级配采用正堆积结果。 骨架密 骨料 ) 抗压强度均高于其他各组的抗压强度， 其中比B组 5 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 l0 9 9 9 9 9 9 9 9 2 O 一 2 5 mm 粗 骨料质 量百 分 比 ( a ) 2 0 3 1 5 mm 粗骨料密实堆积曲线 9 9 9 9 9 9 9 8 8 2 0 3 1 5 mm 粗 骨料质 量百分 比 ， ( b ) 2 0 4 0 m m粗骨料密实堆积曲线 图 2 l I 组级配区间粗骨料密实堆积 曲线 6一-y=-6107 lx+8793 6x+6087 6 4 0 5 0 mm 粗 骨料质 量百 分 比， 4 0 6 3 mm粗骨料 质量 百分 比 ， ( a ) 4 0 6 3 mm粗骨料密实堆积 曲线 ( b ) 4 0 8 0 mm 粗骨料密实堆积 曲线 图 3 组级配区间粗骨料密实堆积曲线 5 2 O 粗骨料质量百分比 ( a ) 5 4 0 m m粗骨料密实堆积 曲线 4 O 一 8 0 mm粗骨料质量百分比， ( a ) 4 0 1 0 0m m粗骨料密实堆积 曲线 1 州0 1 r r ! l 一 5 4 0 mm 粗骨料质量百分比， ( b ) 5 8 0 mm 粗骨料密实堆积曲线 图 4 I I V组级配区间粗骨料密实正堆积曲线 2 O 一 4 0 mm粗骨料质量百分比， ( b ) 2 0 1 0 0 mm粗骨料密实堆积 曲线 图 5 l IV组级配区间粗骨料密实反堆积曲线 5 8 0 mm粗骨料 质量 百分 比 ， ( c ) 5 一 I O 0 mm 粗 骨料密 实堆 积 曲 线 4 0 6 0 8 0 1 O 0 5 2 0 mm 粗骨料质量百分 比， ( c ) 5 1 0 0m m粗骨料密实堆积 曲线 表 4 再生粗骨料各粒径范围质量比 的抗压强度高约 2 3 7 9 。 说明随着粗 骨料 骨架密 实性 的 提高， 粗骨料间的空隙被充分填充， 各粒径范围的粗骨料 可以从不同角度有效分散荷载的传递， 从而提升了混凝土 的抗压强度。 对于没有采用骨架密实堆积所得粗骨料 ， 在制 备的混凝土中 ， 粗骨料骨架稀疏 ， 粗骨料 间的空隙率较高 ， 不利于粗骨料间荷载的传递， 并在部分区域形成了强度薄 弱区， 从而影响了混凝土的强度性能 。 2 3 不同水灰比的再生粗骨料混凝土强度结果分析 通过 对 a d四组 再生粗 骨料混凝 土抗压 强度 分析 ， 如表 6所示， 可以看出： 随着水灰比的降低， 混凝土的抗 压强度呈现上涨的趋势 ， 而坍落度则出现下降的趋势 ； 在 水灰 比处 于 O 4 0 - 0 5 0的常规范 围时 ， 再生 混凝土 的坍落 表 5 不 同级配合比式的再生粗骨料混凝土抗压强度 度均满足使用要求 ， 抗压强度均大于 2 0 MP a ， 说明采用 骨架密实堆积法级配的再生粗骨料可以充分满足再生混 凝土抗压强度C 2 0的强度要求， 并符合 自密实混凝土的 使用要求。 下转第 6 0页 、 唧蜒 蝉 林糖蘖啦罪目目0 0 N 咖蝗 辩林糖 亲啦 目目 _【 0 唧 鳟 林静蘖啦翼目目。 0 9 9 9 9 9 8 8 8 8 8 卿瞧 辩 糖婆啦彝g g 9 _ 0 咖避 鳟 林糖蘖啦彝目 目0 0 一 、 咖 鳟 糖亲啦 靼8 g 0 、 姗 磐 帮葵 啦 g目0 O 9 9 9 9 、 =尊 鳟 林招亲 啦桀g目0 0_【 、 唧 鳟 林 髓 葵 啦 靼目目 0 0 _【 、 咖 螂林糖 套 啦 圈；gg 0 0 _【 寸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m c e r a m i c w a s t e a g g r e g a t e J I n d i a ： C e m e n t &C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 5 ( 2 7 ) ： 9 1 0 9 1 3 【 6 】L O P E Z V， L L A M A S B ， J U A N A， e t a 1 I g u e rr a e c o - e ff i c i e n t c o n c r e t e s： i mp a c t o f t h e u s e o f wh i t e c e r a mi c p o wd e r o n t h e me c h a n i c al p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e 1 3 B i o s y s t e m s E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 7 ， 9 6 ( 4 ) ： 5 5 9- 5 6 4 7 】S E N T H A MA R A I R M， D E V A D A S M A N O H A R A N P C o n c r e t e w i t h c e r a mi c w ast e a g g r e g a t e J I n d i a ： C e me n t C o n c r e t e C o mp o s i t e s 2 0 0 5 ( 2 7 ) ： 9 1 0 9 1 3 8 8 C O R R E I A J R， D E B R I T O J ， P E R E I R A A s E ff e c t s o n c o n c r e t e d u r a b i l i t y o f u s i n g r e c y c l e d c e r a mi c a g - g r e g a t e s 【 J 】 P o rt u g M： Ma t e - r i a l s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 0 6 ( 3 9 ) ： 1 6 9 1 7 7 【 9 】董峰， 等 陶瓷工业固体废弃物的回收再利用叨 混凝土， 2 0 0 6 ( 6 ) 【 1 O 万冬梅， 彭刚 利用陶瓷废料开发固体混凝土材料的研究 J 】 佛 山陶瓷 ， 2 0 0 1 ( 1 0 ) 【 1 1 J G J 5 2 -2 0 0 6 ， 普通混凝土用砂、 石质量及检验 方法标准【 s 1 匕 上接第 5 1 页 表 6 不同水灰比再生粗骨料混凝土抗压强度 3结 论 ( 1 ) 通过骨架密实堆积法级配 的再生粗骨料所制备 的 再生粗骨料 自密实混凝 土， 其抗压强度均高于未经此方法 级配的再生粗骨料 自密实混凝土的抗压强度 ， 说 明合理 的 级配合 比式可 以有效提高再生粗骨料混凝土的强度 。 ( 2 ) 对于大粒径再生粗骨料 ， 通过合理 的级配合 比法 ， 可 以充分利用再生粗骨料 ， 减少再 生粗 骨料 的制备成本 ， 简化再生粗骨料的制备过程。 ( 3 ) 在常规的水灰 比范围内 ， 经过合理级配 的大粒径 再生粗骨料混凝土的抗压强度 可以满 足普通混凝土 的一 般使用要求， 可以适当的扩展再生混凝土的使用范围。 上接第 5 5页 f r e e h ig h s o l i d s a l k y d p a i n t s J P r o g r e s s i n O r g a n i c C o a t i n g s ， 2 0 0 6 ( 5 5 ) ： 1 4 9 1 5 3 【 2 4 U 晓建 海洋环境中的防腐蚀涂层技术及发展 J 】 现代涂料与涂 装 ， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 4 ) ： 2 0 2 2 【 2 5 YAN G X， Z HA NG T， WAN G H， e t a 1 A n e w s o l v e n t - f r e e s u p e r h i g h b u i l d e p o x y c o a t i n g e v a l u a t e d b y ma r i n e c o r r o s i o n s i mu l a t i o n a p p a r a t u s J M a t e ri al s a n d C o r r o s i o n ， 2 0 1 2 ( 4 ) ： 3 2 8 - 3 3 2 【 2 6 支 0 志 无溶剂超厚膜型环氧重防腐涂层的研制及耐久性研翘 D 山东： 青岛科技大学， 2 0 0 9 ： 3 - 2 0 【 2 7 Z H A N G Z u h u a ， Y A O X i a o ， Z H U H u a - j u n P o t e n t i al a p p l i c a t i o n o f g e o p o l y m e r s a s p r o t e c t i o n c o a t i n g s f o r m a r i n e c o n c r e t e I J 1 B a s i c p r o p e r t i e s A p p l i e d C l a y S c i e n c e ， 2 0 1 0 ( 4 9 ) ： 1 - 6 【 2 8 Z H A N G Z u h u a ， Y A O X i a o ， Z H U H u a - j u n P o t e n t i al a p p l i c a t i o n o f g e o p o l y me r s a s p r o t e c t i o n c o a t i n g s for ma r i n e c o n c r e t e I I J Mi - 6 0 京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 7 ( 1 2 ) 1 2 G J 5 5 2 0 o 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 8 1 3 G B T 5 0 0 8 0 - - - 2 0 0 2 ， 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 S 北 京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 3 【 1 4 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 中国 建筑工业出版社， 2 0 0 3 ( 1 ) 【 1 5 S E N T HAMARA I R M， DE V AD AS MA NOHA RA N P C o n c r e t e w i t h c e r a m i c w ast e a g g r e g a t C e m e n t & C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 5 ( 2 7 ) ： 9】 0 -91 3 作者简介 联系地址 联系电话 ： 陆盛武( 1 9 7 2 一 ) ， 男， 工程师， 硕士研究生， 主要从事混 凝土方面的研究。 广西柳州市广西生态工程职业技术学院建筑工程系 ( 5 4 5 0 0 3 ) 1 8 0 7 7 21 8 6 81 参考文献： 1 杜婷， 李惠强， 覃亚伟， 等 再生混凝土未来发展的探讨 J 】 混凝 土 ， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 4 9 5 0 ， 4 4 2 王长生 再生黏土砖混凝土性能试验 J 】 _ 房材与应用， 2 0 0 1 ， 2 9 ( 1 ) ： 4 4 4 5 【 3 】范小平 再生黏土砖骨料混凝土的性能研究【 J 】 福建建材 ， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 2 7 2 8 【 4 刘昕 ， 张雄 ， 李雯霞 ， 等 国内外再生粗骨料研究新进展 J 】 建筑 技术 。 2 0 1 0 ( 1 ) ： 6 3 6 7 5 曾路春 废混凝土作粗集料、 废砖作细集料制备再生混凝土的 试验研究【 J J 墙材革新与建筑节能 ， 2 0 0 6 ( 8 ) ： 3 5 3 6 6 】程海丽 废砖粉在建筑砂浆中的应用研究 J 】 北方工业大学学 报， 2 0 0 5 ， 1 7 ( 1 ) ： 8 9 9 3 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 高林( 1 9 7 9 一 ) ， 男， 硕士 ， 讲师 ， 主要从事结构抗震和建 筑防灾减灾研究。 河北省唐山市新华西道4 6 号 河北联合大学建筑工程 学院( 0 6 3 0 0 9 ) 1 3 8 3 2 8 7 0 98 5 c r o s t ruc t u r e a n d a n t i c o r r o s i o n me c h a ni s m App l i e d Cl a y S c i e n c e， 2 0 1 0 ( 4 9 ) ： 7 1 2 【 2 9 C H A T r O P A D H Y A Y D K， R A J U K V S N S t ru c t u r al e n g i n e e ri n g o f p o l y u r e t h a n e c o a t i n g s f o r h i g h p e r f o r ma n c e a p p l i c a t i o n s J P r o g r e s s i n P o l y m e r S c i e n c e ， 2 0 0 7 ( 3 2 ) ： 3 5 2 4 1 8 3 0 S H I H o n g - w e i ， L I U F u - c h u n ， Y A N G L i h o n g ， e t a1 C h ar a c t e r i z a t i o n o f p r o t e c t i v e p e rfo rm a n c e o f e p o x y r e i n f o r c e d wi t h n a n o me t e r -s i z e d T i O 2 a n d S i O 2 J P r o g r e s s i n O r g a n i c C o a t i n g s ， 2 0 0 8 ( 6 2 ) ： 3 5 9 3 6 8 作者简介： 联 系地址 联系电话 康莉萍 ( 1 9 8 8 一 ) ， 女 ， 硕士研究生 ， 主要从事混凝土耐 久性等方面的研究。 山东省青岛市南海路 7 号 中国科学院海洋研究所 ( 2 6 6 0 7 1 ) 1 8 3 75 4 2 3 3 61 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m