高性能再生骨料混凝土力学性能的研究.pdf

2 0 1 1年第 6期 6月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 1 N0 6 J u n e 高性能再生骨料混凝土力学性能的研究 刘 立 ， 赵顺增 ， 曹淑萍 ， 吴 勇 ， 贾福杰 ( 中国建筑材料科学研究总院， 北京 1 0 0 0 2 4 ) 摘要 ： 研 究 了不 同水胶 比、 不 同再 生骨料替代率的 高性 能再 生混凝土抗压强度 、 抗折 强度 、 劈裂抗拉 强度 、 弹 性模 量等力学性 能。结果显示 ， 再 生混凝土的强度等级在 C3 0 C 6 0之 间 ， 抗折 强度大于 4 MP a ， 劈裂抗拉 强度大 于 2 MP a ， 弹性模量在 2 0 4 0 GP a 之 间， 力学性 能满足应 用技 术要 求。 再生骨料 替代 率在 6 0 以内时， 不影响 混凝 土各项 强度 指标 ； 1 0 0 再 生骨料 替代 率的混凝 土根据 水胶 比不 同， 抗压强度 降低 5 2 5 ； 再 生混凝土 弹性模 量随再 生骨 料替代 率的增加而逐步降低 。 关键词 ： 再 生混凝 土； 抗压强度 ； 抗折 强度 ； 劈裂抗拉强度 ； 弹性模 量 Ab s t r a c t ： r h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s s u c h a s c o mp r e s s i v e s t r e n g t h fl e x u r a l 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 a n d e l a s t i c mo d u l u s o f h i g h - p e r f o r ma n c e 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 wi t h d i f f e r e n t w a t e r - b i n d e r r a t i o a n d r e c y c l e d a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a t e a r e s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e s t r e n g t h o f c o n c r e t e i s b e t we e n C 3 0 一 C 6 0 fl e x u r a l s t r e n gth i s mo r e t h a n 4 MP a ， s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h i s mo r e t h a n 2 MP a a n d e l a s t i c mo d u l u s i s b e t we e n 2 0 - 4 0 G P a ， t h e me c h a n i c a l p r o p - e r t i e s c a n me e t t h e a p p l i c a t i o n r e q u i r e me n t s Wh e n t h e r e c y c l e d a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a t e i s l e s s t h a n 6 0 ， t h e r e a r e n o i n fl u e n c e s o n t h e s t r e n gth i n d e x e s o f r e c y c l e d c o n c r e t e ， w h i l e t h e c o n c r e t e wi t h 1 0 0 r e c y c l e d a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a t e c a n r e d u c e t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f 5 - 2 5 a c c o r d i n g t o t h e wa t e r - b i n d e r r a t i o ， a n d t h e e l a s t i c mo d u l u 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 r e d u c e s wi t h t h e i n c r e a s e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a t e Ke y wo r d s ： Re 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； F l e x u r a l 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； E l a s t i c mo d u l u s 中图分 类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 o 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 1 0 4 0前 言 随着社会经济的高速发展 ， 建筑垃圾 日益成为 人们关注的热点问题 。目前 ， 我 国每年拆除建筑产 生的固体废弃物达 2亿 t 以上 ，新建建筑产生 的固 体废弃物约 1亿 t ， 两项 合计约 3亿 t 以上 ， 这些没 有再利用的建筑垃圾对环境构成 了严重的威胁 ， 违 背了我国可持续发展的战略圆 。 本文利用工业化生产的再生粗骨料 ， 采用普通 硅酸盐水 泥 、 粉煤灰 、 磨细矿渣粉等复合胶凝材料 及聚羧酸高效减水剂 ， 设计 了不同强度等级 、 不 同 再生粗骨料取代率的高性能再生混凝土 ， 系统研究 了再 生混凝 土的抗压强度 、 抗 折强度 、 劈裂抗拉强 度 以及弹性 模量等力学指标 的发展规律及其影 响 因素 。 1 试 验 原材 料及 混 凝土 配合 比 1 1 试验原材料 水泥 ： 4 2 5级普硅水泥。 基金 项 目： 国家 高技术研究 发展计划 “ 固体建筑废 弃材料 再 生 混 凝 土 资 源 化 综 合 利 用 关 键 技 术 研 究 与 应 用 ” ( 2 0 0 9 AA0 3 2 3 0 1 ) 。 粉煤灰 ： 级粉煤灰。 磨细矿渣粉 ： $ 9 5级 ， 比表面积 4 0 0 m Z k g 。 细骨料 ： 中砂 ， 细度模 数 2 5 。 粗骨料 ： 石灰岩碎石 ， 最大粒径 3 1 5 m m。 减水剂 ： 聚羧酸高效减水剂。 再生粗骨料 ： 采用天津市某环保制品有限公司 生产 的最大粒径 3 1 5 m m和 1 0 m m两种规格的废混 凝土再生粗骨料 ， 性能见表 1 。 表 1 再 生粗骨料 的性 能试验结果 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 6期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 2期 1 2 混凝土配合比 表 2为不 同强度等级 、 不同再生粗骨料质量取 代率 的高性能再生混凝土系列配合比。 2 试 验 结果与 讨论 2 1 抗压强度 高性能再生混凝土的 7 d 、 2 8 d 、 6 0 d抗压强度数 据 见表 3 。 由表 3可知， 高性能再生混凝土随着水胶 比的 降低 ， 抗 压强度稳步提高 ， 再生混凝 土强度等级在 C 3 0 - C 6 0之 间 。 在 4 0 - 8 0 范围内使用再生骨料， 混凝土的强 度不仅没有低于同配 比的天然骨料混凝土 ， 反而有 增大的趋势。相同配 比下 ， 各个龄期的混凝土抗压 强度随着再生骨料掺量 的加大呈现先增大后减小 的趋势 ， 7 d抗 压强度 的拐点位于 8 0 处 ， 2 8 d的拐 点出现在 6 0 ， 6 0 d强度的拐点前移至 4 0 ， 这种现 象在高水胶 比的混凝土中尤为明显 。 1 0 0 使用再生骨料的混凝土 ， 各龄期抗压强度 均低于 同配比的天然骨料混凝土 ，水胶 比越低 ， 下 降幅度越大， 水胶 比0 3 2的 R C 一 3 2 1 0 0混凝土 7 d 、 一 2 2 8 d 、 6 0 d强度 分别 下降 了 1 7 8 、 1 8 2 、 2 4 6 ， 而 水胶 比 0 4 5的 R C 一 4 5 1 0 0混凝土 7 d 、 2 8 d 、 6 0 d强 度仅分别下降了 8 2 、 0 6 、 l 。 1 0 0 使用再生骨料 的混凝土极限抗压强度为 C 5 0 ， 水胶 比 0 3 2的 R C 一 3 2 1 0 0混凝土抗压强度与 水胶 比0 3 6的 R C 一 3 6 1 0 0混凝土相差无几 ，表明 破坏发生在再生骨料上 ， 即使 降低水胶 比， 也无法 显著提高混凝土强度。 2 2 抗折强度 各个强度等级 、 不同再生骨料取代率的高性能 再生混凝土 7 d 、 2 8 d抗折强度数据见表 3 。 2 2 1 抗压强度与抗折强度关系 表 3数据显示 ， 高性能再生混凝土 2 8 d抗折强 度在 4 8 7 6 MP a之间 ，再生混凝土 2 8 d抗压强度一 抗折强度关系如图 1 所示 。从图 1 可 以看出 ， 再生 混凝土抗折强度 的增长与抗压强度 的增大成线性 关系 ， 即抗折 强度与水胶 比成 比例关系 ， 这一规律 在路面再生混凝土配合 比设计 中十分有用。 2 2 2 抗折强度发展规律 从表 3可以看 出再生混凝土 7 d 、 2 8 d抗折强度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘立 ， 赵顺增 ， 曹淑萍 ， 等 高性能再生骨料混凝土力学性能的研究 皇 艇 堰 抗折强度 MP a 图 1 再生混凝土 2 8 d抗压一 抗折强度关 系 的发展规律 。再生骨料替代率在 6 0 以内， 与同配 比、 同流动度 的天然骨料混凝土相 比， 再 生混凝土 7 d 、 2 8 d抗折强度持平或略有提高 ； 再生骨料替代率 8 0 时， 数据呈现分散状态 ， 出现或提高或降低 的情 况 ， 提 高 、 降低幅度均在 5 以内； 全部采 用再生骨 料时 ， 混凝 土抗 折强度均低于基准混凝土 ， 多数锐 减 1 0 左右。 通过研究发现再生骨料替代率 6 0 以内 ， 通过 调整混凝土水胶 比 ，可 以安全地配制 出抗折强度 4 8 7 6 MP a的高性能再生混凝土 ， 其抗折强度 与天 然骨料混凝土相 当； 再生骨料替代率 1 0 0 时 ， 与 同 配 比的天然骨料混凝土相 比， 再生骨料混凝土抗折 强度下降 1 0 左右 ， 但均能达到 4 MP a以上 ， 可以满 足 工程需 要 。 2 3 劈裂抗拉强度 再生混凝土劈裂抗拉强度数据见表 3 。 试验数据显示 ， 再生混凝土的 2 8 d劈裂抗拉强 度在 2 5 4 5 MP a 之间 ， 其变化趋势与抗折强度变化 基本相 同： 再生骨料替代率 6 0 以内 ， 再生混凝土 7 d 、 2 8 d劈裂抗拉强度与天然骨料混凝土相 当或略 高 ； 再生骨料替代率 8 0 时 ， 数据呈现分散状态 ； 全 部采用再生骨料 ，劈裂抗拉强度呈现下降趋 势 ， 降 幅 5 1 5 。 2 4弹性模量 弹性模量是混凝土重要 的力学性能 ， 反 映了混 凝土所受应力与所产生应变之间的关系 ， 是计算钢 筋混凝土结构变形 、 裂缝开展必需 的参数之一 。各 个强度 等级 、不同再 生骨料替代率 的再生混凝土 一 3 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 6期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 2期 2 8 d弹性模量数据见表 3 。 2 4 1 再生混凝土强度与弹性模量的关系 再生骨料替代率 为 0的天然骨料混凝土水胶 比由 O 4 5降低到 0 3 2时， 混凝土强度显著增加 ， 与 之对应 ， 弹性模量也得到提高 ： 弹性模量由 3 0 9 G P a 增至 4 4 1 G P a ， 增长了 4 2 ， 混凝土抗压强度与弹性 模量存在如图 2所示的关系。 皇 x 祓 抗压强度 MP a 图 2天然骨料混凝 土抗 压强度与弹性模量 的关 系 与天然骨料混凝土类似 ， 改变水胶 比不仅会显 著影响再生骨料混凝土 的强度 ， 也 同样影 响再生骨 料混凝土的弹性模量 ， 1 0 0 再生骨料混凝土随着水 胶 比的降低 ， 混凝土弹性模量依次增加 ， 由 2 2 5 G P a 增加至 3 1 5 G P a ， 增加幅度与天然骨料混凝土相当。 抗压强度与弹性模量的关系见图 3 ，图 3 所示 的曲 线与天然骨料混凝土非常相似 ， 说 明再生混凝土与 普通混凝土的弹性模量发展规律相同。 善 融 抗压 强度 MP a 图 3 1 0 0 凝土抗压强度 与弹性模 量的关 系 2 4 2 再生骨料替代率与弹性模量的关系 从表 3可以看出 ， 再生混凝土的弹性模量与再 生骨料的取代率 有关 ，随着再生骨料取代率 的增 一 4一 大 ， 再生混凝土的弹性模量呈下降趋势。再生骨料 替代率 1 0 0 t ，弹性模量较天然骨料混凝土降低 3 0 左右 ， 在弹性性质上表现为受力时变形较大 ， 韧 性增强。这是由于低孔隙率 的天然骨料弹性模量在 7 0 1 4 0 G P a范围内，而水化硅酸盐水泥砂浆的弹性 模 量在 7 2 8 G P a范 围 内 ， 再 生骨 料 中含 有 大量 的硬 化水泥砂浆附着于原骨料颗粒上 ， 导致再生骨料的 弹性模量偏低 ， 而骨料弹性模量是影响混凝土弹性 模量最显著 的因素 ， 因此， 再生骨料混凝土弹性模量 较天然骨料混凝土降低 3 0 左右， 使得再生混凝土 具有较好 的抗震性能和抵抗动荷载的能力 。 3结论 ( 1 ) 高性 能再 生混凝土 随着 水胶 比的降低 ， 强 度稳步提高， 再生混凝土的强度等级在 C 3 0 C 6 0之 间， 再生骨料替代率 4 0 - 8 0 范围内 ， 不降低混凝 土抗压强度 ， 1 0 0 替代天然骨料后强度下降幅度在 5 -2 5 。 ( 2 ) 高性能再生混凝土抗折强度与水胶 比成 比 例关系 ， 抗折强度大于 4 MP a ， 再生骨料替代率 4 0 6 0 范 围内， 不降低混凝土抗折强度 ， 1 0 0 替代天 然骨料后抗折强度下降幅度在 1 0 左右。 ( 3 )高性 能再 生 混凝 土劈 裂 抗拉 强 度大 于 2 M P a ， 再生骨料替代率 6 0 以内， 再生混凝土劈裂 抗拉强度与天然骨料混凝土相当或略低 ， 1 0 0 替代 天然骨料后强度下降幅度在 5 - 1 5 。 ( 4 ) 高性能再生混凝土的弹性模量在 2 0 - 4 0 G P a 之 间 ， 弹性模量发展规律 与普通混凝土相 同， 随着 再生骨料取代率的增大 ， 再生混凝 土的弹性模量呈 下降趋势 ， 再生骨料替代率 1 0 0 t ， 弹性模量较天 然骨料混凝土降低 3 0 左右。 参考文献 ： 1 刘数华， 冷发光 再生混凝土技术 M 北京 ： 中国建材工 业 出 版 社， 2 0 0 7 2 王海东， 廖耀 明，杨子江 废弃混凝土的再生利用研究【 J 1 节能， 2 0 0 6( 1 1 ) ： 4 4 4 6 收 稿 日期 ： 2 01 1 0 3 0 7 作者简 介： 刘立( 1 9 6 8 一 ) ， 男 ， 教授级高工。 通讯地 址： 北京市朝阳区管庄东里 1 号 联 系 电话 ： [phone] E ma i l ： l i u l i3 0 5 7y a h oo o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m