再生废砖粗骨料对混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 5年 第 2 期 ( 总 第 3 0 4 期) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 4 ) 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 CLE 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 5 0 2 0 1 5 再生废砖 粗骨料对 混凝 土性 能的影响 李飞 ， 张晓奇 ， 董 汇标 ，沈静云 ( 1 北京建筑大学 工程结构与新材料北京市高等学校工程研究中心， 北京 1 0 0 0 4 4； 2 清华大学 建筑设计研究院有限公司， 北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要： 研究利用废砖再生粗骨料部分或全部代替天然粗骨料， 对比再生骨料对混凝土力学及抗冻性能的影响 ， 并利用显微硬 度、 硬化混凝土气孔分析探讨其对再生混凝土微观结构 的影响。 得出结论 ： 随着废砖粗骨料掺量的增加， 混凝土立方体抗压强度 逐渐降低 ， 但对劈裂抗拉强度影响不大； 水胶比是影响其界面处显微硬度和抗盐冻性能的最主要因素。 关键词： 再生骨料 ； 界面过渡区； 显微硬度 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 l 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 5 6 0 3 E ff e c t o f r e c y c l e d wa s t e b r i c k c o a r s e a g g r e g a t e on p r o p e r t i e s o f c on c r e t e LIF e i ， ZHANG Xi a o q i ， D ONG Hu i b i a o ， S HEN J i n g yu n ( 1 B e ij i n g Hi g h e r I n s ti t u ti o n E n g i n e e ri n g R e s e a r c h C e n t e r o f Ci v i l E n g i n e e rin g S t r u c t u r e a n d R e n e wa b l e Ma t e ri a l Be i j i n g Un i v e r s i t y o f Ci v i l E n g i n e e ri n g and A r c h i t e c t u r e ， B e i j i n g 1 0 0 0 4 4， C h i n a ； 2 Ar c h i t e c t u a l De s i g n An d R e s e arc h I n s t i tut e o f Ts i n g h u a Un i v e r s i t y Co ， L t d ， Be ij i n g 1 0 0 0 8 4， C h i n a ) Abs t r ac t： At p r e s e n t ， t h e r e are f e w r e s e arc h e s a b o u t t he 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 o f wa s t e br i c k， and i t ma i nl y f o c u s on t h e me c hani c a l p e rfo r ma n c e Th e me c ha n i c a l p r o p e r t i e s an d t he i n flu e n c e o n fro s tr e s i s t a n c e 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 we r e s tud i e d i n t h i s p a p e r ， wh i c h i s r e p l a c e d b y s o me o r a l l wa s t e b ri c k Mi c r oh ard n e s s ， h a r d e n e d c o n c r e t e p o r o s i t y ana l y s i s w e r e u s e d t o s tud y i t s e f f e c t o n mi c r o s t r uc t u r e Dr a w c on c l us i o n s： wi th the i n c r e a s e o f wa s t e b ric k c o a r s e a g g r e g a t e， the c o mp r e s s i ve s t r e n g t h o f c on c r e t e g r a d ua l l y d e c r e a s e d， b u t n o t mu c h i mp a c t o n the s pl i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h； wa t e r c e me n t r a ti o i s t he mos t i mp or t a n t f a c t o r to t h e i n t e r r a c i a l t r a n s i tio n z on e m i c r o h ar d n e s s a nd s a l t f r os t r e s i s t a nc e Ke y wo r d s： r e c y c l e d a g g r e g a t e ； i n t e r r a c i a l t r an s i t i o n z o n e ； mi c r oh ard n e s s 我 国房 屋建筑 材料 中黏土砖 占据 主导地位 ， 通 过将 废弃 的黏土砖制成 粗细 骨料等 手段循 环再 生 ， 不但 可实 现建筑垃圾 的资源 化 、 无 害化 ， 解 决建 筑 垃圾 的处治 和 环境问题 ， 而且可缓解我国基础设施建设原料供应紧张的 矛盾 。 再生混凝土和普通混凝土本质 的区别是骨料 的不同 ， 废砖再生骨料 疏松 多孔 ， 其 与天然骨 料相 比具有 孔 隙率 高 、 吸水性大 、 强度低等特征 。 但是 ， 国内外对废弃 混凝 土 再生骨料混凝土研究的报道较多 ， 对废弃黏土砖再生骨料 及其混凝土研究的报道却相对较少 ， 并主要集 中在力 学性能方面。 邢振贤等 发现影响碎石骨料混凝土抗压强 度 的因素中 ， 水胶 比是 主要因素 ， 碎砖骨料掺量是 重要 因 素 ， 砂率是次要因素。 谢玲君等 的试验结果表 明， 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 。 宗兰等 则综合考虑再 生混凝 土的工作性 、 力学性能 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 6 2 6 基金 项 目 ： 北京市 自然科学青年科学基金项 目( 8 1 4 4 0 4 3 ) 56 等指标 ， 发现当碎砖 骨料 取代率为 3 0 、 粉煤灰 取代水泥 掺量为 1 0 时 ， 混凝土的各项指标达到最优。 笔者主要通过试验 ， 研究了将废砖再生粗骨料部分或 全部代替天然粗骨料后对混凝 土力学及单面抗冻性能 的 影响 ， 并利用显微硬度 、 硬化混凝土气孔 分析探讨其对再 生混凝土微观结构 的影响。 1 试验原材料及 配合 比设计 1 1 原 材 水泥为金隅集 团生产的 P O 4 2 5级水泥 ； l l I l l l l 为聚羧酸减水剂 ； 细骨料为机制砂 ， 细度模 数 3 9 ； 粗骨料 分两种 ， 分别为天然 碎石和废砖再生粗骨料 ， 基本 物理性 能见表 1 。 表 1 粗骨料的基本性能 骨料类型 率 压 9 6 标 吸 率 天 然碎石5 - 2 5 2 8 1 0 1 5 9 0 4 3 1 2 2 一 再生粗骨料 5 - 2 5 2 5 5 0 1 1 2 0 5 6 2 3 7 1 0 7 1 1 2配合 比设计 在普通混凝土配合 比设计方法 的基础上 ， 考 虑再生骨 料吸水率的影响， 提前对所使用废砖再生骨料润湿。 配制 出水胶 比分别为 0 3 6 、 0 4 4 、 0 4 8的天然骨料塑性混凝土 ， 在其他条件不变的情况 下 ， 用再生粗骨料部分或全部取代 天然粗骨料( 取代率分别为 5 0 ， 1 0 0 ) ， 具体配合比见表 2 。 表 2 混凝土配合b B 及部分试验结果 注 ： O 3 6一 R 5 0 表示水胶比为 0 3 6 ， 废砖再生骨料掺量为 5 0 。 2结果与讨论 2 1 抗 压 与 抗拉 强 度 由图 1 、 2可知 ， 当其他条 件一定 的情况下 ， 再生混凝 土和普通混凝 土立方体抗压 强度均 随着水胶 比的增加 而 降低 。 2 8 d立方体抗压强度 ， 0 3 6水胶 比， 当废砖再 生粗 骨 料取代率分别为 5 0 、 1 0 0 时 ， 再生混凝 土的抗压强度 较 普通混凝土分别降低 1 5 2 、 2 8 2 ； 0 4 4水胶比时分别降 低 2 5 6 、 2 8 4 ； 0 4 4水胶 比时分别降低 2 3 1 、 2 4 1 。 无论水胶 比低或高 ， 混凝土立方体 抗压强度均随着 R A掺 量的增加而逐渐降低 ， 严捍东等 认为混凝土后期强度应 主要取决 于砖骨料 本身强 度 ， 所 以这 可能是 由于再生 粗 骨料本身 的性质造成 的。 另外 ， 0 3 6一R 5 0与 0 4 4一R 0组 抗压强度相 近 ， 表 明此 时骨料 与水胶 比对混 凝 土 的影 响 相 当。 7O 日 6O 簧 5 0 出 4 O 3O 再生骨料掺量 ， 图 1 7 d立方体 抗 压强 度 o 2 5 5 0 7 5 1 o o 再生 骨料掺 量 ， 图 2 2 8 d立 方体 抗压 强度 砂 的细度模 数对所配制 的混凝 土性 能有着非常重要 的影 响。 一般来说 ， 在原材料 和配合比不变的情况下 ， 砂 的 细度模数减小 ， 新拌混凝土的流动性下 降， 黏度增大 ， 混凝 土强度降低 。 本试验所用机制砂细度模数较大 ， 导致 整 体抗压强度偏高 。 如 图 3所示 ， 水胶 比为 0 3 6 、 0 4 4时 R 0 、 R 5 0组 的劈 裂抗拉强度相近 ， 最 大差值仅 为 1 6 6 ； 0 4 8一R 0由于数 据离散而无效 ， 0 4 8一 R 5 0和 0 4 8一 R 1 0 0则 比 0 3 6 、 0 4 4 时降低很多 。 水 胶 比 图 3 2 8 d混凝土劈裂抗拉强度 钱觉 时等 认为 当粗集料强度 比水泥砂浆基体抗压 强度低时 ， 单纯通过增大水泥砂浆基体抗压强度来 提高混 凝土抗折强度 的效果不明显 ； 只有在粗集料与水泥砂浆基 体的抗压强度和弹性模量相互协调 的基础上 ， 才能充分发 挥粗集料和水泥砂浆基体 的作用 。 这可能导致 了以上结果 的出现 。 2 2 单 面冻融试验 单面冻融试验使用 的是盐冻法 ， 由于有 N a C 1 的存在 ， 使得混凝土由于渗透压 的增 大导致 昆 凝土 的孔 隙饱 和吸 水度提高 ， 结冰应 力增大 ， 加之不断 积累的盐结 晶压 力和 盐的浓度梯度使受冻时因分层结冰产生应力差 ， 这些导致 盐冻的破坏 比快冻法水冻 的破坏严重 ， 故会较早 出现质量 损失。 图4为 0 3 6一 R 5 0 、 0 4 4一 R 0与 0 3 6一 R 1 0 0 、 0 4 4一 R 5 0强度相近两组 的单面冻融试验质量损失结果 。 如图 5所示 ， 根据规定达 到 2 8次 冻融循环 时停止试 验 ， 水胶 比 0 4 4组试件均 已出现较大 的单位表 面面积剥 落物 总质量 ， 而水胶 t t o 3 6 组均 尚未 出现质量损失 ， 表 明 7 d I 苣 蓉覃 不断进行 ， 这层 水 膜为 水 泥水化 提 供 水源 ， 橡 胶颗 粒 与 水泥基之间有 微小缝 隙扩 展 ， 使橡 胶颗粒 与水泥 基体 之 间出现薄弱 层 ， 削弱 了二 者之 间 的黏 结力 ， 不 利 于强 度 发展 。 ( 3 ) 玄武 岩纤 维对 混凝 土力 学性 能增 强作 用 ： 混 凝 土的流动性主要依 靠水 泥基 的润滑作 用 ， 试验 前经 分散 良好的玄 武岩 纤维 在混 凝 土 内部 均匀 分 散形 成 纤维一 水泥基三维 网络格构 ， 骨料 滑动 时就要 克服 纤维一水泥 基 的阻力 ， 混凝土 流动性降低 ， 且纤维 掺量越 大， 这一 网 络格构的阻碍作用越强 ； 但 是 ， 乱向 的网格 能够有效 阻止 混凝土内部微 裂缝 的产生 和发 展 ， 达 到对混 凝土 的补强 增韧效果 ， 且纤维掺量越大 ， 这种 网络格构填充的越充分 ， 增强效 果越 明显 ； 玄 武岩 纤 维 与 水 泥基 具 有 良好 的相 容性 ， 橡胶颗粒 与水泥 基 的松散 界 面 内填 充入玄 武岩纤 维 ， 黏结能力强的纤维一水泥基大大改善了橡胶颗粒与 水泥基的黏 结性 能 ， 使 得混 凝 土更 加 密 实， 这 可 能是 玄 武岩纤维对掺加橡胶颗粒 的混凝 土增强效果 明显 的主要 原因 4 结 论 ( 1 ) 1 0 掺量 的橡胶 颗粒可 明显 降低混凝 土流动性 ； 2 k g m 掺量的玄武 岩纤维使混凝 土流动性 降低不 明显 ， 而掺量为 4 k g m 时 ， 混凝土流动性降低 明显。 ( 2 ) 橡胶颗粒和再生骨料对混凝土力学性能都有不利 影响 ， 当二者混掺时更加不利 ， 与普通混凝土相 比， 抗压强 度 、 劈裂抗拉强 度 和抗折 强度 依次 降低 2 7 1 、 2 0 5 和 1 9 5 。 ( 3 ) 玄武岩纤维掺量 为 2 、 4 k g m 时 ， 对普 通混凝土 的抗压强度没有 明显影 响 ， 但能 够提 高其劈 拉强 度和抗 折强度 ； 玄武岩纤维对橡胶再生混凝土 的力学性能增强效 果 明显 ， 当纤维掺量为 4 k g m 时 ， B F R R R C的抗 压强度 、 劈裂抗 拉 强度 和抗 折 强度 依次 提 高 了 1 1 3 、 1 5 8 和 1 9 4 ； 玄武岩纤维能够提高掺橡胶 颗粒混凝土 的弹性模 量 ， 纤维掺量为 4 k g m 时 ， R B C和 R R B C的弹性模 量依 次提高 6 5 、 8 1 。 上接第 5 8页 5 宗兰， 余倩， 张士萍 碎砖类骨料再生混凝土的力学性能研究 J 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 6 ) 6 严捍东 ， 陈秀峰 废弃黏土砖再生骨料对混凝土性能的影响研 究 J 四川建筑科学研究 ， 2 0 0 9 ( 5 ) E 7 杨建军， 殷素红， 王恒昌， 等 细集料品质对 C 8 0高性能混凝土 性能的影响 J 混凝土， 2 0 0 8 ( 1 1 ) 8 钱觉日 寸 ， 宋开伟 ， 杨再富， 等 粗集料强度对混凝土抗折强度的 影响 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 6 ( 4 ) 9 陈惠苏， 孙伟 ， S t r o e v e n p i e t 水泥基复合材料集料与浆体界面研究 综述( 二) ： 界面微观结构的形成， 劣化机理及其影响因素 J 硅 酸盐学报 ， 2 0 0 4 ( 1 ) i o 万惠文， 徐金龙 ， 水中和， 等 再生混凝土 I T Z结构与性质的研 究 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 4 ( 1 1 ) 6 2 参考文献 ： 1 赵庆新， 董进秋 ， 潘慧敏， 等 玄武岩纤维增韧混凝土冲击性能 J 复合材料学报 ， 2 0 1 0 ， 2 7 ( 6 ) ： 1 2 01 2 4 1- 2 D I A S D P ， T H A U MA T U R G O C F r a c t u r e t o u g h n e s s o f g e o p o l y m e t r i c c o n c r e t e s r e i n f o r c e d w i t h b a s a l t f i b e r s J C e m e n t a n d Co n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 1 )： 4 9 5 4 3 李为民， 许金余， 沈刘军 ， 等 玄武岩纤维混凝土的动态力学性 能 J 复合材料学报 ， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 2 ) ： 1 3 5 1 4 2 I 4 黄 建， 邓敏 玄盂 力学性能的影响 J 复合材料学报 ， 2 0 1 0 ， 2 7 ( 1 ) ： 1 5 0 1 5 4 5 彭苗， 黄浩雄， 等 玄武岩纤维混凝土基本力学性能试验研究 J 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 7 4 7 5 1- 6 吴钊贤 ， 袁海庆， 等 玄武岩纤维混凝土力学性能试验研究 J 混凝土， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 6 7 6 9 7 张卫东， 相军， 王成武 废橡胶对再生混凝土力学性能影响的 试验研究 J 郑州大学学报： 工学版 ， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 4 9 5 2 8 X U E J ， S H I N O Z U K A M R u b b e ri z e d c o n c r e t e ： A g r e e n s t r u c t u r a l m a t e ri a l w i t h e n h a n c e d e n e r g yd i s s i p a t i o n c a p a b i l i t y J C o n s t r u c fi o n and B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 1 3 ， 4 2 ( 6 ) ： 1 9 6 2 0 4 9 F I L I P E V， e t a 1 C o n c r e t e w i th u s e d t i r e rob b e r a g g r e g a t e s ： Me c h a n i c a l p e rf o r ma n c e J 1 A C I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 2 0 1 2 ， 1 0 9 ( 3 ) ： 2 8 3 2 9 2 1 0 S E N T H I L V T ， T H E N MO Z H I R， D O D D U R A N I M E x p e r i me n t a l s tud y o n w a s t e t y r e r u b b e r re i n f o r c e d c o n c r e t e r J J o u r n a l o f S t r u c t u r a l E n g i n e e ri n g 2 0 1 2 ， 3 9 ( 3 ) ： 2 9 1 2 9 9 1 1 陈爱玖 ， 章青 ， 王静 再生混凝土技术 M 北京 ： 中国水利水电 出版社 ， 2 0 1 3 1 2 ,I B O R H A N T M P r o p e r t i e s o f g l a s s c o n c r e t e re i n f o r c e d w i t h s h o r t b a s a l t fi b r e r J ,1 Ma t e ri a l s a n d D e s i g n ， 2 0 1 2 ， 4 2 ( 1 2 ) ： 2 6 5 2 7 1 I- 1 3 ,l lJ 锋， 朱艳峰， 李丽娟， 等 橡胶类材料大应变硬化的本构关系 J 华南理工大学学报 ： N a tu r a l S c i e n c e ， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 4 ) ： 9 1 2 1 4 l 刘岚， 向洁， 罗远芳， 等 吸水膨胀橡胶的研究进展 J 高分子 通报 ， 2 0 0 6 ， 2 3 ( 9 ) ： 2 3 2 9 作者 简介 联 系地址 联系电话 陈爱玖( 1 9 6 7一 ) ， 男 ， 博士， 教授 ， 硕士生导师， 从事土 木工程材料研究。 郑州市北环路 3 6号 华北水利水电大学( 4 5 0 0 0 8 ) 1 3 9 3 9 0 7 71 8 8 1 1 李庆繁 关于 G B 1 3 5 4 4 2 叭1 中没有规定砖和砌块抗冻性指 标问题的商榷和建议 J 砖瓦 ， 2 0 1 2 ( 1 1 ) 1 2 张云清， 余红发 ， 王甲春 气泡特征对混凝土抗盐冻性能 的影 响 J 建筑科学与工程学报 ， 2 0 1 1 ( 3 ) 1 3 彭永凯0 昆凝土气泡特征对混凝土抗冻性及强度的影响 J 山 西建筑 ， 2 0 1 2 ( 3 5 ) 作者简介 联 系地 址 联系电话 李 飞( 1 9 8 1一) ， 男 ， 副教授， 博士， 研究方 向： 高性能 混凝土及其原材料 、 固体废弃物在混凝土中的资源化 利 用 。 北京市西城区展览馆路 1 号 北京建筑大学土木与交 通工程学院( 1 0 0 0 4 4 ) 01 06 8 3 2 2 5 2 9