自密实再生混凝土配合比设计及力学性能试验研究.pdf

第4 O卷第 1 期 2 0 1 4年 2月 四川 I 建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 2 4l A密实再生混凝土配合比设计及力学性能试验研究 贾艳东， 王云洋， 孙志屏， 赵 辛， 武道凯 ( 辽宁工业大学土木建筑工程学院， 辽宁 锦州 1 2 1 0 0 1 ) 摘要： 按改进的全计算法 ， 参考 C C E S 0 2 -2 0 0 4 ( 自密实混凝土设计与施工指南 和 C E C S 2 0 3 -2 0 0 6 ( 自密实混凝 土应用技术规程 ， 对再生粗骨料与天然碎石 C A 0自密实混凝土配合比进行了设计及相关性能试验研究。试验结 果表明： 自密实再生混凝土砂率宜控制在 5 0 一 5 5 之间， 浆体体积宜为 0 4 m m 左右； 再生粗骨料能够配制 出符合 C E C S 2 0 3 -2 0 0 6 ( 自密实混凝土应用技术规程 中新拌混凝土工作性能要求的 自密实再生混凝土， 其 2 8天 立方体抗压强度最高达 5 2 3 MP a ， 轴心抗压强度最高达 3 6 8 MP a ； 自密实再生混凝土的强度、 弹性模量均低于天 然碎石 自密实混凝土 。 关键词 ： 自密实再生混凝土； 配合比设计 ； 坍落度扩展度 中图分 类号 ： T U 5 2 8 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 8 1 9 3 3 ( 2 0 1 4 ) 0 1 2 4 1 一 o 4 M i x d e s i g n a n d e x p e r i me n t a l r e s e a r c h o n me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s e l f - c o m p a c t i n g r e c y c l e d c o nc r e t e J I A Ya n d o n g ， W ANG Yu n y a n g ， S UN Z h i p i n g ， Z HAO Xi n， W U Da o k a i ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A c h i t e c t u r e ， L i a o n i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， J i n z h o u 1 2 1 0 0 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： A c c o r d i n g t o t h e i m p r o v e d o v e r a l l c a l c u l a t i o n m e t h o d ， t h e g u i d e t o d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n o f s c c ( C C E S 0 2 2 0 0 4 )a n d t h e t e c h n i c a l s p e c i fi c a t i o n s f o r S C C a p p l i c a t i o n( C E C S 2 0 3 -2 0 0 6 ) ， t h e mi x d e s i g n and t h e p e r f o r ma n c e o f t h e n a t u r a l a g g r e g a t e a n d r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e C A0 S C C a r e s t u d i e d T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t ： t h e s a n d r a t e o f t h e s e l f - c o mp a c t i n g r e c y c l e d c o n c r e t e s h o u l d b e c o n t r o l l e d b e t w e e n 5 0 一5 5 ， t h e s l u r r y v o l u me s h o u l d b e a b o u t 0 4 m m ； u s i n g r e c y c l e d a g gre g a t e c a n c o mp o u n d t h e s e l f - c o mp a c t i n g r e c y c l e d c o n c r e t e w h i c h c a n me e t t h e r e q u i r e m e n t o f t h e t e c h n i c a l s p e c i fi c a t i o n s f o r S C C a p p l i c a t i o n( C E C S 2 0 3 -2 0 0 6 ) ， t h e 2 8 d a y s c u b i c c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d a x i al c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f t h e s e l f - c o mp a c t i n g r e c y c l e d c o n c r e t e r e s p e c t i v e l y r e a c h 5 2 3 MP a a n d 3 6 8 MP a ；t h e s t r e n gth a n d t h e e l a s t i c mo d u l u s o f t h e s e l f - c o mp a c t i n g r e c y c l e d c o n c r e t e a r e mu c h l o w e r t h a n t h a t o f o r d i n a r y c o nc r e t e Ke y wo r d s ： s e lf - c o mp a c t i n g r e c y c l e d c o n c r e t e ； mi x d e s i g n ； s l u mp e x p ans i o n d e g r e e 0前言 自密实 昆凝土 (S e l f - C o m p a c t i n g C o n c r e t e ， 简称 S C C )可以定义为： 混凝土能够保持不离析和均匀 性， 不需要外加振动完全依靠重力作用充满模板每 一 个角落 、 达到充分密实和获得最佳 的性 能。再 生混凝土 ( R e c y c l e d C o n c r e t e ) 或 再 生骨 料 混凝 土 ( R e c y c le d A g g r e g a t e C o n c r e t e ， R A C ) ， 是指将废弃的 混凝土块破碎后清洗分级作为骨料( 称为再生骨料 R e c y c l e d A g g r e g a t e ， R A) ， 部分或全部替代天然骨 料 ， 按一定的配合 比配制成的混凝土。再生混凝土 技术既能解决废 旧混凝土的处置问题 ， 又能节省天 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 8 0 6 作者简介 ： 贾艳东 ( 1 9 6 9一) ， 男 ， 辽宁凌海人 ， 教 授 ， 研究方 向为钢筋 混凝土结构 、 组合结构等 。 Ema i l ： j y d 3 3 0 1 0 6 s i n a c o n l 然砂石 ， 同时带来 了社会效 益 、 经济效 益和环保效 益 ， 被认为是发展绿色混凝土 、 实现建筑资源环境可 持续发展的主要措施之一 。本文针对再生骨料 的特点和 自密实混凝 土的配制方法 ， 对 自密实再 生 混凝土进行了配合 比设计及相关性能试验研究 。 1 自密实再生混凝土配合比设计 迄今为止， 关于自密实混凝土的配合比设计 ， 国 内尚未有统一的配合 比设计方法 ， 国内学者提出的 配合 比设计方法主要有 ： 固定砂 石体积法 、 全计 算法 、 改进的全计算法 J 、 参数设计法 、 骨料 比 表面积法H 等。 采用改 进 的全计 算 法 J ， 并 结合 C C E S 0 2 2 0 0 4 (自密 实 混 凝 土 设计 与施 工 指 南 8 3 、 C E C S 2 0 3 -2 0 0 6 ( 自密实混凝土应用技术规程 j ， 设计 C 4 0再生骨料 自密实混凝土和天然碎石 自密实混凝 土， 测试其新拌混凝土的工作性能和2 8 天立方体抗 2 4 2 四川建筑科学研究 第4 0卷 压强度 。 1 1 原材料性能 1 ) 水泥 ： 采用渤海牌 4 2 5级普通硅酸盐水泥 ， 密度 3 1 g c m ， 3天抗 折强度 与抗 压强度 分别 为 6 0 MP a 和 2 7 8 MP a ， 2 8天抗折与抗压强度分别为 9 2 MP a 和 5 0 8 MP a 。 2 ) 砂 ： 河砂 ， 表 观密 度 2 6 7 g c m ， 堆积 密度 1 5 5 5 g c m ， 孔隙率 4 1 8 ， 按 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 】 叫检测细度 模数 2 4 6 ， 含泥量 3 0 ， 属 I I 区中砂。 3 ) 天然碎石 ： 表观密度 2 6 6 5 g c m ， 堆积密度 1 4 5 g c m ， 孑 L 隙率 4 8 ， 按 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 叫 检测为5 2 0 m m 连 续 级 配碎 石 ， 压 碎 指 标 7 8 ， 含 泥 量 0 3 4 ) 再生粗骨料 ： 表观密度 2 6 g c m 。 ， 堆积密度 1 4 g e ra ，孔隙率 4 8 ， 按 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 】叫检测为 5 2 O m m连 续 级 配 粗 骨 料 ， 压 碎 指 标 1 8 1 ， 含 泥 量 0 2 。 5 ) 粉煤灰： 级粉煤灰， 表观密度 2 2 g c m 。 6 ) 外加剂 ： 高效减水剂为北京慕湖外加剂有限 公司生产的聚羧酸高效减水剂， 固体粉状， 减水率 3 0 以上 。 7 ) 水 ： 普通 自来水。 1 2 试验配合比 在试验 的过程中固定粉煤灰的掺量为胶凝材料 体积的3 0 _ l ， 对 C 4 0全再生粗骨料 自密实混凝 土和全天然碎石自密实混凝土进行了配合比计算， 试验配合比及其编号和相关参数值见表 1 、 2 。 表 1 试验配合比 Ta b l e 1 T h e m i x p r o p o r t i o n s o f s e l f - c o mp a c tin g r e c y c l e d c o n c r e t e 表 2 相关参数值 Tabl e 2 Re l a ted pa r a met e r va l u e s 0 6 O 6 0 6 0 6 0 5 6 0 5 7 0 5 5 0 5 5 0 5 4 0 5 4 0 5 4 0 5 8 O 5 5 0 5 5 0 5 3 O 5 3 0 4 5 0 4 5 0 4 8 0 4 8 O 4 4 0 4 4 0 4 3 O 4 _4 0 4 3 O 4 4 0 4 2 0 4 8 0 41 0 4 5 O 4 4 0 4 4 为 了避免再生粗骨 料吸水率大对水胶 比的影 响 ， 本文中所涉及的再生粗 骨料用于配制混凝土前 均泡水 2 4小时并晾至饱和面干状态 引。 表 1中除 R 8以外， 编号为 N的 自密实混凝土 均指全天然碎石 自密实混凝土 ， 编号为 R的 自密实 混凝土均指全再生粗 骨料 自密实混凝 土。编号为 R 8的混凝土则是在 N 8的基础上 ， 用再生粗骨料取 代天然碎石重量的7 5 ， 其他参数不变。 1 2 1 新拌混凝土的工作性能 按照表 1 配合比拌制自密实混凝土， 测试了新 拌 自 密实混凝土的工作性能， 试验方法遵循 C C E S 0 2 -2 0 0 4 ( 自密实混凝土设计与施工指南 J ， 结果 见表 3 。 7 5 8 8 1 5 2 8 9 4 3 l 3 1 l 如 4 8 8； 2 9 8 9 4 2 7 9 8 7 9 9 强 加 弛 0 O C O O 0 O O O O O O O O O 盯 罟 昌 刀 鼯 叭 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 6 7 7 7 7 O O 0 O 0 O O O O O 0 O O O O M m M M 耵 鹏 2 0 1 4 N o 1 贾艳东， 等 ： 自密实再生混凝土配合比设计及力学性能试验研究 2 4 3 表 3 新拌混凝土的工作性能 Ta b l e 3 Fr e s h c o n c r e t e wo r k p e r f o r ma n c e 从表 3 看出， 坍落度达 2 5 0 m m以上， 同时坍落 度扩展度达 5 5 0 mm 以上 的有 编号为 N 5 、 R 5 、 N 6 、 R 7 、 N 8 、 R 8组配合比的混凝土。当浆体体积 达 到0 3 8 7 m m 以上， 同时砂率达到 5 l 以上时， 新拌混凝土流动性、 粘聚性和保水性均较好， 与此对 应表 2中的 、口取值分别在0 5 3 、 0 4 4左右。 1 2 2 2 8天 立方 体抗 压 强度 每组制作 3个 1 5 0 mm1 5 0 m m1 5 0 m m立方 体试块， 将制作好的立方体试块养护 2 8天， 测试其 强度 ， 测试 方法遵循 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝 土力学性能试验 ， 见表4 。 表 4混凝土 2 8天立方体抗压强度 Ta b l e 4 2 8 一 d a y s t r e n g t h o f s e l f - c o mp a c tin g r e c yc l e d c o nc r e t e 2 8天强 度 MP a 5 7 2 4 6 6 5 0 7 3 9 5 4 6 2 3 8 6 4 7 1 4 4 3 从表 4看 出， 全再生粗骨料 自密实混凝土 2 8天 立方 体 抗 压 强 度 最 高达 4 8 1 MP a ， 最低 为 3 8 3 M P a ， 而天然碎石自密实混凝土2 8 天立方体抗压强 度均在4 0 M P a 以上， 说明 2 8天立方体抗压强度基 本符合 C 4 0要求。 1 3 调整配合 比 为了探究再生粗骨料应用于 自密实混凝土的可 行性及 自密实再生混凝土 的相关力学性能 ， 从上面 1 6组配合比中根据坍落度、 坍落度扩展度、 。 。 和 2 8 天立方体抗压强度最优原则， 选出 R 7 、 N 8组， 重新 编号为 T R 3 、 T N组， 另外在 N 8组配合比的基础上， 用再生粗骨料取代天然碎石重量的5 0 、 7 5 ， 其 他参数不变， 分别编号为 T R 1 、 T R 2 ， 测试其新拌混 凝土工作性能、 2 8天立方体抗压强度、 轴心抗压强 度和静弹性模量， 为再生粗骨料应用用于 自密实 昆 凝土工程实践提供参考数据 。调整配合比及其编号 见表 5 。 表 5 调整配合比 T a b l e 5 T h e a d j u s ted mi x p r o p o r t i o n s o f s e l f - c o mp a c t i n g r e c y c l e d c o n c r e te 2 自密 实 再 生 混 凝 土试 验 结 果 与 分 析 2 1 新拌混凝土的工作性能 按照表 5中的配合比， 原材料同前， 拌制 昆 凝 土 ， 测试 了新拌 自密实混凝土 的工作性能 ， 见表 6 、 图 1 。每组制作 3 个 1 5 0 m m 1 5 0 m m 1 5 0 m m立 方体试块及 6个 1 5 0 mm1 5 0 mm3 0 0 m m棱柱体 试块， 2 8 天后测试其立方体抗压强度、 轴心抗压强 度及弹性模量 ， 见表 7 、 8 。 表 6 新拌混凝土性能 T a b l e 6 F r e s h c o n c r e t e wo r k p e r f o r ma n c e 从表 6可以看 出， 随着再生粗骨料取代天然碎 石量的增加， 自密实混凝土坍落度和 。 。 几乎不变， 坍落度扩展度渐增。主要原因： 一是再生粗骨料拌 制混凝土前泡水 2 4 小时至饱和面干状态， 表面相对 2 4 4 四川建筑科学研究 第 4 O卷 于干燥状态下的天然碎石要光滑一些 ； 二是 由于再 生粗骨料的表观密度小于天然碎石 ， 和砂浆 的密度 接近 ， 在砂浆 中更容易形成悬浮状态， 从而流动性稍 好 ， 而天然碎石密度偏大 ， 在砂浆 中易往下沉 ， 流动 性稍差 。 图 1 坍落度扩展 度试验 F i g 1 Th e e x p a n s i o n d e g r e e t e s t o f c o n c r e t e s l u mp 2 2 强度 混凝土 的2 8天强度见表 7 。 表 7 混凝土 的 2 8天 强度 Ta b l e 7 2 8 d a y s t r e n g t h o f s e l f - c o mp a c t i n g r e c yc l e d c o nc r e t e 量 ! ! ! ! 墅 立方体抗压强度 MP a 5 7 8 4 9 6 5 2 3 4 6 3 棱柱体抗压强度 M P a 4 8 3 6 8 2 9 3 5 8 2 2 1 立方 体抗 压 强度 从表7可以看出， 各组试块的2 8 天立方体抗压 强度均在4 0 M P a 以上， 全再生粗骨料自密实混凝土 ( 编号为 T R 3 ) 2 8天立方 体抗压强度达 4 6 3 MP a ， 自密实再生混凝土 2 8天立方体抗压强度最 高组为 T R 2组 ， 即再生 粗骨 料取代 天然碎石 重量 的 7 5 组 ， 达 5 2 3 M P a 。说明再生粗骨料可 以配制出符合 C 4 0强度要求的自密实混凝土 。从表 5和表 7中可 以看出， 从 T R 3 、 T R 2 、 T R I 到 T N的配合 比中， 再生 粗 骨料在 自密实混 凝土 中的量 由 1 0 0 到 7 5 、 5 0 ， 再到0 ， 其 2 8天立方体抗压强度大致逐渐增 大 ， 主要原因在于相对天然碎石而言， 再生粗骨料内 部具有更多缺陷和微裂纹 ， 再生粗骨料强度较低 ， 从 而导致 自密实再生混凝 土 2 8天立方体抗压强度低 于天然碎石 自密实混凝土 。 2 2 2棱 柱体 抗压 强度 从表 7可以看 出， 2 8天棱柱体抗压强度最低组 为 T R 2组 ， 为 2 9 MP a ； 最 高组为 T N组 ， 为 4 8 M P a 。 从 T R 3 、 T R 2 、 T R1 到 T N组 的配合 比中， 再生碎石在 自密实混凝土 中的量 由 1 0 0 到 7 5 、 5 0 ， 再 到 0 ， 其 2 8天棱柱体抗压强度大体上逐渐增大。 2 3 弹性模量 由于弹性模 量不是工程设计 中常用 的技术 指 标 ， 而且其测试也不像抗压 强度那样 简便 易行 ， 因 此 ， 通常用混凝土的抗压强度来估算弹性模量的值 。 我国现行规范 采用下式进行混 凝土弹性模量 的 计算 ： = ( N m m ) 2 2+ 根据上式 ， 进行了 自密实混凝土弹性模量 的计 算 ， 并将计算结果列于表 8 。 表 8 混凝 土的弹性模量 Ta b l e 8 El a s t i c m o d u l u s o f s e l f - c o m p a c t i n g r e c yc l e d c o nc r e t e 由表 8看出， 自密实再生混凝土弹性模量试验 值 明显小于计算值 ， T R 3 、 T R 2 、 T R1和 T N组 自密实 混 凝 土 弹 性 模 量 试 验 值 与 计 算 值 之 比分 别 为 ： 0 5 6 7 、 0 5 7 7、 0 6 2 6和 0 7 1 8 。说 明 白密实混 凝土 的弹性模量相对于普通混凝土要低很多 ， 并且 自密 实再生混凝土的弹性模量低于天然碎石 自密实混凝 土， 随着再生粗骨料在 自密实混凝土中量的增加 ， 弹 性模量大体上呈降低的趋势， 现行规范 中关于普 通混凝土弹性模量与抗压强度的计算公式不能适用 于 自密实再生混凝 土。主要原因： 一是 自密实混凝 土中砂率较大 ， 粗骨料含量低于普通混凝土 ， 从而造 成在骨料品种和强度等级相同时， 自密实混凝 土在 受荷时压缩变形大 ， 在 正常工作荷载作用下应力应 变曲线切线斜率偏小 ； 二是 由于再生粗骨料孔 隙率 高 ， 强度低 ， 自密实再生混凝土内部有更多的缺陷及 微裂纹， 自密实再生混凝土受荷时压缩变形大， 弹性 模量低。 3 结 论 1 ) 再生粗骨料 的吸水 率较大 ， 因此 ， 配 制 自密 实再生混凝土时需将再生粗骨料浸水处理。 自密实 再生混凝土砂率宜控制在 5 0 5 5 之间， 浆体 ( 水 、 胶凝材料和空气 ) 体积宜为 0 4 m m 。 2 ) 经合理级 配 ， 可 以配制 出工作性 良好 、 强度 较高的 自密实再生混凝土。 ( 下转第 3 0 5页) 2 0 1 4 N o 1 郑丽君 ： 城市化进程中的城市突发性灾害应对由“ F l J l l ” 引发的对城市防灾规划的思考 3 0 5 图 4 鹿 特丹的水广场平面 ( 图片来源： 中国风景园林网) 2 5 管理体制 面对突发性灾害 ， 除了前期有效 的规划调控之 外 ， 还应建立合理有效的危机管理体制， 建立由水务 部门牵头， 城建、 公共事业管理等部门协同配合的部 门联动机制 ， 洪涝灾害 的连锁反应必然涉及到交通 拥堵、 卫生恶化、 房屋及建设工程安全等一系列问 题 ， 单靠规划部门无法独立面对， 必须加强各部门的 统筹协调 ， 动态管理 、 化解危机。在源头上加强气候 预测 、 灾害监控 ， 在过程中实行灾前预 案、 灾 中应 急 行动、 灾后回应的全程管理模式， 进一步完善城市的 防灾减灾体系。正如包括纽约在内的国际大城市， 在 出现极端天气时， 先进的排水系统也不能完全应 对 ， 一样会发生城市 内涝 ， 城 市内涝不可能完全解 决 ， 建立预警和救援机制才更为重要 。 3 结 语 根据美国地理经济学家诺瑟姆 的“ S ” 型城市型 发展轨迹 ， 城市化发展速度在 3 0 一7 0 之 间呈加 速状态 ， 在 5 0 时加速度 达到最高点 j 。 目前 ， 中 国的城镇化在 5 0 的转折点 ， 具有多问题多灾难的 特点 ， 盲 目追求经济利益而忽视 了城市 发展 中的安 全隐患， 因此理性地保持一定的城市容量和适度发 展的城市规模， 协调人与自然的统一， 用科学的城市 规划管理来调控， 才能更为有效地降低城市的安全 隐患。 参 考 文 献： 中国社会科学研究 院 生态城市 绿皮书 ： 中国生 态城市建设发 展报告( 2 0 1 3 ) R 凤凰 网 h t t p t n e w s i f e n g e o m o p i n i o n s p e e i a l n e i l a o ： 中国人 为何 治不好 城市内涝 ， 2 0 1 3 ， 7 ， 9 辛长爽， 金锐 我国城市防洪体系存在的问题及解决途径的 探讨 J 水利学报 ， 2 0 0 7 ( 1 0 ) h t t p： mo n e y 1 6 3 c o m1 2 0 7 2 7 2 0 8 7ER1 5 0B 0 0 2 53 B 0H h t ml 香港、 英国、 东京如何防洪 焦秀琦 世界城市化发展的 s型曲线 J 城市规划， 1 9 8 7 ( 2 ) ( 上接 第 2 4 4页) 3 ) 自密实再生混凝 土弹性模量较普 通混凝 土 弹性模量低很多， 普通混凝土弹性模量的计算公式 不适用于 自密实再生混凝土。 参 考 文 献 ： 2 3 4 赵筠 自密实混凝土 的研究 和应用 J 混凝土 ， 2 0 0 3 ( 6 ) ： 9 1 7 李坤 再生骨料 及再 生混凝 土基 本性 能研究 D 大连 ： 大 连理工大学 ， 2 0 0 5 吴中伟， 廉慧珍高性能混凝土M 北京： 中国铁道出版社， 1 9 9 9 陈建奎 ， 王栋民 高性能混凝土 ( H P C) 配 合 比设计新 法 全 计算法 J 硅 酸盐 学报 ， 2 0 0 0 ( 2 ) ： 1 9 4 - 1 9 8 余志武， 潘志宏 ， 谢友均， 等 浅谈 自密实高性能混凝土配合比 的计算方法 J 混凝土， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 5 4 - 5 7 ， 6 7 吴红娟 自密实混凝土配合 比设计方法研究 D 天津 ： 天津 大学 ， 2 0 0 5 王海娜 自密实混凝土的骨料比表面积配合比设计及其基本 性能研究 D 杭州： 浙江大学， 2 0 0 7 C C E S 0 2 -2 0 0 4 自密实混凝 土设计 与施工指南 s C E C S 2 0 3 -2 0 0 6自密实混凝土应用技术规程 s 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 俞然刚， 陈金平， 肖光辉， 等自密实混凝土配合比设计及其正 交试验研究 J 工业建筑 ， 2 0 0 5 ( 3 5 ) ： 6 9 1 - 6 9 4 张亚梅， 秦鸿根， 孙伟， 等 再生混凝土配合比设计初探 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 2 ( I ) ： 7 - 9 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2普通混凝土力学性能试验 s G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0混凝土结构设计规范 s 1J 1 1J H I= I=