全再生骨料混凝土配合比设计与试验研究.pdf

第 3 4卷第 4期 2 0 1 3年 8月 华北水利水电学院学报 J o u r n a l o f No r t h C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r Vo 1 3 4 NO 4 Au g201 3 DOI ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 25 6 3 4 2 0 1 3 0 4 0 1 4 全再 生骨料混凝土配合 比设计与试验研究 李晓克 ，郭 琦 ，赵顺波 ，李广欣 ，苏延峰 ( 华北水利水 电大学 土木 与交通 学院， 河南 郑州 4 5 0 0 4 5 ) 摘要 ： 采用再生砂 和再生粗骨料配制全再生骨料混凝 土 ， 对其拌 合物 的工作性 能 、 立 方体抗 压强度 、 轴心抗 压强 度 、 劈裂抗拉强度 和弹性模量进行 了试验 研究 ， 分析 了水灰 比、 砂率 对混凝 土的影 响规律 结果 表明 ： 水 灰 比是影 响全再 生骨料混凝土力学性能 的主要 因素 ， 存 在调节 混凝土 拌合物工作 性能 和基本力 学性能 的合 理砂 率 与现行混凝土结构设计 规范的混凝土基本力学性能取值规定 比较 ， 全再生骨 料混凝土 的轴心 抗压 强度 可按 规范取值 ， 但其抗拉强度 和弹性模 量按规范取值则偏大 关键词 ： 全再 生骨料混凝土 ； 再 生砂 ； 再生粗骨料 ； 配合比 ； 拌合物工作性 ； 强度 ； 弹性模量 中图分类号 ： T V 4 2 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 5 3 0 4 由于混凝土结 构的使用寿命大多为几 十年 ， 这 些结构完成其使用功能后 ， 一般会被拆除和废弃 世 界上 每年 因拆 除 而 产 生 的混 凝 土 垃 圾数 量 惊 人 ， 我 国每年的建筑垃圾达 4 0 0 0万 t ， 废弃混 凝土就有 1 3 6 0 万 t 如何解决如此之多的建筑垃圾 ， 已经成为 世 界各 国研究 的热 点 再 生 骨料 混 凝 土 为 其 提供 了一个绿色环保的发展方 向， 关 于这方面的研究 国 内外也 取得 了一 定 的成 果 因河 砂 的大 规 模 开 采会 引发河道 的环境恶化 ， 可考虑采用 1 0 0 的再生 砂作为细骨料 、 1 0 0 的再生粗骨料作为粗骨料配制 全再 生 骨料混 凝 土 ， 以避 免河 道 环 境 恶 化 现 象 的发 生 通过试验研究 了全再生骨料混凝土 的拌合物工 作性 、 立方体抗压强度 、 轴心抗压强度、 劈裂抗拉强 度和弹性模量 ， 分析了水灰 比、 砂率对混凝土的影响 规律 ， 为再生骨料混凝土的配合 比设计提供参考 1 试验设计 1 1原 材料 水泥 采用 焦作 “ 坚 固 ” 牌 P 0 4 2 5级 普 通 硅 酸盐水泥 ， 其标准稠度用水量 2 9 2 ， 初凝和终凝 时间分别为 1 7 0 ， 2 6 0 mi n ， 密度 3 1 6 k g m ， 2 8 d抗 压强 度 4 3 0 MP a 、 抗折 强度 7 0 M P a 再生 粗 骨 料利 用 废 弃混 凝 土 制备 将 土 木交 通 科学 研究 中心 废弃 的科研 梁 板 构件 ( 混凝 土 强度 等 级约为 C 4 0 ) 经人工初步拆分剔除钢筋后， 通过颚式 破碎机进行两次破碎成合适 的粒形 经过筛分选取 3个 单 粒级 配 ， 粒 径 范 围为 51 0 m m， 1 02 0 m m， 2 0 2 6 5 m m， 按 粗骨 料 总 量 的 4 0 ， 3 0 ， 3 0 混 合 ， 达到符合现行规范规定的碎石或卵石的颗粒连 续级 配范 围 再生 粗骨料 基 本性 质见 表 1 ， 吸水 率 延时曲线如图 1 所示 表 1 再 生 粗 骨 料 基 本 性 质 瓣 图 1 再生粗骨料与再生砂吸水率延时 曲线 收稿 日期 ： 2 0 1 30 32 5 基金项 目： 郑州 市科 技领 军人 才培育 计划 ( 0 9 6 S Y J H 2 3 1 0 5 ) ； 生态建 筑材料 河南 省高校 重点 实验 室培育 基地项 目( 豫教 科外 2 0 0 9 6 0 9号 ) ； 生态建筑材料与结构工程河南省高校科技创新 团队支持计划 ( 1 3 I R T S T HN 0 0 2 ) 作者简介 ： 李 晓克( 1 9 7 5 一 ) ， 男 ， 回族 ， 河南许 昌人 ， 教授 ， 博 士， 主要从事混凝土及其结构理论与设计方面的研究 华北水利水 电学院学报 细骨 料为再 生 砂 ， 由制备 的再 生粗 骨 料 筛 分而 成 ， 表观 密度 为 2 3 8 7 k g m ， 细 度模数 3 2 8 ， 吸水率 延时曲线如图 1所示 ， 1 h吸水率为 8 9 2 拌 合水 采 用生 活 饮用 自来水 减 水 剂采 用 高效 减 水剂 ， 减水率 为 2 5 1 2配 合 匕 设 计 参 照普 通 混凝 土 配合 比的设 计 方法 ， 并基 于 自 由水灰 比的配合比设计 ， 考虑集料的吸水率 ， 引入附 加 水 ( 附) 的 概 念 - 9 由 图 1可 见 ， 粗 、 细 骨 料 3 0 mi n 的 吸水率 已 经达 到 1 h吸水 率 的 8 0 以 ， 且增 长率趋 于平稳 故 该 试 验 的 附加 水 用 量采 用 集 料 3 0 mi n时 的吸水率作 为 附加水 的计算 依据 ， 总用 水量 为净用 水 量 ( 痔) 与 附 加 用 水 量 之 和 通 过 调 整砂 率 以及 利用 减水 剂 进 一 步优 化 配 合 比设 计 试 验选 取 3个 系列 水 灰 比， 分 别 为 R CZ 3 0 ( W C： 0 4 0 )、 RCZ 4 0( W C=0 3 5) 和 R CZ 5 0( W C= 0 2 6 ) 每个 系列对 应 4个 砂率 配合 比设计 见表 2 表 2配合 比设 计 1 3试 验方 法 混凝 土搅 拌 时 ， 首先 加入 附加用 水量 预湿粗 、 细 骨料 1 0 mi n ， 然 后加 入掺 入 减 水剂 的净 用 水量 进 行 搅拌 混凝 土拌合 物 试验 和 混 凝 土力 学 性 能试 验 按 现行普 通混 凝土试 验方 法进行 “ 混凝 土标 准试 块成 型后 2 4 h脱模 ， 放人 标准养 护室 中养 护 2 8 d进 行力 学性 能试验 2 试 验结果分析 2 1拌合 物工 作性 能 全再 生骨 料 混 凝 土 砂 率 一坍 落 度 关 系 如 图 2 所 示 图 2砂率 一坍落度关系 曲线 在水 灰 比相 同的情 况 下 ， 全再 生 骨 料混 凝 土 的 坍落度随砂率的变化而变化 在砂率相对较小时， 坍 落度 随砂 率 的增 大 而增 大 ， 但 砂 率 过 大 时其 坍落 度 值 反而有 所减 小 ， 影 响 了其 工作 性能 ， 其 发展 规律 与 普通 骨料混 凝土类似 通过调节砂 率 的方法 获得全 再 生骨 料混凝 土 的合适工作性 是可行 的 全再 生骨料 混 凝土 W C=0 4 0的合理 砂率为 4 0 左右 ， W C= 0 3 5 的合 理砂 率为 3 8 左右 ， W C= 0 2 6的合理 砂 率为 3 6 左右 由于再 生细 骨料和 再生粗 骨料 的吸水 率都 比较 大 ， 试 验 中记 录 了各强度 等级 的坍落 度延 时损失 ， 绘 制成 曲线 ， 如 图 3所示 时间 m i n 图 3坍 落 度 延 时 损 失 曲线 8 7 6 5 4 3 2 E 密 第 3 4卷第 4期 李 晓克 ， 等 ： 全再 生骨料混凝土配合 比设计与试验研究 5 5 不同强度等级下 的全再生骨料混凝土， 其坍落 度损失速率和数值相差不大 ， 损失较快的时间集 中 在前 3 0 m i n 所 以在不加入其他外掺剂 的情况下 ， 全 再生 骨料 混凝 土试 件 成 型 过 程 中， 施 工 时 间应 尽 量 控制 在 3 0 m i n以内 2 2混 凝土 抗压 强度 如 图 4所 示 ， 水 灰 比仍 是 全 再 生骨 料 混 凝 土抗 压强度的主要影响因素 在水灰 比相 同的情况下砂 率 的变化 虽然 导 致 了混 凝 土 强 度 小 幅 度 变化 ， 但 仍 处 于 同一 强度 等级 比较立 方 体抗 压强 度 和 轴心 抗压强度 值 ， 发现立方体抗压强度的变化幅度要 小 于轴 心抗 压强 度 整 体来 看 ， 其 特 点类 似 于普通混 凝土， 合理的砂率填充混凝土的细小缝隙， 使得混凝 土更加密实 ， 强度更高 使各水灰 比的全再生骨料混 凝土抗压强度较高的合理砂率 ， 同时也使拌合物的 工作 性 能较好 图 4砂 率与混凝土抗压 强度的关系 由图 4可 知 ， 全 再 生 骨 料混 凝 土 的 轴心 抗 压 强 度与立方体抗压强度的比值 = 0 8 4 0 9 5 根 据文献 1 21 3 ， 当 5 0 MP a时， 该 比值对应于 普通 混凝 土 应 取 0 7 6 因 此 ， 按 照 现 行 规 范 由混 凝 土强度等级对应选取轴心抗压强度 ， 适用于全再生 骨 料混 凝土 ， 且 是偏 于安全 的 2 3混凝 土抗拉 强度 全再 生骨料混凝 土的劈裂 抗拉强 度 。 也 随着 砂 率的变化而变化， 数值上随水灰 比的减小而增大 ， 总 体变 化规律与立方 体抗压强 度类似 ， 如 图 5所示 图 5砂率 与混凝 土抗拉 强度的关系 根据 文献 1 21 3 ， 普 通混 凝 土 的抗 拉 强度 计 算公 式为 = 0 3 9 5 f： ，” ( 1 ) 按式 ( 1 ) 计 算 全 再 生 骨 料 混 凝 土 的抗 拉 强 度 ， 与劈 裂抗 拉强 度 的试 验 值 比较 如 图 5所 示 可 见试 验值与计算值 的 比值 ， W C=0 2 6系列 为 O 9 7 1 0 5 ， W C= 0 3 5系列 为 0 8 60 9 8 ， W C=0 4 0 系列 为 0 8 0 0 8 7 证 明如 果 采 用式 ( 1 ) 计算 全 再 生骨 料混 凝土 的抗 拉强 度 ， 将 出现 预估过 量 的情况 同时 ， 该 比值 随着水 灰 比 的增 大而 减小 ， 也说 明 了全 再 生骨料 昆 凝 土 的抗拉 强度 受到 了再 生骨料 与水 泥 浆界面黏结性能降低的影响， 水灰 比越大， 再生骨料 与水 泥浆 界 面 出现缺 陷 的几 率 也越 大 ， 从 而 降 低 了 全再 生混 凝 土 的抗 拉强 度 2 4混 凝土 弹性模 量 砂率 对全 再生 骨料 混凝 土 的弹性模 量有 一定 的 影响， 合理的砂率使得混凝土更加密实 ， 弹性模量值 更 大 ， 变化规 律 与抗压 强度 的类 似 ， 如 图 6所 示 2 1 0 9 8 7 图 6砂率与混凝土弹性模量的关 系 根据文献 1 2一l 3 ， 普通混凝土的弹性模量计 算公 式 为 E 2 2+= _ ： ， 按式 ( 2 ) 计 算 全 再 生 骨 料 混 凝 土 的 弹性 模 量 ， 与试 验值 的 比较如 图 6所 示 弹 性模 量 的试 验值 与 式 ( 2 ) 计 算值 的 比值为 0 8 7 0 9 7 因此 ， 不 能按 照 式 ( 2 ) 预 测 全 再 生 骨 料 混凝 土 的 弹性 模 量 也说 明 当强度 等级相 同时 ， 全再 生骨 料 混凝 土 的 弹性 模 量 低 于普通 混凝 土 的弹性 模量 3 结 语 通 过对全 再 生骨料 混凝 土配 合 比设 计及 其拌 合 物工 作性 、 硬 化混凝 土 的基本 力学 性能 的试验 研究 ， 可得 出如下 的结论 1 ) 水 灰 比是 影 响 全 再 生 骨 料 混 凝 土 的主 要 因 O 5 O 5 O 5 O 4 3 3 2 2 l 1 日 钉 如 加 如 加 m 5 O 日 5 6 华北水利水 电学院学报 素 水灰 比增大时 ， 再生骨料与水泥浆体界面的黏结 性 能降低 ， 从 而影 响 了全 再 生骨 料 混 凝 土 的基 本 力 学性 能 ， 对 抗拉 强度 和弹性模 量 的影 响更为 显著 2 ) 全再生骨料混凝土 W C= 0 4 0的合理砂率约 为 4 0 ， W C= 0 3 5的合理砂 率约为 3 8 ， W C= 0 2 6 的合理砂率约为 3 6 3 ) 全再 生 骨 料 混 凝 土 的轴 心 抗 压 强 度 可按 现 行 混凝土 结构设 计 规 范 取值 ， 但 其 抗 拉 强度 和 弹 性 模量按现行混凝土结构设计规范取值则存在较大偏 差 ， 偏 于不 安全 ， 需要 进一 步通过 大量试 验研 究加 以 确 定 参 考 文 献 1 谢莉 浅析 绿色 混凝 土 的发展 与 应用 J 科 技 信息 ， 2 Ol 0 ( 2 9) ： 5 45 5 2 吴 中伟 绿色高性 能混凝土 C 中国土木 工程学会第 八届年会论文集 ， 1 9 9 8 ( 3 ) ： 5 3 1 5 3 4 3 建设 部标 准定额 研 究所 J G J 5 2 -2 0 0 6普 通混 凝 土用 砂 、 石料质量 检验 标 准 S 北京 ： 中 国建筑 工 业 出版 社 2 0 0 6 4 中国建筑科学研究院 J G J 5 5 2 o 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 0 5 白文辉 ， 张金龙 基于 自由水灰 比的再生混凝 土配合 比 设计研究 J 绍 兴文理学 院学报 ， 2 0 0 7 ( 9 ) ： 5 2 5 5 6 肖建庄 再 生混凝土 M 北京 ： 中国建筑1 _ 业 出版社 ， 2 0 08： 323 8 7 尚建丽 ， 李 占印 再生粗 集料特征性能试 验研 究 J 建 筑技术 ， 2 0 0 3 ( 1 ) ： 5 2 5 3 8 肖建庄 ， 李 佳彬 ， 孙振 平 再生 混凝 土的抗 压强 度研究 J 新型建筑材 料 ， 2 0 0 4 ( 1 2 ) ： 1 5 5 8 1 5 6 1 9 蒋叶浩 再 生混 凝土抗压 强度及配合 比设计初 探 D 南京 ： 南京航空航天大学 ， 2 0 0 6 1 O 中国建筑科学研究 院 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 2 1 1 中国建筑科学研究 院 G B T 5 0 0 8 1 2 O 0 2普通混凝 土 力学性能试验方法标准 s 北京 ： 中同建筑T业 出版 社 2 0 0 2 1 2 中国建筑科学研究 院 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0混凝土结 构设 计规 范 s 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 1 0 1 3 赵顺波 混凝土结 构设计原理 M 上海 ： 同济大学 出 版社 ， 2 0 0 4 Ex pe r i m e n t a l S t ud y o n M x De s i g n o f Ful l - r e c y c l e d- a gg r e g a t e Co nc r e t e L I X i a o k e ， G U O Q i ，Z HA O S h u n b o ，L I G u a n g x i n ， S U Y a n f e n g ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d C o mmu n i c a t i o n，No r t h C h i n a Un i v e r s i t y o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o we r ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 4 5，C h i n a ) Abs t r ac t：Us i n g r e c y c l e d s a nd 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 t o p r e p a r e t he f u l l 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，t he wo r k ab i l i t y o f f r e s h c o n c r e t e a n d t he c ub i c a n d a x i a l c o mp r e s s i v e s t r e n g t h，t h e s pl i t t i n g t e ns i l e s t r e ng t h a n d t h e e l a s t i c mo du l us a r e t e s t e dTh e e f f e c t s o f wa t e r c e me n t r a t i o a nd s a nd r a t i o o n c o n c r e t e a r e a na l y z e dThe r e s ul t s s ho w t h a t t h e wa t e r c e me n t r a t i o i s s t i l l t h e ma i n f a c t o r i n f l u e n - c i n g t h e p r o p e r t i e s o f f u l l 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 ， a n d t h e r e a s o n a b l e s a n d r a t i o m a y a d j u s t t h e w o r k a b i l i t y o f f r e s h c o n c r e t e a n d t h e ba s i c me c h a n i c a l p r o p e rti e s o f ha r de n e d c o n c r e t eCo mpa r e d wi t h t h e c u r r e n t de s i g n s pe c i fic a t i o n f o r c o n c r e t e s t r u c t ur e s ，t he a x i a l c o rn pr e s s i v e s t r e n g t h o f f ul l r e c y c l e d a g g r e g a t e c o nc r e t e c a n b e t a k e n a s t h e s pe c i f i e d v a l u e，b ut t h e v a l u e s o f t h e t e n s i l e s t r e n g t h a nd e l a s t i c mo du l us i s t o o l a r g e a c c o r d i n g t o s p e c i f i c a t i o n s Ke y wo r ds：f u l l - r e c y c l e d a g g r e g a t e c o nc r e t e；r e c y c l e d s 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；mi x r a t i o；mi x t ur e wo r ka bi l i t y；s t r e n g t h；e l a s t i c mo du l us ( 责任编辑 ： 李宝萍)