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影响再生骨料混凝土材料强度的因素分析.pdf

1、2 0 1 5年 第 6期 ( 总 第 3 0 8 期) N u mb e r 6 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADMI NI CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 6 0 2 1 影 响再生骨料混凝 土材料 强度 的因素分析 曾岚 。 李丽娟 ( 广东工业大学 土木与交通工程学院, 广东 广州 5 1 0 0 0 6 ) 摘要: 通过 6组不同因素影响下5种再生骨料替代率混凝土立方体抗

2、压试验 , 研究各 因素对再生骨料混凝土强度的影响 ; 影 响因素包括 : 混凝土水灰 比、 砂率 、 外加剂 、 配制方式、 加载速率和养护时间等。 得 出再生骨料混凝土强度 的变化规律, 基于微观 机理进行了原因分析 , 提 出了提高再生骨料混凝土强度的相关措施。 关键词: 再生混凝土 ; 混凝土强度 ; 影响因素 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 5 ) 0 6 0 0 8 4 0 4 I n f l u e n c i n g f a c t o r s f o r s t r e n g t

3、h o f r e c y c le d a gg r e g a t e c on c r e t e Z ENG La n, L I L ij u a n ( Ou a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y, Ou a n g z h o u 5 1 0 0 0 6, C h i n a ) Ab s t r a c t : T h e a x i a l c o mp r e s s i v et e s t sw e r e c a r r i e d o u t o n r e c y c l e d a g

4、g r e g a m c o n c r e t e ( RAC) c u b e s t o s t u d yt h ei n f l u e n c e s o f s o mef a c t o r s i n c l u di n g wa t e r c e me n t r a t i o, s a n d r a ti o, a dd i t i v e, c a s t i n g me t ho d s , l o a di n g r a t e a nd c u r i n g t i me o n t h e s t r e n g t h o f RAC 5 g

5、r o u ps d i f f e r e n t r a t i o s o f r e c y c l e d a gg r e g a t e r e pl a c e me n t we r e u s e d i n RAC Th e s t r e n g t h o f RAC wi t h r e s p e c t t o d i f f e r e n t i n flu e n c e p a r a me t e r s we r e p r e s e n t e d a nd a n Ny z e d b a s e d o n t h e mi c r ome

6、c h a n i s m o f me c h an i c s S o me me a s u r e s f o r i mp r ov i n g s e n g t h o f RAC we r e p u t f o r w a r d Ke y wor ds : 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 AC); c o n c r e t e s t r e n g th; i n fl u e n c i n g f a c t o r s 尽管近年来新 型材料不断研制生产 , 并推广应用在建 筑工程上 , 但

7、作为传统 的建筑材料 , 混凝 土以其 方便 的取 材 、 低廉的价格 、 可设计性的强度、 高耐火性 、 高耐久性 , 且 与钢筋能 良好配合等特点 , 广泛应用于结构的主要承重 构件 , 在各类厂房 、 住宅 、 公路桥梁建筑 中一直承担着重要 作用。 然而, 随着我国大规模城市建设发展, 城镇各地积累 了大量的既有建筑 , 由于设计施工 、 使用不 当或 老化等原 因 , 有些建筑 已经破坏 , 即使经过修补 , 其承载力及使用安 全也无法达到安全使 用要 求 , 对其拆 除重 建成为 自然 , 这 样就必然将产生堆积如山的建筑垃圾 , 其 中绝大多数是破 碎混凝土。目前大多采用填埋或搬

8、移丢弃 的处理方法 , 不但造成了运输及劳动力成本提高 , 而且对稀缺的土地资 源造成浪费 , 甚至产生二次污染 。 如 果对这些拆除 的 混凝土进行二次加工, 通过破碎、 筛选、 清洗等一系列工 序 , 制成粒径级配符合要求 的粗骨料 , 便 可以将 其重新应 用到建筑 中 。 , 既节省成本 , 又保护环境 , 实现资源的循环 利用。 对再生混凝土的应用, 目前主要局限在道路、 饰面等 非受力结构构件上 , 难 以满足建筑物结构构件应用的要 求 。 这是 由于再生混凝土的来源广杂 , 材料性能离散性大 , 对用再生粗骨料配制的混凝土力学性能产生较大影 响 。 混凝土的强度是各项力学性能指标

9、 中最为重要 的, 决定了 再生混凝土能否广泛推广应用 。 有关再生混凝土性能的研 究成果近年来不断增多 , 但很少将再生混凝 土强度与影响 因素结合机理来解释说 明, 对其强度变化的根本原 因分析 还不很全面 1 再 生 混凝 土抗 压 试 验 试验试件按照 J G J 5 5 2 O l l 普通混凝 土配合 比设 计 规程 , 采用试验室制备 的方法进行制作 , 并进行标准立方 体 的抗压试验。 1 1 试验材料 设计 C 3 5普通混凝 土, 其 配合 比为水 泥: 砂: 石: 水 = 3 9 9 : 6 1 9 : 1 1 7 7 : 2 1 5 , 水 为广州 市 自来水 ; 水泥

10、为广州石井 水泥公司生产的 P O 4 2 5早强 型水泥 , 主要性 能指标如 表 1 所示 ; 细骨料为普通河砂 , 细度模数 为 2 9 , 属中砂 ; 普 通粗骨料为 5 - 2 0 m i l l 碎石 , 再生粗 骨料为深圳绿 发鹏程 环保科技有限公 司生产 的工业成 品, 是 由原建筑为普通住 宅的混凝土经破碎处理获得。 试验室测得粗骨料主要力学 性能指标如表 2所示。 混凝土采用二次浇捣 的方法配制 , 先将 细骨料 、 水 收稿 日期 : 2 0 1 4 -0 9 1 1 基 金项 目: 国家 自然科 学基金项 目( 1 1 4 7 2 0 8 4, 5 1 2 7 8 1

11、2 9 ) ; 省级大学生创新创业训练项 目( 1 1 8 4 5 1 3 0 3 7 ) ; 广东省交通运输厅项 目( 2 0 1 2 0 20 0 8 ) 8 4 表 1 水泥材料主要性能指标 泥和 1 3水 搅 拌 3 0 s , 再 加 入 粗骨 料 和 另外 1 3水 搅 拌 3 0 s , 最后加入粗骨料和剩余 1 3水搅拌 1 2 0 S 。 浇人模具 前, 测量坍落度。 浇入边长为 1 5 0 I I L r n的立方体模具后, 于 振动台上捣平4 0 S , 静置 2 4 h后拆模, 放入标准养护室养 护 2 8 d 。 表 2普通粗骨料与再生粗骨料主要力学性能指标对比 1

12、2 试验仪 器及测量 试验采用 4 0 0 0 k N意大利 Ma T e s t 加载试验机进行加 载; 加载前对端部及浇捣引起的不平整处 均采用同混凝 土配合比的水泥浆进行找平处理, 加载时使用立方体的侧 面进行加压 。 所有 的试验数据 , 包括荷 载、 位移等 , 均 由试 验机 自行 采集 记 录。 当构 件 承 载 力下 降到 极 限 承载 力 2 0 以下 , 停止加载。 每组相 同试件制作 3个 , 测量数据取 三者平均值作为该组的试验值 ; 当各 组间测量值相差大于 1 5 时 , 该值舍去。 图 1 立方体试件加载前后的形态 1 3试 验 现 象 加载初始 , 立方体承载力

13、线 性上升 , 试 件表面无 明显 裂纹 ; 加压达到极 限荷载 8 0 时, 细微裂纹开始 出现 , 并迅 速扩展 、 贯通 , 尤其是边角表面甚至成片剥落 , 其间强度曲 线增长变缓 , 构件 承载力达到极 限荷载 后急速下 降, 且 不 能恢复上升。 对于不同再生骨料替代率的构件破坏形态大 致相 同, 再生混凝 土较普 通混凝破坏碎 片剥落更多 , 更 明 显。 试件在压力机上加载前后 的形态 如图 1 所示 。 2 影响 因素分析 为研究再生粗骨料对混凝土力学性能的影响 , 通 常对 普通混凝土中部分粗骨料采用等体积 ( 质量 ) 的再生粗骨 料替代。 本试验中选用再生骨料中的粗骨料等

14、体积替代相 应 的普 通 粗 骨 料 , 替 代 率 分 别 为 0 、 3 0 、 5 0 、 7 0 和 1 0 0 。 试验结果发现 , 再生混凝土 的强度会随着再生粗骨 料替代率增大而降低, 但降低幅度会随再生骨料替代率的 增加而减小 2 1 水 灰 比的 影 响 以水灰比 0 5 3 9的情况为基准进行微调 , 增 加 0 0 5和 减少 O 0 5 , 得 出 3种水灰 比的再 生混凝土 , 其强度如 图 2 所示。 相 比于普通骨料混凝 土 , 水灰 比对再生混凝 土的影 响较小 , 水灰 比减小混凝土强度提 高的幅度并 不大。 不 同 水灰比的再生混凝土, 其强度随再生骨料替代

15、率增加而强 度降低 , 在水灰比小的情况下 , 这种降低的趋势更 明显。 在 再生骨料替代率为 1 0 0 的时候 , 出现 了水灰 比( 0 4 8 9 ) 更 低的混凝土强度 比水灰 比( 0 5 3 9 ) 高的强 度更 低 的情况 。 可见即使降低水灰比, 若粗骨料的强度不够, 再生混凝土 强度增加亦不明显 , 甚至会 降低 。 这可能是 由于浇 筑过 程 中水灰 比小的混凝土的坍落度更小_ 】 , 施工性能有所减 弱所导致 。 图 2不 同水 灰 比对再 生混凝 土 强度 的影响 2 2 砂 率的影响 对 3 4 5 的砂率分别进行 上 、 下 调整 1 , 得到 3组不 同的砂率

16、, 图 3为这三种不同砂率 随混凝土强度的变化曲 线。 从图中可 以看到整齐的三条曲线之间没有交错。 砂率 对再生混凝 土强度影响较大 , 尤其是骨料替代率高的情况 影响更大 , 而以往的经验和研究表 明砂率对普通混凝 土强 度的作用并不明显 。 总体来说 , 砂率提高 , 再生混凝土强度 也会提高。 冉生 骨科 替代翠, 图 3不 同砂率 对再 生混凝 土 强度 的影 响 2 3 外加剂 的影响 为研究外加剂对再生混凝土强度 的影响 , 试验 中设置 了添加与未添加外加剂两组试件 , 其 中添加 的外加剂为水 泥用量的 1 5 , 外加剂详细性能指标如表3所示。 85 如 鹕 甜 弘 弛如

17、z 嘎 幽辖 如 诣 拍 柏 如 、 暮 辖 表 3 外加剂的主要性能指标 图 4为添加与未添加外加剂 的情况下再生骨料混凝 土强度的变化 曲线。 添加外加剂后 , 出现了混凝土强度不 再随再生骨料替代率增加而降低的情况, 如 1 0 0 替代率 的再生混凝土强度比 5 0 和 7 0 的强度都高 。 当替代率为 5 0 时 , 添加外加剂几乎没有提高再生混凝土的强度 , 还稍 微有些降低作用。 由此可见再生骨料和普通骨料等体积的 配合比并不是最优的, 两种粗骨料体积上势均力敌时, 添 加外加剂难以发挥有效作用; 相反, 在普通骨料或再生骨 料体积完全 占优的情况下 , 添加外加剂使混凝土的强

18、度提 高了 9 1 4 再生骨科 替代翠, 图4外加剂对再生混凝土强度的影响 2 4配制 方式的影响 由于再生骨料的吸水率较普通骨料的大, 因而骨料 自 身的含水率 , 对配制 出的再生混凝 土强 度影 响不容忽视 ; 同时 , 若不考虑骨料吸水 的影 响 , 完全按 照配 制普通混凝 土的方法去配置再生混凝土, 必然造成浇筑混凝土的工作 性能差 、 强度不稳定 等问题 。 本试验采用两种不 同方式配 制再生混凝土 : 一种是先通过多组 试验测得干燥 状态下再 生骨料的质量吸水率, 设定为附加水 ( 本试验中测得再生 粗骨料 的附加水为 6 7 8 k g ) , 在浇筑再生混凝土时直接 加入

19、附加水即可 ; 另一种方式是每次浇筑再生混凝土前先 将称量好的再生粗骨料完全浸润( 浸入水中 3 0 m i n ) , 取出 后 自然凉至刚好表干 , 即开始进行配置。 附加水法和表 明湿润法对再生混凝 土强度影 响的对 比如图 5所示 , 两者配制 的再生骨 料混凝 土强度 变化 不 大 , 差别不足 5 。 其中, 采用再生粗骨料表面湿润 的方法 , 8 6 再生骨科替代率, 图5 不同配制方式对再生混凝土强度的影响 强度略高 。 这主要是 由于 附加水法 , 忽略 了骨料 自身的含 水率, 造成其水灰比略微比表面湿润法浇筑的再生混凝土 高, 因而强度降低。 考虑到附加水法的施工处理方便

20、快捷, 且强度减弱不明显 , 此法更适合在工程中推广应用 。 2 5 加 载速 率的影响 为研究不同的加载速率对混凝 土强度的影响 , 加载过 程选用位移控制和荷载控制两种方 式 , 其 中前者的加载 速 率为 0 1 8 mm m i n , 后者的加载速率为 O 3 MP a s 。 两种 不 同的加载方式得出的再生骨料混凝土强度如图 6所示 。 从 图 6可 以看 出 , 加 载条 件对混 凝 土强度 的影 响较 大 , 达 1 5 以上 。 相比于位移控 制的加载 , 荷载控 制的加载对 提 高混凝土强度 的作用更明显 。 再生混凝土也是一种应变强 化材料, 较快的加载速率能使混凝土极

21、限强度提高, 这主 要是 由于此时混凝土强度提升前 , 内外裂缝还未来得及 大 量积累。 在较大替代率的情况下, 大速率的加载方式能有 效弥补 因再生骨料替代率增加而导致的强度降低 , 例如在 荷载控制加载下 , 替代率 为 1 0 0 的再生 混凝 土强度与 替 代率为 5 0 和 7 0 的强度相 当。 2 6 养护时间的影 响 本次试验采用早强型水 泥, 再生混凝土 7 d强度可达 到标准强度7 0 以上。 其后, 随着养护时间的增长, 混凝土 强度会 随之提高 , 但提高的速度变缓。 不 同养护 时问对 再 生混凝土强度的影响如 图 7所示。 相 比于普通 混凝土 , 再 生混凝土随着

22、骨料替代率的增加 , 龄期对再生混凝土强度 发挥的作用更 明显 , 例如 1 8 0 d的普通混凝土强度仅比7 d 图 6 不同加载速率对再生混凝土强度的影响 再生 骨科替代 率 图7 不同养护时间对再生混凝土强度的影响 如 “ 鳃 如 z 毯嘎 勰 加 如 Z 骥 鲫 铝 蚰 如 z 黑 的增加了 3 8 , 而 1 8 0 d的再生混凝 土强度 比 7 d时增加 了 8 9 , 使得 1 8 0 d再生混凝 土的强度几乎接 近 1 8 0 d普 通混凝土的强度。 由此推测 , 再生 昆 凝土在长期 服役过程 中亦能发挥 良好作用 , 这也与 目前的研究相符 。 2 7原 因分析 再生骨料

23、由于成分 、 加工工艺及设计 使用的条件等原 因, 其骨料颗粒棱角多 , 表面粗糙 , 且含有硬化水 泥砂浆粉 末, 因此力学性能稳定性较差。 由再生骨料制作 的再生骨 料混凝土通常较普 通混凝 土 的孑 L 隙率 大 , 这 从微观 图像 上 也得到了验证 。 再 生骨料在初 次服役过程 中积累 了 微裂纹 , 在破碎过程 中内部往往又会产生 大量 裂纹 , 更容 易受到外界不 良影响 。 高吸水率 必然导致失 水后混凝 土的收缩和徐变增 大 , 使混 凝 土结 构裂 缝较 大且 内外贯 通 , 环境 中的水 以及其他有害腐蚀性介质很容易渗入混凝 土内 , 使再生混凝 土 的强度及 其他性能

24、 降低 。 因此 , 不 建议在冻融地区及海洋环境下大量使用再生混凝土材料。 影响再生混凝土强度 的关 键 问题在 于粗 骨料 的强 度 和砂浆 的黏结性能 , 可 归结为空 隙结构 的大 小和数 量 上 , 表现在吸水能力 的强弱上 。 通 过适当 的配合 比及外 加 剂的添加 ” , 可 改变混 凝 土成分 组 合 , 添 加少 量钢 纤 维 、 橡胶 、 塑料等材料 , 对再 生骨料混凝 土进行改 性 研究 , 能有效减少 再生骨料混凝 土因空隙率 、 收缩率 大而 引起 的强度降低 问题。 3 结 论 为使再生骨料混凝土推广应用, 必须能有效的控制其 设计强度。 通过对不同骨料替代率再

25、生混凝土的轴压试 验 得出: 水灰比、 加载速率对再生骨料混凝土强度的影响较 大 , 降低水灰比能 有效提高再生混凝 土的强度 , 再生混 凝 土表现 出明显的应变强化效应 , 增大加 载速率 , 混凝 土的 强度会提高 , 混凝 土强度 的提高 幅度 与骨料替代率有关 ; 再生混凝土砂率 、 配制 方式对其强度 的影响并不大 , 尤 其 是配制方式的影响可以忽略 I 夕 加剂对再生骨料混凝 土强 度影 响作用明显 ; 再生或普通粗骨料体积 比例大的配合 比 其混凝土强度更高 ; 养护时间对再生骨料混凝土强度提高 效果 明显 , 不同骨料替代率的再生骨料混凝土其强度发展 稳定 , 这为再生混凝

26、土材料长期工作提供 了可 能性。 为更 好地实现建筑资源高效循环利用 , 有关再生混凝 土性 能的 研究工作有待进一步开展 。 参考文献 : 1 侯星宇 再生混凝土研究综述 J 混凝土 , 2 0 1 1 ( 7 ) : 9 7 9 8 , 1 03 E 2 - 1 谢浩 以建筑周期全过程的管理模式处理建筑垃圾 J 混凝土 世界 , 2 0 1 3 , 1 0 : 2 0 2 3 C 3 何勤, 谢曦, 刘凤源, 等 国内外废弃混凝土分离回收及应用技 术 J 新型建筑材料, 2 0 1 3 ( 1 0 ) : 3 8 4 0 4 杨桂权, 阎慧群 对再生混凝土应用的可行性分析E J 混凝土,

27、2 0 1 3 ( 9 ) : 6 0 6 2 1- 5 3刘锋, 余 艮 银, 李丽娟 钢管再生骨料混凝土柱抗震性能研究E J 土木工程学报 , 2 0 1 3 , 4 6 ( 增 2 ): 1 7 E 6 B U T L E R L, WE S T J S , T I G H E S L T h e e f f e c t o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e ga t e p r o p e r tie s o n t h e b o nd s t r e n g t h b e t we e n RCA c o n c r e t

28、e a n d s t e e l r e i n f o r c e me n t J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h , 2 0 1 1 , 4 1 ( 1 0 ) : 1 0 3 71 0 4 9 7 李建国, 聂治平 再生粗骨料混凝土抗压强度研究 J 低温建 筑技术 , 2 0 1 3 , 3 5 ( 9 ) : 1 41 5 8 3 X I A O J i a n z h u a n g , H U A N G Y ij i e , Y A N G J i e , e t a1 Me c h a n i c a l

29、p r o p e r t i e s o f c o n f i n e d r e c y c l e d a g g r e g a t e c o nc r e t e u n d e r a x i a l c o m p r e s s i o n J C o n s tr u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s , 2 0 1 2 ( 2 6 ) : 5 916 o 3 9 肖建庄, 许向东, 范玉辉 再生混凝土收缩徐变试验 及徐变神 经网络预测 J 建筑材料学报, 2 0 1 3 , 1 6 ( 5 ) : 7 5 2

30、 7 5 7 1 O 3 亚丽 , 廖小辉 , 李燕 再生混凝土坍落度预测 J 混凝土 , 2 0 1 3 ( 6 ) : 8 1 8 3 , 9 6 1 1 侯永利, 郑刚 再生骨料混凝土不同龄期的力学性能 J 建筑 材料学报 , 2 0 1 3 , 1 6 ( 4 ) : 6 8 3 6 8 7 1 2 张剑波, 吴勇生, 孙可伟, 等 再生骨料混凝土孔隙结构的试验 研究 J 硅酸盐通报, 2 0 1 1 , 1 : 2 3 9 2 4 4 1 3 程玉, 韩建军 废弃混凝土再生骨料的性能分析 J 混凝土, 2 0 1 3 ( 7 ): 6 5 6 7 1 4 叶良, 孙平平 再生骨料混凝

31、土钢筋抗锈蚀能力影响因素分析E J 水利水电技术, 2 0 1 3 , 44 ( 1 0 ) : 1 2 4 1 2 6 1 5 邵永健 轻骨料混凝土材料的强度指标及其统计参数 J 工业 建筑 , 2 0 0 7 , 3 7 ( 8 ) : 8 2 8 5 1 6 姚志雄, 周瑞忠 , 石成恩 新型活性粉末混凝土( R P C ) 为基底 材料的断裂性能研究E J 工业建筑 , 2 0 0 5 , 3 5 ( 7 ) : 7 1 7 3 , 9 5 1 7 刘炯惕, 吴相豪, 刘春雷 粉煤灰影响再生细骨料混凝土抗压 性能的试验研究I- J 科技创新导报 , 2 0 1 3 ( 1 6 ) :

32、1 0 7 1 0 8 , 1 1 0 1 8 刘锋 , 张文杰, 何东明 , 等 橡胶粉一纤维改性高强混凝土的高 温性能研究E J 建筑材料学报 , 2 0 1 1 , 1 4 ( 1 ) : 1 2 5 1 3 2 1 9 冯文贤 , 刘锋, 郑万虎, 等 橡胶混凝土疲劳lN g 的试验研究 E J 建筑材料学报 , 2 0 1 2 , 1 5 ( 8 ) : 4 6 9 4 7 3 E 2 o U 锋, 黄海滨 , 夏晓舟, 等 再生塑料改性混凝土力学性能试验 研究及其细观数值模拟 J 建筑材料学报, 2 0 1 1 , 1 4( 2 ) : 1 7 3 1 7 9 第一作者 联 系地 址 : 联系电话 通讯作者 联系电话 曾岚( 1 9 8 9一) , 女, 博士研究生, 主要从事固体废弃物 再生利用研究。 广东工业大学土木与交通工程学院实验二号楼 6 2 6 ( 5 1 0 0 0 6 ) 1 3 7 2 9 81 71 4 0 李丽娟( 1 9 6 6一) , 女 , 博士, 教授 , 博士生导师 , 主要从 事固体废弃物再生利用、 结构优化设计理论及方法研 究。 】 3 5 2 7 8 7 3 9 7 8 87

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