再生混凝土力学性能试验研究.pdf

孙晓雪等： 再生混凝土力学性能试验研究 再 生混凝土力学性 能试验研究 孙晓雪 ， 赵吉坤 ， 张晓敏 ( 南京农业大学工学院 ， 南京2 1 0 0 3 1 ) 【 摘要】 通过对三种不同配合比的再生混凝土进行强度试验， 研究了再生粗骨料取代率分别为0 、 4 0 、 7 0 、 1 0 0 时， 再生混凝土的抗压强度与劈裂抗拉强度变化规律， 提出了劈裂抗拉强度与抗压强度的关系式。研 究结果表明， 随着取代率的增大， 混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度均呈下降趋势， 但当取代率为 7 0 时， 强度反而 有一定上升。 【 关键词】 再生混凝土； 劈裂抗拉强度 ； 取代率 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 1 1 0 3 S T UDY OF M ECHANI CAL PROPERTI ES OF RECYCLED CONCRE TE S U N Xi a o x u， Z HA O j i k u n， Z HANG Xi a o - rai n ( C o l l e g e o f E n g i n e e r i n g ， N a n j i n g A g r i c u h u r a l U n i v e r s i t y ， N a n j i n g 2 1 0 0 3 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B y t e s t i n g s t r e n g t h o f t h r e e k i n d s o f r e c y c l e d c o n c r e t e w i t h d i f f e r e n t mi x p r o p o r t i o n s ，w e s t u d i e d t h e v a ri a t i o n l a w o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h 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 wh i l e t h e r e p l a c e me n t r a t e s o f r e c y c l e d c o u r s e a g g r e g a t e a r e 0， 4 0 ，7 0 a n d 1 0 0 T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e d e c r e a s e w i t h t h e i n c r e a s e o f r e p l a c e me n t r a t e Ho w e v e r ，wh e n t h e r e p l a c e me n t r a t e i s 7 0 ，t h e s t r e n gth i n c r e a s e Ke y wo r d s ： 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； s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h；r e p l a c e me n t r a t e 近年来， 我国每年产生大量的建筑垃圾 ， 数量已占 到城市垃圾的3 0 一 4 0 ， 其中5 0 一 6 0 为废弃混 凝土。国内外一些学者研究了再生混凝土的基本 性能 - 4 。R a j k u m a r B 的研究表 明在用水量相 同 的情况下， 再生混凝土较基准混凝土坍落度减小 ， 流动 性变差， 粘聚性和保水性增强。李佳彬等 系统测试 了再生粗骨料的基本特性 ， 研究了不考虑与考虑再生 粗骨料的高吸水特性时再生混凝土的基本性能。但是 针对再生混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度关系的研 究还 比较少 。 文中通过对三种配合比的再生混凝土进行研究 ， 测试了再生粗骨料取代率分别为0 、 4 0 、 7 0 、 1 0 0 时， 再生混凝土的抗压强度与劈裂抗拉强度变化规律 ， 并提出了劈裂抗拉强度与抗压强度的关系式。对再生 混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度 的相关性研究进行 了补充 。 1 试验设计 1 1 试验原材料 水泥： 南 京 海螺 水 泥有 限公 司生 产 的海 螺牌 3 2 5 R普通硅酸盐水泥， 表观密度为 3 1 0 0 k g m ； 砂 ： 普通河砂 ， 细度模数为2 7 7 ； 水： 自来水； 天然粗骨料 ： 连续级配的碎石， 最大粒径为 2 5 m m； 再生粗骨料： 南 京市浦 口区向阳桥房屋拆除废弃混凝土 ， 采用人工破 碎 ， 最大粒径为 2 5 m m。参照 普通混凝土用砂、 石质 量及检验方法标准 ， 测试了天然粗骨料及再生粗骨 料的基本性能 ， 结果见表 1 。 表 1 粗骨料的基本性能 1 2 混凝土配合 比设计 为了研究再生粗骨料对混凝土基本性能的影响， 试验中再生粗骨料取代率分别 为 0( 普通混凝土) 、 4 0 、 7 0 、 1 0 0 。三种 普通混凝土水灰 比分别为 0 6 1 、 0 4 9 、 0 4 3 。试件分另 0 用 R C X一1 ， R C X一 2 、 R C x一3表示 ( x为取代率 ， 取值为0 、 4 0 、 7 0 、 1 0 0 ) 。 各混凝土的配合 比见表2 。 基金项目 江苏省 自然科学基金( B K 2 0 1 0 4 5 7 ) ； 国家大学生创新性实验计划项 目( 1 0 1 0 3 0 7 3 7 ) ； 南京农业大学 S R T资助项 目 ( 1 0 1 5 A 04 ) 1 2 低温建筑技术 2 0 1 2年第 2 期( 总第 1 6 4 期) 表 2 混凝土的配合比 k g m。 1 3 试件的制作养护与仪器 混凝土 试 块 的 尺 寸 为 1 5 0 ra m 1 5 0 m m 1 5 0 m m 的立方体 ， 每组 3块 ， 共 3 6块。各组混凝土试块均采 用人工搅拌， 在温度 2 0 c I= ， 湿度 9 0 的标准条件下养 护 7 d 。 主要设备为一台无锡产 S H B Y一 4 0 B型水泥混凝 土标注养护箱 ， 一台无锡产 T Y A一 2 0 0 0型电液式压力 试验机 ， 最大试验力为2 0 0 0 k N 。混凝土抗压强度及劈 裂抗拉强度的测定严格遵循 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ( 普通 混凝土力学性能试验方法标准 进行。 2试验结果与分析 2 1 抗压强度试验分析 ( 1 ) 试验现象。再生混凝土试块的破坏形态与 普通混凝土相似。随着荷载的加大， 试块表面出现裂 缝 ， 并沿斜向向上下两端发展， 随着压力的继续增大， 裂缝由表层逐渐向内部发展， 导致表层混凝土外鼓 、 剥 落 ， 最终破坏。从破坏形态来看， 再生混凝土的破坏基 本上为粗骨料与水泥凝胶体面之间的粘结破坏。随着 再生粗骨料取代率的增大 ， 混凝土在加载初期即出现 较大裂缝 ， 抗压性能明显减弱 。 ( 2 ) 结果及分析。图 1 给出了再生混凝土抗压 强度随再生粗骨料取代率的变化曲线。各水灰比的 再生混凝土抗压强度随着再生粗骨料取代率的增大 而减小， 且再生混凝土的抗压强度均低于普通混凝土 的抗压强度。但当取代率为7 0 时， R C x一1 、 R C x一 2混凝土的抗压强度反而有一定上升， 可能是此时 天然粗骨料与再生粗骨料级配 良好； 取代率为 4 0 时， 三种再 生混凝 土抗 压 强度 分别 降低 1 8 9 5 、 1 3 9 0 、 3 4 3 。取代率 为 1 0 0 时， 三种再生混凝 土抗压强度分别降低 2 2 9 8 、 1 4 9 7 、 1 8 9 3 。可 见 ， 水灰 比较大的再生混凝土抗 压强度较小 ， 且随着取 代率的增大抗压强度降低很快 ， 不适宜应用。水灰比 较大的再生混凝土抗压强度较大， 取代率不超过 7 0 时， 抗压强度降低不明显， 可以应用到生产中。 再生粗骨料取代率r 1 +Rc x_ l +R c) 【 - 2 +Rc x_ 3 图l再生混凝土抗压强度 2 2 劈裂抗拉强度试验分析 ( 1 ) 试验现象。加载初期 ， 再生混凝土试块表 面没有明显裂缝， 随着荷载的加大， 混凝土试块开始出 现较大裂缝， 并且大部分试块最终被劈开成两部分 ， 说 明粗骨料与水泥凝胶体面之间的粘结作用比较大。 ( 2 ) 结果及分析。图 2给出了再生混凝土劈裂 抗拉强度随着再生粗骨料取代率的变化曲线。可见 ， 再生混凝土的劈裂抗拉强度变化规律与抗压强度基 本相同， 再生混凝土的劈裂抗拉强度随着抗压强度的 减小而减小。当取代率为 4 0 时， 由前文可知三种再 生混 凝 土 抗 压 强 度 分 别 降 低 l 8 9 5 、 1 3 9 0 、 3 4 3 ， 而劈裂抗拉强度分别降低 1 5 7 9 、 1 9 3 7 、 1 0 8 8 。当取代率为 1 0 0 时， 三种再生混凝土抗压 强度分别降低2 2 9 8 、 1 4 9 7 、 1 8 9 3 ， 而劈裂抗拉 强度分别降低 1 9 0 8 、 2 0 5 5 、 1 6 6 7 。劈裂抗拉 强度曲线基本呈现下降趋势， 但当取代率为 7 0 时， 劈裂抗拉强度有所增大， 与抗压强度曲线规律相似。 对于普通混凝土而言， 劈裂抗拉强度 。 与抗压强度 的关系为 ： ： 0 1 9 f 3 4 ( 1 ) 通过公式( 1 ) 可计算出混凝土试块的理论劈裂抗 拉强度 。图 3给 出了 R CX一1 、 R CX一 2 、 R CX一 3三种混凝土试验结果与按照式( 1 ) 计算结果的对比。 如 图 3 所示 ， 试验结果与理论公式计算结果相差很大 ， 如 R C一1 0 01混凝土， 试验结果与理论计算结果差 值为 1 6 2 6 ， R C一 02混凝土 ， 试验结果与理论计 算结果差值为 3 2 4 1 。说明再生混凝土的劈裂抗拉 强度与抗压强度关系不符合普通混凝土。 重3 o 羁2 -0 o 猷 R C- ) 1 +RC_ x 2+ C 3 再生粗骨料取代率r 1 图2再生混凝土劈裂抗拉强度 口 d 善髓鹃幽 孙晓雪 等： 再生混凝 土力 学性 能试验研究 1 3 芝 1 6 萋 4 薰 z 群 1 0 歆 0 4 0 7 0 1 o 0 再生粗骨料取代率r ， ( a 】R C - X- 1 宴3 0 厂r = = 习 躲 O 柏 7 O l 0 o 图3混凝土劈裂抗拉强度 2 3 强度关系分析 根据 以上试验结 果 ， 我们 提 出再 生混 凝土 劈裂抗 拉强度与抗压强度关系的公式 ： = ( a b r ) f： 4 ( 2 ) 其中， a 、 b为常数 ， r 为再生粗骨料取代率。 通过数据分 析与整理， 我们得 到 a：0 2 5 ， b= 0 0 1 ， 得 到关系式为 ： = ( 0 2 5 0 O l r ) f： 4 ( 3 ) 表 3给出了各混凝土的劈裂抗拉强度试验结果与 理论公式( 1 ) 、 文中拟合公式( 3 ) 的相对差值， 相对差 值的计算公式为 ： 槲差值 = x l 0 0 ( 4 ) 由表 3可知， 理论公式( 1 ) 与试验结果的相对差 值在 1 4 6 2 一 3 2 4 1 之间， 而文中设计公式 ( 3 ) 与 试验结果的相对差值在 2 2 9 1 1 4 6 之间。文中 拟合公式计算结果与试验结果吻合较好。在实际工程 中， 可根据再生混凝土的抗压强度和此关系式推断再 生混凝土 的劈裂抗拉强度 。 表 3 公式与试验结果的相对差值 重 3 o 2 5 羹 旃1 0 躲 再生粗骨料取代率r (c ) R C - X - 3 3结 语 ( 1 ) 各水灰比的再生混凝土抗压强度随着再生 粗骨料取代率的增大而减小， 且再生混凝土的抗压强 度均低 于普通 混凝土 的抗压 强度。但 当取代率 为 7 0 时， R CX一1 、 R CX一2混凝土的抗压强度反 而有一定上升。水灰比较大的再生混凝土抗压强度较 大， 取代率不超过7 0 时， 抗压强度降低不明显， 可以 应用 到生 产中。 ( 2 ) 再生混凝 土的劈裂抗 拉强 度变化规 律与抗 压强度基本相同。曲线基本呈现下降趋势， 但当取代 率为7 0 时， 劈裂抗拉强度有所增大。利用普通混凝 土劈裂抗 拉强度 与 抗压 强度 公 式计 算结 果 与试验 结 果相差很大， 说明再生混凝土的劈裂抗拉强度与抗压 强度关系不符合普通混凝土。 ( 3 ) 提出再生混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度 的关系式。文中拟合公式计算结果与试验结果吻合较 好。在实际工程中， 可根据再生混凝土的抗压强度和 此关系式推断再生混凝土的劈裂抗拉强度。 参考文献 1 周宏 敏 ， 等 再 生骨料 混凝 土技 术及 其研究 现状 J 混凝 土， 2 0 0 8 ， ( 1 2 ) ： 7 57 ,6 2 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 3 康峰 废弃混凝土再生利用的研究 D 天津： 天津大学， 2 o o 8 4 张李黎 再生混凝土材料性能试验研究 D 合肥： 合肥工业 大学 ， 2 0 0 9 5 R a j k u m a r B ， V ij a y K a l i m u t h u B ， R a j k u m a r R ， e t a 1 P r o p o r - t i o n i n g 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 J I n d i a n C o n c r e t e J o u m a l ， 2 0 0 5， 7 9 ( 1 0) ： 4 65 0 6 李佳彬， 肖建庄， 孙振平 再生粗骨料特性及其对再生混凝土 性能的影响 J 建筑材料学报， 2 0 0 4 ， 7 ( 4 ) ： 3 9 0 3 9 5 7 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ， 混凝土结构设计规程 S 收稿 日期 2 0 1 11 】_ 一0 8 作者简介 孙晓雪( 1 9 8 9 一) ， 女， 河北沧州人， 本科生， 研究 方 向： 再：生混凝土力学性 能分析。