不同再生细骨料取代率混凝土的抗压及干燥收缩试验研究.pdf

鬼 建巍 全 国 中 文 核 e 2 期刊 不同再生细骨料取代率混凝土的抗压及 干燥 收缩试验研 究 郝 彤 ， 赵 文兰 ( 郑州大学士木工程 学院， 河 南 郑州4 5 0 0 0 2 ) 摘要： 对不同再生细骨料替代率混凝土的抗J土 性能和十燥收缩性能进行研究。结果表明， 随着再生细骨料替代率的提高， 再牛 混凝土呈脆性趋 势发展 ， 但 当采用基 于 自由水灰 比的配 合比设计方法和 二次搅拌上艺 时， 再牛细骨 料混凝 士的强度基本与 普通 混 凝土 相近 。再生混凝土的收缩机理 与普通混凝土基 7 卜 相 同， 再 生细骨料 混凝 土的收缩值随龄期增长而逐渐增大； 再牛混凝 土的干燥 收缩 率大 r普通 混凝士； 随着 冉生细骨料替代率的增加 ， 再生混凝土收缩率 随之增火 。 关键 词： 再生细骨料； 取代率； 再生混凝土； 抗压强度； 干燥收缩 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 1 ， X 7 9 9 1 文献标识码： A 文章编号： 1 0 o 1 7 0 2 X ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 2 9 0 3 Bo t h c o mp r e s s i v e t e s t a n d d r y i n g s h r i n k a g e t e s t o n 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 wi t h di f f e r e nt fine r e c yc l e d a gg r e ga t e r e pl a ce m e nt r at i o HA0 To n g， ZHA0 Wen h m ( S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i ng ， Zh e n g z h o u Un i v e r s i t y， Zh e n g z h o u 45 00 02， He n a n， Ch i n a ) Abs t r a ct ： Bo t h c o mp r e s s i v e t e s t a n d d r y i n g s h rin k a g e t e s t o n 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 wi t h d i f f e r e n t fi ne r e c y c l e d a g g q e g a t e r e p l a c e me n t r a t i o we r e s t u d i e d T h e r e s u l t s s ho w t ha t wi t h t h e r e p l a c e me n t r a t i o i n c r e a s e ， r e c y c l e d c o n c r e t e a r e b e c o mi n g mo r e a n d mo r e b r i t t l e； wi t h t h e mi x i n g pr o p o r t i o n d e s i g n o f fle e W C a nd t h e s e c o n d a r y mi x i n g p r o c e s s ， c o mp r e s s i v e i n t e n s i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e i s n e a r l y c o mp a r a b l e wi t h t h o s e o f n o r ma l c o n c r e t e wi t h s i mi l a r c o mp o s i t i o n T h e s h r i n k a g e t h e o r y o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e i s t h e s a r n e a s n a t u r a l a g g r e g a t e c o n c r e t e ， wi t h t h e i n c r e a s e o f t he e u nn g a g e s ， t h e s h r i n k a g e o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e i n c r e a s e s ； t h e s h r i nk a g e o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e i s h i g h e r t ha n t h a t o f n a t u r a l a g g r e g a t e c o n e r e t e ： wi t h t h e i n c r e a s e o f t h e r e p l a c e me n t r a t e， t h e s h r i n k a g e o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e i n c r e a s e s Ke y wo r ds： fin e r e c y c l e d a g g r e g a t e ： r e p l a c e me n t r a t i o： 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 ； c o mp r e s s i v e i n t e n s i t y： d ryi n g s h r i n k a g e 目 前国内外大都着眼于再生粗骨料用于混凝土的研究， 而对细骨料用于混凝土的研究很少。 本文着眼于破碎建筑垃圾作为再生细骨料替代天然砂在 混凝土中应用。试验破碎的再生骨料由郑州大学土术工程学 院实训基地废弃的建筑垃圾经分拣破碎加工而成。该批建筑 废弃物中混凝土的强度等级为 C 3 0 。试验 中应用的再生细骨 料颗粒级配没有经过人为调整， 试验结果能够反映实际情况。 由于通过改进混凝土搅拌工艺可提高混凝士的流动性和 强度l】 1 ， 本试验采用基于自由水灰比的配合比设计方法， 拌制 混凝土时采用二次搅拌工艺。 基金项 目： 河南 省省级新 墙体材料专 项 金 ( 2 0 0 9 1 0 ) 收稿 日期： 2 0 1 0 1 0 2 6 作者简介 ： 郝彤 ， 女 ， 1 9 6 7年 ， 河南郑 州人 ， 教授 ， 博士 ， 硕 士生导师 主要从事再生混凝土 的研究 。E ma i l ： h a o t o n g z z u e d u c n 。 1 试验 1 1 原材 料 水泥为河南孟电集团水泥有限公司生产的孟 电牌 P 0 4 2 5 级普通硅酸盐水泥；洛阳首阳山电厂的 级粉煤灰； T H - 2 聚羧酸系高效减水剂； 天然粗骨料为河南贾峪生产的 碎石； 天然 砂为平顶山鲁山生产的中粗砂， 细度模数为2 8 2 ； 水为自 来水。 再生细骨料的取样及试验方法均按G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 建筑用砂 进行。再生细骨料及天然砂的物理性能测试结果 见表 1 ， 颗粒级配见表 2 。 表 1 再生 细 骨 料 及 天 然砂 的物 理 性 能 N E W BUI L DI NG M AT ER I AL S 29 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 郝彤 ， 等： 不同再生细骨料取代率混凝土的抗压及干燥收缩试验研究 表 2 再生细骨料及天然砂 的粒径分布 由 表 l 、 表2 可见， 再生细骨料的松散堆积密度较天然细骨 料下降2 4 2 ， 但孔隙率较天然砂提高3 6 0 ， 这说明废弃混凝 土再生细骨料表面孔隙较多。 再生细骨料明显较天然砂粒径粗。 再生细骨料的2 4 h 吸水率为天然砂的1 7 倍，高吸水率 是再生细骨料的显著特征。 这是因为废弃混凝土再生细骨料中 的部分大颗粒表面附着水泥砂浆， 而颗粒小的部分由水泥砂浆 碎屑组成， 水泥砂浆孔隙率高， 具有高吸水性。 再生细骨料的高 吸水率决定了在配制再生混凝上时需要计算附加用水量。 1 2 再生细骨料混凝土的配合 比设计 普通混凝土的标准配合比是经计算所得的C 3 0混凝土 配合比。试验共配制再生细骨料替代率分别为0 、 3 0 、 5 0 、 7 0 和1 0 0 等5 种再生细骨料混凝土。 本文采用基于自由水 灰比的配合比设计方法 。自由水灰比决定了再生混凝上的 强度， 其附加用水量的计算见式( 1 ) 。 A W= mR ca ( 5 ， R c A 一 5 ( 1 ) 式中： 附加用水量， k g ； m 髓 再生骨料的质量， ； s 肫 再生骨料相对于自然状态的吸水率； 5 ， 0 c 天然砂相对于自然状态的吸水率。 1 _ 3 试验配合 比 再生混凝土抗压及收缩变形试验配合比见表3 。 表 3 再生混凝土抗压及收缩变形试验配合 比 编再生细骨料 混凝土配合比 ( k 咖 ) 号 替代 率 水泥, f i t - 天然砂 再生细骨料 水 减水剂 2 再生细骨料混凝 土抗压试验 混凝土立方体抗压强度试验依照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 1 再 生 混凝土 受压破坏 形态 再生细骨料混凝土破坏形态大致可分为3 种： ( 1 ) 达到破 坏荷载时， 试块角部出现近似垂直的裂缝， 然后试块破坏( 见 图1 ) ； ( 2 ) 在试块的一个侧面首先出现角部斜裂缝， 然后沿对 3 0 新型建筑材料 2 0 1 1 2 角线向中间发展， 形成对角线裂缝， 试块破坏【 见图2 ( a ) ； ( 3 ) 在 试块角部首先出现斜向裂缝， 斜裂缝逐渐 中间发展， 在中部 位置出现一道水平裂缝， 然后试块破坏 见图 2 ( b ) 】 。 ( a ) 对 角 线 斜 裂 缝 ( b ) 中 部水 平 裂 缝 图 2 对 角线斜裂缝和 中部水平裂缝 试验中发现，角部垂直裂缝在再生细骨料替代率为1 0 0 的再生混凝土试块中发生最多；不同再生细骨料替代率的再 生混凝土试块对比发现， 再生细骨料替代率越高， 角部垂直裂 缝发生的现象越明显， 而其它2 种破坏形式偶然发生， 未发现 规律。由上可见， 随着再生细骨料替代率的提高， 再生混凝土 呈脆性趋势发展。 2 2 再生细骨料替代率对混凝土抗压强度 的影 响 ( 见图 3 ) 图 3 再生细骨料替代率对混凝土抗压 强度的影响 由图3 可见， 再生细骨料替代率为5 0 时， 混凝土7 d 、 2 8 d 抗压强度最大， 分别为2 8 9 7 、 3 9 3 9 M P a ； 再生细骨料替代率为 7 0 的混凝土抗压强度与之较为接近， 7 d 、 2 8 d 抗压强度分别 为2 7 2 5 、 3 8 7 3 M P a ；再生细骨料替代率为1 0 0 的混凝土抗压 强度与普通混凝土接近，均低于再生细骨料替代率为7 0 、 5 0 、 3 0 的混凝土； 再生细骨料替代率为3 0 的混凝土强度介 于最高与最低之问， 7 d 、 2 8 d 抗压强度分别为2 6 4 0 、 3 5 1 1 M P a 。 4 D O 3 4 6 D 4 8 3 4 4 ) 弼 。 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 。 如 如 1 2 3 4 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 郝彤 ， 等： 不同再生细骨料取代率混凝土的抗压及干燥收缩试验研究 再生细骨料替代率为0 和 1 0 0 的混凝土7 d 强度发展 最快； 替代率为7 0 的混凝土强度发展最慢； 替代率为5 0 的混凝土次之； 替代率为3 0 的混凝土强度发展速度介于最 快与最慢之间。本批试验再生混凝土强度不低于普通混凝土 强度， 主要原因为： ( 1 ) 设计配合比时采用基于 自由水灰比的 配合比设计方法； ( 2 ) 拌制混凝土时采用二次搅拌工艺， 提高 了混凝土的流动性和强度。 从抗压强度角度考虑， 再生细骨料 可以完全替代天然砂配制混凝士。 3 再生细骨料混凝土的收缩变形试验 表4 为不同再生细骨料替代率混凝土在各龄期的收缩。 表 4 不 同再生细骨料替代率混凝土在各龄期 的收缩 3 1 龄 期对 混凝 土 收缩 的 影响 由表4 可以看出，除再生细骨料替代率为1 0 0 的再生 混凝土外， 其它替代率( 3 0 、 5 0 、 7 0 ) 再生细骨料混凝土的 2 8 d 收缩值与普通混凝土相差不大，但 9 0 d 收缩要大于普 通混凝土。由于再生细骨料吸水率高于天然砂， 使得再生细 骨料混凝土的用水量高于天然骨料混凝土。在混凝土龄期 较短时， 一部分水被微细粉吸附不易失去， 所以对再生细骨 料混凝土的收缩影响不大。但随着龄期的增长这部分被微 细粉吸附的水不断参与混凝土的水化和干燥损失，使得再 生细骨料混凝土的收缩值随龄期增长而逐渐增大 1 。 再生细 骨料替代率为 3 0 、 5 0 、 7 0 的再生混凝土 2 8 d干燥收缩 率分别仅占整个龄期( 9 0 d ) 干燥收缩率的 3 1 - 3 、 3 6 1 和 6 0 1 ， 平均值为 4 2 5 ， 小于普通混凝土的 6 7 2 。再生细 骨料替代率为3 0 、 5 0 、 7 0 、 1 0 0 的再生混凝土9 0 d干 燥收缩率分别是普通混凝土9 0 d 干燥收缩率的 1 1 3 、 1 2 1 、 1 4 1 和 2 1 9 倍 。 混凝土试件在收缩过程中有不同程度的收缩恢复现象 ( 即收缩值变小) ， 以普通混凝土为甚。 这是因为试件处于相对 湿度比自身相对湿度大的环境中，材料不仅不会失水反而还 会吸收环境中的水分， 从而导致试件出现收缩恢复， 直至试件 自身湿度与环境湿度平衡。 在标准养护环境下， 再生细骨料内 部含水较多， 自身相对湿度较大， 天然砂浆内部含水少， 自身 相对湿度低， 因此， 天然混凝土的收缩恢复现象较为明显。 在3 7 d内， 试件的收缩率较小， 特别是普通混凝土试件 和再生细骨料替代率为 3 0 、 5 0 的再生混凝土试件还出现 了收缩率为负值的现象( 试件不缩反胀) 。据文献 6 7 1 可知， 在硅酸盐水泷中， C A含量较多， C 是水泥中水化反应速度 最快的矿物， 前3 d 完成其水化反应的8 0 ， 由它水化反应生 成的凝胶体体积比原来其固相体积增大 1 2 倍，当这种体积 增大到一定情况时，试件就会出现收缩率低或膨胀现象。之 后， 随着水泥水化反应的进一步发展， 由水化收缩、 干燥收缩、 碳化收缩等造成试件收缩程度远大于试件膨胀程度，因此就 表现出混凝土的收缩状态。 3 2 再生细骨料替代率对混凝土收缩的影响 由表4 可以看出， 随着再生细骨料替代率的增加， 再生混 凝土收缩率在相同 龄期均随之增大，其中再生细骨料替代率 为1 0 0 的混凝土收缩值最大， 与文献f 8 】 试验结果一致。 这种 早期干燥收缩特别是在混凝土构件有相对较大的收缩约束 时， 会造成混凝土构件较大的收缩裂缝。 4 结语 ( 1 ) 再生细骨料的表观密度、 吸水率、 松散堆积密度均高 于天然砂， 表明再生细骨料表面孔隙较多， 导致利用其拌制再 生混凝土或生产再生混凝土制品时要达到相同的工作性需要 增加拌合水的用量。 ( 2 ) 随再生细骨料替代率增加， 混凝土破坏呈脆l生 走 鱼 势发展。 ( 3 )采用基于自由水灰比的配合比设计方法和二次搅拌 工艺制备再生混凝土， 可提高再生混凝土的流动性和强度。 ( 4 ) 再生混凝土的收缩机理与普通混凝土基本相同， 产生 收缩变形的主要是水泥砂浆，由于再生骨料表层的水泥砂浆 吸水后产生收缩， 再生混凝土的干燥收缩率大于普通混凝土。 ( 5 ) 再生细骨料混凝土2 8 d 收缩值与普通混凝土相差不 大， 但9 0 d 收缩要大于普通混凝土， 占主导地位。 在选用再生 混凝土时， 应采取措施防止混凝土产生较大的干燥收缩裂缝。 ( 6 ) 1 0 0 采用再生细骨料制备的混凝土干燥收缩值比普 通混凝土大得多，凶此不建议用再生细骨料完全替代天然砂 配制再生混凝土。 参考文献 ： 1 】 赵悟 再生集料混凝土 的振 动拌 和强化机理研究I J 】 混凝士 ， 2 0 0 6 ( 8 ) ： 1 7 1 2 2 史魏 ， 候景鹏 再 生混凝 士技 术及其配合 比设计方法 J l_ 建筑技术 开 发 ， 2 O O 1 ， 2 8 ( 8 ) ： 1 8 - 2 0 3 】 郝彤 再生骨 料混凝土 多孔砖 及其砌 体受力性 能研究【 D 】 郑 州： 郑卅f 大学， 2 0 0 7 ( 下转第 4 5页) N E W BUI L DI NG MAT E RI AL S 3l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李悦 ， 等： 预拌橡胶 集料保温砂浆的性 能研究 柔韧性不好则很容易产生裂缝， 砂浆压折比越小， 表示其柔韧 性越好。从表2 可以看出， 预拌胶集料保温砂浆的压折比均小 于 3 0 ， 并且橡胶集料掺量越多其压折比越小， 表现出较好的柔 韧性。 其主要原囚在于橡胶集料的添加增加了砂浆破坏时的最 大变形极限，能最大限度的吸收缺陷和微裂纹扩展所需的能 量， 使砂浆在破坏前能承受更大的应力。 此外， 高柔性和高弹性 聚合物R P P的存存也明显改善了砂浆的柔性和弹性。 因此， 橡 胶集料和聚合物R P P的共同作用提高了P R I M的柔韧性。 2 2 R P P掺 量和 不 同 基 体 材 料 对 拉 伸 粘 结 强 度 的 影 响 从表2可以看出， 试样4的粘结强度远高于其它试样， 说 明增加R P P的掺量会提高砂浆的拉伸粘结强度， 并改善砂浆 的和易性和均匀性0 l 。 在拉伸粘结试验中除了使用人造复合板作为基体材料 外， 还使用了松木板作为基体材料， 发现拉伸试验结果完全不 同。拉伸粘结试验结束后， 人造复合板被 P R I M撕裂， 丽松木 板表面非常光滑平整， 粘结强度仅达到 0 0 6 M P a 左右， 这说 明人造复合板与P R I M之问有良好的粘结界面，而松木由于 自身会分泌松脂等原因影响了界面粘结强度。 2 _ 3 橡胶粒径和掺量变化对 P R I M导热性能的影响 由表2 可以看出， 试样2的导热系数最小， 说明粒径较小 的 橡胶颗粒可以降低P R I M的导热系数， 原因是粒径较小的橡 胶颗粒在砂浆中分布比 较均匀，可以阻碍热量在砂浆中传递； 试样 3 的导热系数明显低于试样 1 ， 可知橡胶掺量增加能降低 P R I M的导热系数； 试样4的导热系数最高， 说明增加R P P的 掺量会增大P R I M的导热系数， 从而降低P R I M的保温性能。 2 4 P R I M 与 P C M保温性能的 比较 试验中发现，相变材料 P C M的导热系数受温度影响显 著， 在测试温度分别为1 0 、 2 0 、 3 0 、 3 5 、 4 0 、 5 0时， 导热系数分 别为 0 5 0 、 0 6 2 、 1 1 l 、 1 5 3 、 1 0 0 、 0 6 6 W ( m K ) 。其中导热系 数最大值出现在3 5 左右。 表2 中其它P R I M试样的导热系 数测定值是在环境温度为 2 0 的试验结果，当温度升高时 P R I M的导热系数略有增加， 但幅度很小， 例如当环境温度为 5 0 o C 时， 导热系数增加值不超过 1 0 。因此， 可知P C M( 试样 5 ) 的导热系数是随环境温度显著变化的， 在室温条件下略高 于 P R I M试样，但在 3 0 4 0 环境下可以达到P R I M的3 5 倍， P R I M的导热系数比P C M要低， 其保温性能比P C M要好。 3 结语 ( 1 ) 以标准砂、 废橡胶粉、 R P P 、 甲基纤维素醚、 木质纤维 和碳酸钙为主要原料，按定比例混合后制备的橡胶集料保 温砂浆P R I M压折比低于3 ， 具有良好的柔韧性， 增加橡胶集 料的用量能减小P R I M的压折比， 提高柔韧性。 ( 2 ) R P P 掺量增加会降低 P R I M的抗压强度、 提高抗折强 度、 减少压折比， 但是掺入更多的R P P将增加成本， 使砂浆变 得很黏稠， 还会增大P R I M的导热系数， 降低P R I M的保温性 能。因此， R P P的掺量必须限定在合理范围内。 ( 3 ) 在拉伸粘结试验中使用不同的基体材料， 拉伸强度试 验结果也完全不同。 与松木板相比， 人造复合板与P R I M之间 有更好的粘结界面。 ( 4 ) 小粒径橡胶集料以及增加橡胶集料的用量都可以降低 P R I M的导热系数， 提高其保温性能。 ( 5 ) 掺加相变储能材料P C M的砂浆脆性比P R I M大， 导热 系数受温度影响显著， 在室温条件下略高于P R I M， 在3 0 4 0 环境下可以达到P R I M的3 5 倍。 参考文献 ： 【 1 龙长征， 刘葳， 张人捷 高性能保温砂浆的制配和性能研莉 J l1 _ 厂 东建材 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 1 7 - 1 9 2 】 李悦 ， 王敏 ， 隋晓 明， 等 橡胶集料 千粉 砂浆的性能研究 J 】 建材世 界 ， 2 0 0 9， 3 0( 1 )： 1 6 1 8 3 李清海 ， 孙 蓓 废 旧橡胶微粒对 外保 温用聚合物砂浆性 能影响的 研究 J I 混凝士 与水泥制 品， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 5 2 5 4 4 李悦 ， 乇玲 橡胶 集料混凝土研 究进展综述 【 J l l混 凝土 ， 2 0 0 6( 4 ) ： 91 -9 4 方 明晖 ， 朱 蓬莱， 黄珍珍 ， 等 尢机轻 集料保温砂浆材料组成对 性 能影 响的研究l J J， 化学建材 ， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 6 ) ： 2 1 2 5 A ： 一 ： 一t ： 、 一 ： ： ： 、 - ： 一 一： 一： ： ：一- 一 ： ： ： ： 幸 一- 孛“： c - 一 ： 一毒 - - 牛 ： ： 一： - ： ： + 一寺 0一+ - 一 一争 ( 上接第 3 1 页) 7 1 J i n K e u n K I M， C h i l - s u n g L e e M o i s t u r e d i f f u s i o n o f c o n c r e t e 【 4 张亚梅 ， 秦鸿 根， 孙伟 ， 等 再生混凝土配合 比设计初探l J 1 混凝土 与水泥制 HI L =lI ， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 7 - 9 5 J 李艳美 ， 毛 高峰 ， 李 秋义 再 生细 骨料混凝 七工作性 能的研究I J 1 青岛理 _r 人学学报， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 增0 1 ) ： 1 3 8 1 4 1 6 1 袁润章 胶凝材 , 9 7 ： M 1 武汉 ： 武汉工 业大学 出版社 ， 1 9 8 0 ： 1 0 3 1 22 c o n s i d e r i n g s e l f - d e s i c c a t i o n a t e a r l y a g e s C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 1 9 9 9， 2 9( 1 2 )： l 9 21 1 92 7 8 】 H A NS E N T C， B O E G H E l a s t i c i t y a n d d r y i n g s h r i n k a g 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 J A C I J o u r n a l ， 1 9 8 5 ， 8 2 ( 5 ) ： 6 4 8 6 5 2 A N E W BUI L Dl NG MAT E RI AL 5 45 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m