废弃碎砖骨料再生混凝土配合比设计与早期强度试验.pdf

2 0 1 4年 第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 4 No 4 Ap r i l 废弃碎砖骨料再生混凝土配合比设计与早期强度试验 陈 萌 ， 毕苏萍 ( 郑州大学土木工程学院， 4 5 0 0 0 2 ) 摘要 ：依 照普 通混凝 土配合 比的计 算方法 ，并增加碎砖 骨料经 2 4 h的附加水量 ，对不 同碎 砖 骨料 取代率 ( 0 ， 3 0 ， 5 0 和 1 0 0 ) 的 C2 0 、 C 3 0和 C 4 0再生混凝土进 行 了配合比的设计 ； 随着碎砖 骨料取代率的增 大， 再生混凝 土 的抗压 强度随之减 小， 当碎砖骨料取代 率为 5 0 时 再 生混凝 土的工作性和混凝 土强度 等指标达到最优 ； 以碎砖 骨料取代率 为 5 0 的再生混凝土试验数据为基础 ，回归得 出了不 同强度等级再生混凝土在不 同龄期的抗压强度统 一 计算公式。 关键词 ： 再生混凝土 ； 碎砖 骨料 ； 配合 比设计 ； 抗 压强度 Ab s t r a c t ：Ac c o r d i n g t o t h e mi x c a l c u l a t i o n me t h o d o f n o r ma l c o n c r e t e a n d i n c r e a s i n g t h e a d d i t i o n a l w a t e r o f b ri c k a g g r e g a t e a f t e r 2 4 h ， t h e mi x p r o p o r t i o n s o f C2 0 ，C 3 0 a n d C 4 0 r e c y c l e d c o n c r e t e i n d i f f e r e n t b ric k a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a t i o ( 0 ， 3 0 ， 5 0 a n d 1 0 0 )a r e c a l c u l a t e d Wi t h t h e i n c r e a s i n g o f t h e b ri c k a g g r e g a t e c o n t e n t s ， t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f r e c y c l e d c o n c r e t e d e c r e a s e s W h e n t h e b r i c k a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a t i o i s e q u a l t o 5 0 ， t h e wo r k a b i l i t y a n d t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h c a n a c h i e v e t h e o p t i ma l r e s u l t Ba s e d o n t h e t e s t d a t a o f 5 0 b r i c k a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a t i o ， t h e u n i fi e d c o mp r e s s i v e s t r e n gth c a l c u l a t i o n f o rm u l a i s p r o p o s e d f o r t h e d i f f e r e n t s t r e n gth g r a d e r e c y c l e d c o n c r e t e a t d i f - f e r e n t a g e T h e c a l c u l a t i o n b a s i s i s p r o v i d e d f o r t h e p r e d i c t i o n o f e a r l y c o mp r e s s i v e s t r e n g t h Ke y wo r d s ： Re c y c l e d c o n c r e t e ； B ric k a g g r e g a t e ； Mi x d e s i g n ；C o mp r e s s i v e s t r e n g t h 中图分类号 ： T U 3 7 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 4 8 7 0 3 0前 言 利用建筑废弃物生产的再生混凝土 。 不仅可以 减少天然骨料 的用量 。 而且较好地解决 了建筑垃圾 带来 的污染问题 ， 因此 ， 近年来再生混凝 土成 为结 构工程领域的研究热点。专家学者们针对 以废 旧混 凝 土 作 为 粗 骨 料 的 再 生 混 凝 土 进 行 了大 量 的试 验 及 理 论 研究 ， 取得 了一 定 的研 究 成果 。我 国的 建筑 垃圾 主 要 由三部 分 组成 ：废 旧混 凝 土约 占 1 0 ， 废 土约 占 3 0 ， 废砖 瓦约 占 6 0 。砖混结构拆除产生 的废弃黏土砖数量巨大 ， 如何将其加以有效利用成 为当前亟待解决的问题之一。前期调研 结果表 明， 对废旧碎砖类再生混凝土的研究较少。本研究对碎 砖类粗骨料再生混凝土配合比进行 了设计 ， 并对其 早 期 强 度 进行 了试 验研 究 ， 可 为 再 生混 凝 土 的研究 和发展提供试验依据和背景资料 。 1 废 弃碎砖 粗 骨料 的技 术性 能 试验用 的废弃砖粗 骨料 取 自某砖混结构拆 除 后 的黏土烧结砖 ， 选取其 中几何尺寸较为完整的废 砖测定其抗压强度 ，抗压强度满足 G B 5 1 0 1 -2 0 0 3 烧结普通砖 嘲 中 MU1 0的规定要求。将废砖用颚 基金项 目： 河南省省级新型墙体材料专项基金项 目。 式破碎机破碎成粒径 4 0 m m以下的再生骨料 ，经过 分拣 、 清洗和筛分处理 ， 加工制成碎砖再生粗骨料 。 碎砖再生粗骨料具有以下特征 ： 粒径较大 的骨 料扁平 ， 带有棱角 ， 外形介于碎石和卵石之间 ， 大小 不均匀 ， 骨料的表面 比较粗糙 ， 有较多空隙 ： 粒径较 小的骨料 棱角多 ， 表面粗糙 ， 且带有微裂缝 ， 少部分 骨料表面附着 旧砂浆。 1 1 碎 砖骨 料 的颗粒 级配 依照 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 嘲 规定的取样方式 、 取样数量及试 表 1 碎砖粗骨料 的级配优化 一 8 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 2 1 6期 验方法测定废弃碎砖骨料的颗粒级配 ， 并对骨料进 行二次级配调整 ， 得 到优化骨料颗粒级配 ， 使其 粒 径大小符合标准规定的连续级配要求 ， 见表 1 。 1 2 废弃碎砖骨料的主要技术指标 依照 J G J 5 2 2 0 0 6的规定 ， 测定 了碎砖骨料及 天 然 骨 料 的 表 观 密度 、 堆 积 密 度 、 连 续 级 配松 散 堆 积空隙率 、 吸水率 、 含水率和压碎指标等主要技 术 指标 ， 测 试结 果见 表 2 。 表 2 碎砖骨料与天然骨料的主要技术性能 2碎砖 骨料 再 生混凝 土 的配合 比设计 对 C 2 0 、 C 3 0和 C 4 0三个强度等级 的天然骨料 混凝 土和废弃碎砖骨料再生混凝土进行 了配合 比 设计。二种骨料的 C 2 0和 C 3 0混凝土所用水泥均为 3 2 5级水 泥 ， C 4 0混凝 土所 用 的水 泥均 为 4 2 。 5级 水 泥 ， 水 泥 的密 度 为 3 1 g c m ； 选 用 的 砂 为 中砂 ， 级 配 合格 ， 表观密度为 2 6 4 0 k m ， 含水率 l ； 天然骨料 为 碎 石 ，粒 径 5 3 1 5 m m， 级 配 合 格 表 观 密 度 2 78 1 kg m。 。 对应于每种强度等级 的再生混凝土 ， 碎砖骨料 的取代率分别为 O、 3 0 、 5 0 和 1 0 0 。依照普通混 凝土配合 比设计方法进行配合 比设计 。 考虑到碎砖 骨 料 吸水 率 大 的因 素 ， 除 了按 照普 通 混凝 土 配 合 比 设计 计 算 的 自由水量 之 外 另外 增 加 了 碎砖 骨 料经 2 4 h的附加 水量 ， 如 表 3所 示 。 3 不 同取 代率 再 生混凝 土的 立方体 抗压 强度 3 1 立方 体抗 压强 度 随龄 期 的变化 规律 按照不同的碎砖骨料取代率 ， 对 3种不 同强度 等级的混凝土试件 ( 1 0 0 mm x 1 0 0 m mx 1 0 0 m m) 分别测 定 了 3 d、 7 d 、 1 4 d和 2 8 d龄期 的立方体抗压强度 ， 试 件共 4 8组 ， 每组 3个 ， 共计 1 4 4个 。试验时连续均 匀 加 荷 ， C 2 0混 凝 土 试 件 的 加 荷 速 度 为 0 - 3 0 5 MP a s ： C 4 0和 C 6 0混 凝 土试 件 的 加 荷 速 度 为 0 5 0 8 MP a s ， 试 验结 果见 表 4和 图 1 _ 8 】 。 表 4碎砖 骨料 再生 混凝 土的立方体抗压强度 MP a 鼎 最 0 5 l 0 1 5 2 O 2 5 3 O 龄期， d 图 l 再生混凝土抗压强度 阴龄期的变化情况 表 3 碎砖骨料再生混凝土 的配合 比设计 k g m 注 ： C 2 0 WI O 0表示 C 2 0强度 等级 ， 碎砖骨料替代率为 t 0 0 的再生混凝土 ， 以此类推。 一 8 8一 由 表 4和 图 l可 见 ， C 2 0、 C 3 0和 C 4 0不 同取 代 率( 0 、 3 O 、 5 0 和 1 0 0 ) 的再 生 混 凝 土 立 方 体 抗 压 强度 均 随 龄 期 的增 长 而 增 大 ，前 7 d强度增长速率较 快 ； 7 d以后 逐渐 变缓 。随着 强度等级的增加 ， 后期强度 下降显著 ， 这主要是试件后 期 强 度 取 决 于 骨 料 强 度 的 原 因 比较 某一强度 等级再 生混凝土在 给定龄期 的立 方体抗压强度可以得出 ， 随 着碎砖骨料取代率 的增大 ， 如 如 加 m O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 陈 萌 ， 毕苏萍 废弃碎砖骨料再生混凝土配合比设计与早期强度试验 相应 的抗压强度随之减小 。在 2 8 d龄期 ， 取代率为 1 0 0 的 C 2 0 、 C 3 0和 C 4 0再生混凝土的抗压强度分 别 为 2 1 9 MP a 、 3 0 6 MP a和 3 8 7 MP a ， C 4 0再生 混凝 土未达到强度要求 。 在 2 8 d龄 期 ，取代 率为 3 O 、 5 0 和 1 0 0 的 C 2 0再生混凝土强度分别 比取代率为 0的普通混凝 土强度下降了 1 0 、 5 和 1 9 ， 表 明用 5 0 碎砖骨 料取代天然骨料制备 的混凝土能较好满足强度要 求 。C 3 0和 C 4 0碎砖骨料混凝 土强度变化规律 同 C 2 0 ， 均为 5 0 取代率时能较好满足要求 9 - - 。 3 2 早龄期再生混凝土抗压强度经验公式 选 取 表 4中碎 砖 取 代 率 为 5 0 再 生 混 凝 土 的 试 验数据 ， 以龄 期为 自变量 ， 某一龄期 与 2 8 d龄期 抗压 强 度 之 比为 因 变量 ， 回归 得 出 C 2 0 、 C 3 0和 C 4 0 再生混凝土的抗压强度经验公式 ， 如式( 1 ) 一 式 ( 3 ) 所 示 l l l 。 C 2 0再 生混 凝 土 的抗 压 强度 经验公 式 为 ： ( ) u 2 8 d =0 2 5 3 6 1 n ( t ) + 0 1 6 9 9 ( 1 ) C 3 0再生混凝土的抗压强度经验公式为 ： ( ) =0 2 2 6 1 I n ( t ) + 0 2 6 5 3 ( 2 ) C 4 0再 生混 凝 土 的抗 压 强度 经验公 式 为 ： ( ) =0 2 1 0 6 I n ( t ) + 0 3 1 2 2 ( 3 ) 式 中 ， ( ) 为某一龄期的抗压强度 ， MP a ； 为 2 8 d龄期抗压强度 ， MP a ； t 为龄期 ， t 2 8 d 。 上述三式均满足 y + B的线性方程形 式 y = ( ) ， X= l n ( ) 。从 C 2 0到 C 4 0 ， 系数 A从 0 2 5 3 6 、 0 2 2 6 1减 小 到 0 2 1 0 6 ；而 B则 从 0 1 6 9 9 、 0 2 6 5 3增大到 0 3 1 2 2 ， A与 B分别与混凝 土抗压强 度存在着相关关系， 经 回归得 到以下公式 ： A =0 3 0 4 6 - 0 0 0 2 1 u 2 8 d ( 4 ) B=0 0 0 3 2 + 0 0 0 6 9 fi ( 5 ) 将式 ( 4 ) 和式 ( 5 ) 代入 Y = A X+ B中， 可得到不同 强 度 等 级再 生 混凝 土 在 不 同 龄 期 的抗 压 强 度 统 一 计算公式： f c ( ) u 2 M= ( 0 3 0 4 6 0 0 0 2 u 2 8 d ) l n ( t ) + 0 0 0 3 2 + 0 0 0 6 9 f 捌 ( 6 ) 在实际工程计算中 ， 可取为再生混凝 土立 方体抗压强度标准值f c 越( MP a ) 。 把表 4中不 同强度等级废弃碎砖再 生混凝土 的 2 8 d抗 压强度代人到 ( 6 ) 式 ， 得 到不 同强度等级 混凝土各相应龄期 的抗压强度计 算值 ， 将计算值与 表 4中相应龄期 的试验值相 比较 ， 经数理统计计算 可得 ： 试验值与计算值之 比的平均值 t x = 1 0 1 2 ， 标准 方差 c r = 0 0 6 7 ，变异系数 8 = O 0 6 8 ，试验样本数 n = 3 6 4结 论 ( 1 ) 对不同碎砖骨料取代率 ( 0 、 3 0 、 5 0 和 1 0 0 ) 的 C 2 0 、 C 3 0和 C 4 0再生混凝土进行 了配合 比设 计 ， 与 同配合 比的天然骨料混凝土相 比表 明， 随着 碎砖骨料取代率的增大 ， 再生混凝土的抗压强度减 小 ；当碎砖骨料取代率为 5 0 时 ， 2 8 d龄期的 C 2 0 、 C 3 0和 C 4 0混凝土 的抗 压强度分别 达到2 4 7 MP a ， 3 3 1 MP a和 4 4 7 MP a ，工 作性 和混 凝 土强 度等 指标 达到最优。 ( 2 ) 以碎砖骨料取代率为 5 O 的再生混凝土试 验数据为基础 ， 回归得 出的不同强度等级再生混凝 土在 不 同龄 期 的 抗压 强 度统 一 计算 公 式 ， 可 为 再 生 混凝土抗压强度的早期预测提供计算依据。 参 考文献 ： 【 1 】 宗兰 ， 余倩 ， 张士萍 碎砖类骨料再生混凝土的力学性能研 究【 J J 混凝土， 2 0 1 3 ( 6 ) ： 5 2 5 4 【 2 】K a t r i n a Mc N e i l ， T h o ma s H - KK a n g R e c y c l e d C o n c r e t e A g g r e g a t e s ：A R e v i e w J I n t e r n a t i o n a l J o u rna l o f C o n c r e t e S t r u c t u r e s a n d a t e r i a l s ， 2 0 1 3 ， 7 ( 1 ) ： 6 1 - 6 9 3 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 ( 1 ) ： 7 9 4 邓寿 昌， 罗冠祥 混凝 土配 合 比设计 与再生混凝土配 合 比 设计 方法 的 比较 与分析 J 惠州 学院学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 1 ( 6 ) ：9 - 1 8 【 5 中华人民共 和国质量监督检验检疫总局， 中 国国家标准化 管 理委 员会 G B 5 1 0 1 -2 0 0 3烧 结普 通砖 【 S 1 北京 ： 中国标 准 出 版社 2 0 0 3 【 6 】中华 人 民共 和 国建设部 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 】 北京： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 6 【 7 】 宗 兰 ， 余倩 ， 张士 萍 碎砖 类骨料再 生混 凝土的配合比设计 研究 J 】 混凝土， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 1 1 3 1 1 5 【 8 中华 人 民共 和 国建 设部 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2普通 混凝 土 力学性 能试验标 准方法【 S 】 北京： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 2 【 9 陈萌 ， 刘立新 ， 彭少 民 预拌混 凝土各龄 期抗 拉和抗压强度 换算关系试验研究 J 】 建筑结构， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 2 ) ： 1 0 9 一 l 1 1 1 0 】 A r s h a d A K h a n ， Wi l l i a m D C o o k ， a n d D e n i s Mi t h e l 1 E a r l y a g e s t e n s i l e s t r e n g t h o f l o w，me d i u m，a n d h i g h s t r e n g t h c o n e r e t e s a t e a r l y a g e s J A C I Ma t e ri a l J o u rna l ，1 9 9 5 ( 9 - 1 0 ) ： 4 8 7 - 4 93 【 1 1 陈萌 ， 张兴 昌 商 品混凝 土早期强度 随龄期增长规律 的试 验研究【 J J 建筑科学， 2 0 0 7 ， 2 3 ( 9 ) ： 6 2 - 6 5 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 2 - 2 4 作者简 介 ： 陈萌 ( 1 9 6 9 ) ， 女 ， 教授 、 博士 。 通 讯地 址 ： 郑州市文化路 9 7号郑州大学 土木工程学 院 联 系电话 ： 1 3 6 2 3 7 1 3 9 6 5 E mai l ： 1 6 3 8 2 0 3 1 6 9 q q c o m 一 8 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m