再生混凝土抗裂性能影响因素试验研究

□文/马汉英 刘志欣

废弃水泥混凝土的回收利用是建筑环保的一项重要措施，已有的研究成果表明再生混凝土的抗裂性略低于普通混凝土，这影响到再生混凝土的推广应用。为了将废弃混凝土再利用，本文将研究影响再生混凝土抗裂性能各种因素，为提高再生混凝土抗裂性能提供一定的技术途径，从而加快再生混凝土在工程中的循环应用。

试验材料

（1）水泥（C）。采用42.5级普通硅酸盐水泥，密度3.11 t/m3，比表面积 349 m2/kg。

（2）再生骨料（RCA）。取自天津市某建筑废弃的混凝土，原生混凝土的粗骨料为砾石，先经人工破碎成中等尺度的碎块，然后用颗式破碎机破碎成小颗粒并经筛分制成。再生骨料各项基本性能分析和测试结果均满足相关规范要求。

（3）天然粗骨料（NA）。采用天津本地的石灰石质碎石。

（4）砂（S）。天津河砂，级配合格，细度模数MX=2.62，符合要求。

（5）水（W）。采用当地自来水，满足相关指标。

评价指标及试验方法

抗裂性能指标选择

再生混凝土是一种非均质多组分的脆性复合材料，主要由水泥石基体和骨料组成，具有抗压强度高、抗拉强度低的特性。根据现有试验条件，评定混凝土抗裂性的常用指标有拉压比、韧性指数、弹强比等3个。研究表明韧性指数和混凝土的抗裂性能的相关性最大，最能反映出混凝土的抗裂性能。

韧性是材料变形与断裂的综合性质，可定义为材料或结构在荷载作用下到破坏或失效为止吸收能量的性能，韧性指数越大，混凝土的抗裂性能越好。国内外确定混凝土韧性指标的方法主要有能量法、强度法、能量比值法和特征点法4种。最为广泛接受的评价指标是美国材料与试验协会(ASTM)制定的ASTMC1018的韧度指数法。

ASTMC1018韧度指数法属于特征点法，该方法是利用理想弹塑性体作为材料韧性的参考标准，选用峰值应变的倍数作为终点应变，即3、5.5和 25.5倍。见图1。

试验方法

采用100 mm×100 mm×300 mm棱柱试件进行应力-应变曲线试验。利用瑞士大型液压伺服试验机对棱柱体试件进行抗压试验，试件的变形利用标距为200 mm的引伸仪量测，应力由计算机采集得到。应力-应变曲线上升段采用应力加载模式，下降段采用应变加载模式，加载率分别为0.3～0.5 MPa/s和10-4/s，每种加载均对棱柱体试件进行3块试件抗压试验，当发现试验的数据较为离散时，增加混凝土试件的块数。

试验结果

水胶比对再生混凝土抗裂性能的影响

恒定胶凝材料用量400 kg/m3，再生骨料取代率为100%，砂率35%；标准养护28 d，变化水胶比为 0.32、0.35、0.38、0.40和0.45，测定再生混凝土试件的韧性指数，研究水胶比对再生混凝土抗裂性能的影响。试验采用再生混凝土配合比和试验结果见表1和图2。

表1 不同水胶比再生混凝土配合比

图2 水胶比对再生混凝土韧性指数的影响

图2显示，在其他因素不变的条件下，当水胶比＜0.35时，再生混凝土的韧性指数随着水胶比增大而增大；当水胶比从0.35增加至0.45时，再生混凝土的韧性指数随水胶比增大而减小，其韧性指数减小了21.1%。

在一定范围内减小水胶比会提高混凝土的抗裂性能，其机理在于水胶比较低时，水泥石孔隙含量低，干燥失水数量少，混凝土的抗裂性能得到改善。

再生骨料取代率对再生混凝土抗裂性能的影响

恒定胶凝材料用量400 kg/m3，水胶比为0.45，砂率35%；标准养护28 d，变化再生骨料取代率为0%、20%、40%、60%、80%和 100%，测定再生混凝土试件的韧性指数，研究再生骨料取代率对再生混凝土抗裂性能的影响。试验采用再生混凝土配合比和试验结果见表2和图3所示。

表2 不同再生骨料取代率混凝土配合比

图3 骨料取代率对混凝土韧性指数的影响

图3显示，在其他因素不变的条件下，再生混凝土的抗裂性能随再生骨料取代率的增加而降低；当再生骨料取代率从0增大到100%，再生混凝土的韧性指数较普通混凝土减少了26.9%。

尽管再生骨料有较好地粘结面和界面粘结程度，容易与水泥石之间产生较大的粘结强度，但再生骨料自身的一些特性会降低再生混凝土的抗裂性能。

胶凝材料用量对再生混凝土抗裂性能的影响

恒定再生骨料取代率100%，水胶比0.45，砂率35%，标准养护28 d，胶凝材料用量分别为300、350、400、450、500 kg/m3，测定再生混凝土试件的韧性指数，研究胶凝材料用量对再生混凝土抗裂性能的影响规律。试验混凝土配合比与测试结果见表3和图4。

表4 不同凝胶材料用量的混凝土配合比

图4 胶凝材料用量对混凝土韧性指数的影响

图4显示，在其他因素不变的条件下，再生混凝土的抗裂性能随胶凝材料用量的增加而降低；当胶凝材料用量从300 kg/m3增大到500 kg/m3，再生混凝土的韧性指数降低了17.9%。

因混凝土中胶凝材料用量的增加，尤其是水泥用量的增加会提高因水化热带来的内部温升和开裂倾向，会降低再生混凝土的抗裂性。

砂率对再生混凝土抗裂性能的影响

恒定胶凝材料用量400 kg/m3，再生骨料取代率100%，水胶比0.45，标准养护 28 d，砂率分别为32%、33%、34%、35%和36%，测定再生混凝土试件的韧性指数，研究不同砂率对再生混凝土抗裂性能的影响规律。试验混凝土配合比与测试结果见表4和图5。

表4 不同砂率再生混凝土的配合比

图5 不同砂率对混凝土韧性指数的影响

图5显示，在其他因素不变的条件下，再生混凝土的抗裂性能随砂率的增加而降低；当砂率从32%增大到36%，再生混凝土的韧性指数降低了9.1%。

砂率过小时，没有足够的砂浆量填充并包裹石子，易使石子分离、浆体流失，降低混凝土的韧性。反之，砂率过大时，骨料的空隙率和总比表面积增大，在浆量一定的条件下，同样没有足够的浆量填充并包裹骨料，混凝土的韧性也会降低。欲提高再生混凝土的抗裂性能，应选择合适的砂率。

结论

（1）当水胶比＜0.35时，再生混凝上的抗裂性能随水胶比增大而增大，当水胶比从0.35增大至0.45时，再生混凝土的韧性指数减小了21.1%，这主要是因为水胶比影响再生混凝土的结构密度。

（2）再生混凝上的抗裂性能随再生骨料取代率增加而降低，当再生骨料取代率从0增大到100%，再生混凝土的韧性指数减少了27.5%，这主要是因为再生骨料含有大量的水泥砂浆不完全水化导致较大的收缩变形，再生粗骨料的自身特性也使得再生混凝土抗裂性能随再生骨料取代率增加而降低。

（3）再生混凝土的抗裂性能随胶凝材料用量增加而降低，当胶凝材料用量从300 kg/m3增大到500 kg/m3，再生混凝土的韧性指数降低了17.9%，这主要是因为水泥用量的增加会提高因水化热带来的内部温升和开裂倾向。

（4）在一定范围内，随着砂率的增大，再生混凝土抗裂性能降低。这是因为增大砂率会增大混凝土的持水能力，减小泌水速率，容易出现塑性收缩裂缝。

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