C30再生粗骨料混凝土和易性和抗压强度研究

何锦云 ，毛明明

(河北工程大学土木工程学院，河北邯郸056038)

随着我国城市化进程的不断加快，拆除的建筑垃圾占用了大量的土地并形成严重的二次污染［1]，因此废弃混凝土的回收再利用问题成为研究的热点。安新正等［2]利用废弃C25混凝土梁破碎制成的再生粗骨料进行了再生混凝土在海水环境下的腐蚀研究;邢振贤等［3]研究了再生骨料掺量、粉煤灰取代水泥量、粉煤灰超量系数和水灰比对粉煤灰再生混凝土抗压强度的影响。本实验采用正交设计试验方法研究邯郸再生混凝土在不同再生粗骨料取代率、不同水灰比、不同砂率的条件下对C30再生粗骨料混凝土抗压强度及和易性的影响，以期为实际工程应用建筑垃圾骨料提供有益的参考。

1 材料与方法

1.1 原材料

①水泥:选用太行山牌42.5R普通硅酸盐水泥，其各项性能指标及化学成分［4]见表1、表2。

②再生粗骨料:采用砖混结构旧建筑拆卸下来的混凝土块(以碎砖为主)，经人工破碎制成具有连续颗粒级配的再生粗骨料，其物理性能指标［5]见表 3。

③天然骨料:本试验选用邯郸本地产的碎石，其物理性能指标见表3。

④细骨料:选用当地的细砂，其物理性能指标见表4。

⑤水:采用邯郸市饮用自来水。

1.2 试验方法

本试验利用正交设计的方法配制C30混凝土，选取再生粗骨料取代率、水灰比和砂率3个因素，分别以A、B、C来表示，D表示空列，每个因素选取3个水平，即再生粗骨料取代率为0%、30%、60%，水灰比为 0.48、0.5、0.52，砂率为 36%、38%、40%;采用)正交表来安排试验，以抗压强度和坍落度为考核指标，对考核指标进行极差分析，得到因素A、B、C的第1水平所对应的各指标和K1，第2水平 K2，第3水平 K3及 K1、K2、K3的平均值 k1、k2、k3，最后计算极差值 R，从而确定最佳试验方案［6]。另外本试验根据再生粗骨料吸水率大而选用基于自由水灰比之上的配合比设计方法［7]。

2 试验结果与分析

表5为28 d抗压强度与坍落度的试验结果，可以看出再生粗骨料取代率为60%，水灰比为0.48，砂率为40%时，28 d抗压强度为最小，其值为40.5MPa，由此可知配制强度完全能够满足设计要求;当掺加再生粗骨料时，28d抗压强度最大值达到了46.3MPa，已经大大超出了配置强度。

28 d抗压强度与坍落度的极差分析见表6，可以根据R的大小判断出影响28 d抗压强度的主次顺序为A1→B2→C2，即再生粗骨料取代率是影响28 d抗压强度的主要因素，砂率对再生粗骨料混凝土的影响不大，水灰比有一定的影响;还可判断出影响坍落度的主次顺序为A1→B1→C2，即再生粗骨料的取代率和水灰比对混凝土坍落度的影响比较大。

表1 普通硅酸盐水泥的性能指标Tab.1 Properties of ordinary portland cement

表3 粗骨料的性能指标Tab.3 Properties of concrete coarse aggregate

表4 细骨料的性能指标Tab.4 Properties of concrete fine aggregate

表5 28d抗压强度与坍落度试验结果Tab.5 Test results of 28d compressive strength and slump

表6 28d抗压强度与坍落度的极差分析Tab.6 Range analysis of 28d compressive strength and slump

2.1 28 d抗压强度分析

利用极差分析中每个因素的3个强度平均值k1、k2、k3得出再生粗骨料混凝土28 d抗压强度与各因素水平的关系(图1)，可以看出随着再生粗骨料取代率的增加，混凝土的强度有所下降(由于砂率的不同故对强度有一定的影响)，主要是由于再生粗骨料与新旧砂浆之间的粘结力较为薄弱及再生粗骨料孔隙率高，在承受轴向压力时，容易形成应力集中，导致再生混凝土的强度降低。

对于普通混凝土来说，降低水灰比可以提高混凝土的强度，但并非越小越好［8]，而再生混凝土也具有这样的特点，从图1可以看出当水灰比从0.52增加到0.5时，再生混凝土的强度增长较为显著，而当水灰比继续增加至0.48时，抗压强度反而下降，这是由于水分的减少影响了水泥水化反应的充分进行。

图2为再生粗骨料取代率分别为0%、30%、60%时，不同水灰比对28 d抗压强度的影响，可以看出无论再生粗骨料的取代率是0%、30%还是60%，当水灰比为0.5时，再生混凝土的28 d抗压强度均为最大。并且取代率为30%的再生混凝土相较于普通混凝土，28 d抗压强度下降了13.1%，而再生粗骨料取代率为60%时，28 d抗压强度也只下降了13.1%，由此可见当水灰比合适时，再生粗骨料取代率对28 d抗压强度影响不大。

2.2 坍落度分析

利用极差分析中每个因素的3个坍落度平均值k1、k2、k3得出再生粗骨料混凝土坍落度与各因素水平的关系(图3)，可以看出随着再生粗骨料取代率的增加，坍落度呈下降趋势，主要是由于再生粗骨料孔隙率及吸水率均大于天然粗骨料，在相同水灰比的条件下再生粗骨料的取代率越大，再生骨料混凝土的坍落度就越低;同时由于再生粗骨料表面粗糙，棱角众多，增大了拌和物在搅拌与浇筑时的摩擦力，降低了再生粗骨料混凝土的坍落度。从图3还可以看出坍落度随着水灰比的增大而降低，这主要是因为砂率的增大导致粗骨料表面积增大，使混凝土中实际拌合水用量减少，降低了坍落度。

图4为水灰比分别为0.48、0.5、0.52 时，不同再生粗骨料取代率对坍落度的影响，可以看出当水灰比为0.5时，再生粗骨料的取代率从0变化到30%时坍落度减小的不是很明显，而30%－60%则明显下降;而水灰比为0.52时则正好相反，因此当工程对坍落度有要求时应根据实际情况选择再生粗骨料取代率和水灰比。

3 结论

1)再生粗骨料替代天然骨料配制C30混凝土，再生骨料取代率为60%时配制出的混凝土强度略高于40 Mpa，由此可知当再生粗骨料取代率小于60%时，配制强度完全能够满足设计要求。

2)随着再生粗骨料取代率及水灰比的增大，混凝土的抗压强度及和易性均下降。

［1] 肖建庄，李佳彬，兰阳.再生混凝土技术最新研究进展与评述［J] .混凝土，2003(6):17－20.

［2] 安新正，易 成，姜新佩，刘 超.海水环境下再生混凝土的腐蚀研究［J] .河北工程大学学报:自然科学版，2011，28(1):5 －9.

［3] 邢振贤，王晓蕾，赵玉青，胡玉珊.正交设计选择粉煤灰再生混凝土最佳配合比［J] .低温建筑技术，2004(1):4－5.

［4] 田芳，叶 青，章天刚.废弃混凝土磨细粉作水泥混合材的试验研究［J] .河北工程大学学报:自然科学版，2010，27(4):23－25.

［5] 白宪臣.土木工程材料实验［M] .北京:中国建材工业出版社，2009.

［6] 刘文卿.实验设计［M] .北京:清华大学出版社，2005.

［7] 史巍，侯景鹏.再生混凝土技术及其配合比设计方法［J] .建筑技术开发，2001(8):18 －20.

［8] 肖建庄.再生混凝土［M] .北京:中国建材工业出版社，2008.