袁继峰,王卫,陆永涛
(南京理工大学泰州科技学院土木工程学院,江苏泰州225300)
水胶比和再生粗骨料取代率对再生混凝土强度影响的试验研究
袁继峰,王卫,陆永涛
(南京理工大学泰州科技学院土木工程学院,江苏泰州225300)
为了更好地掌握再生混凝土强度变化规律,利用废弃混凝土试块作为再生粗骨料原料,依据水胶比和再生粗骨料取代率不同配制了15组共计75个再生混凝土试块进行试验对比分析。试验结果表明:再生混凝土破坏过程和破坏形态与普通混凝土基本一致,但相对于普通混凝土来说,再生混凝土的基本力学性能较差。再生混凝土抗压强度随水胶比增大而降低,再生粗骨料取代率的增加会对再生混凝土的基本力学性能产生不利影响。
再生混凝土;抗压强度;水胶比;再生粗骨料取代率
改革开放30多年来,我国步入城市化快速发展阶段,而与之伴生的环境问题、资源问题等已成为制约我国城市健康发展的顽疾。在这之中,由于建筑物拆除、改建、装修产生的建筑垃圾,既带来环境破坏又耗费大量资源[1]。对废弃混凝土进行再生循环利用不仅可以减少资源的浪费,更有利于推动建筑行业可持续性发展[2]。然而相对于普通混凝土而言,影响再生混凝土强度的因素较为复杂,必须加以重视。
近年来,我国许多学者已经开展该领域的研究[3-4],并取得一定的成果,但相关研究仍缺乏系统性和全面性。本文主要基于不同水胶比和粗骨料取代率,研究其对混凝土抗压强度影响的规律,以便为再生混凝土的研究及应用提供一定的借鉴。
1.1 原材料
(1)水泥采取泰州杨湾海螺水泥有限责任公司生产的32.5号普通硅酸盐水泥。
(2)天然骨料:砂采取泰州市凤城河天然砂,中砂;天然碎石采用泰州市凤城河的人工碎石,连续级配,粒径4.75~19mm。
(3)再生粗骨料:采用泰州市同一建设工程质量检测有限公司提供的废弃混凝土试块(图1)人工破碎筛分而成,原废弃混凝土试块强度等级均为C30。破碎筛分后的再生粗骨料见图2所示。根据《普通混凝土用砂石质量及检验方法标准》,测试了粗骨料的基本性能,见表1。
1.2 试验方案
图1 待破碎废混凝土试块
图2 再生粗骨料筛分
表1 粗骨料的基本性能
为了更好掌握再生混凝土强度变化规律,分别以水胶比为0.45、0.55、0.65,再生粗骨料取代率为0%、25%、50%、75%、100%分组制作再生粗骨料混凝土试块,每组试块数为5件,尺寸均为150mm×150mm×150mm。本次试验的试块制作养护参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080-2002,采用HJW-60卧式混凝土搅拌机搅拌,人工振实,在标准养护条件下养护至28d进行试验。所有试件均为一批浇筑完成,混凝土抗压强度的测定严格遵循《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002进行。
1.3 配合比设计
再生混凝土的配合比设计考虑了再生粗骨料较高的吸水性能,参照邓寿昌、罗冠祥的研究[5],引入附加水补偿再生粗骨料的吸水量,并控制用水增加量不超过5%。本文采用的再生混凝土的配合比详见表2。表2中1、2、3分别代表水胶比为0.45、0.55、0.65;R0、R25、R50、R75、R100分别代表再生粗骨料取代率为0%、25%、50%、75%、100%。
表2 再生混凝土的配合比设计
1.4 试验过程
对多组再生混凝土试块的抗压试验过程观察发现,再生混凝土试件的破坏形式与原生混凝土试件是基本相似的。本试验中试验机的承压板上不涂润滑剂,混凝土的横向变形受到摩擦阻力,形成套箍作用。试件刚开始加载阶段,表面并没有出现裂缝,随着荷载的增加,试件开始出现了裂缝(见图3-a所示)。裂缝首先是在试件的侧表层出现的,随后逐步扩大,中部裂缝基本处于垂直方向,并沿斜向上和斜向下大约成45°的方向发展。继续增加荷载,试件达到所能承受的最大压力,此时的试块达到极限应力状态,试验机的压力值不再增加,而是降低,试件的承载能力迅速下降,变形增大,直至破坏。试验表明,无论再生粗骨料取代率的大小为多少,再生混凝土立方体试块最终的破坏形态均为正倒相连的四角锥(见图3-b所示)。
图3 再生混凝土试验过程
2.1 水胶比对再生混凝土抗压强度的影响
水胶比是影响混凝土抗压强度最基本的因素,对于普通混凝土,混凝土强度的抗压强度与水灰比成反比关系。邓旭华研究了再生粗骨料取代率100%情况下水胶比变化对再生混凝土抗压强度影响趋势[6],本次研究将综合分析不同粗骨料取代率下水胶比对混凝土抗压强度的影响。对实验数据进行记录、整理、分析,得到不同粗骨料取代率水胶比与再生混凝土抗压强度的关系,见图4所示。
图4 水胶比与再生混凝土抗压强度关系
由图4发现,再生混凝土立方体抗压强度随着水胶比的增大而逐渐降低,与普通混凝土相似。但通过对各粗骨料取代率下运用线性拟合分析水胶比的影响时,发现水胶比的影响呈现不同趋势。在水胶比从0.45增至0.55时,取代率为0%、25%、50%,再生混凝土立方体抗压强度呈现出规律性的降低,线性斜率是呈现出一定的规律即斜率是逐渐增大,但在取代率75%时强度降低较大,在100%时,甚至出现一定的增加,表现出极其不稳定的一面;在水胶比由0.55增至0.65时,从整个抗压强度值的表现来看,总体上呈现出比较平稳的波动,但在取代率100%时,还是出现较大的增加幅度,在一定程度上存在不稳定的一面。可见水胶比对于再生粗骨料取代率为75%、100%两种再生混凝土立方体抗压强度的波动还是比较明显的,但对于取代率低于50%的再生混凝土立方体抗压强度呈现出规律性的波动,这一现象对于今后再生混凝土力学性能方面的研究具有借鉴作用。
2.2 再生粗骨料取代率对再生混凝土抗压强度的影响
Mandal和Gupta的试验得出再生混凝土强度均低于普通混凝土,平均降低15%[7],但Ridzuan的试验发现,再生混凝土强度较普通混凝土高2%~20%[8]。为了更好地研究再生混凝土的性能,基于不同再生粗骨料取代率分析再生混凝土抗压强度。对实验数据进行记录、整理、分析,得到不同粗骨料取代率水胶比与再生混凝土抗压强度的关系,见图5所示。
图5 再生骨料取代率与再生混凝土抗压强度关系
从图5中可以看出,在水胶比为0.45、0.55时,再生混凝土取代率为0%时(普通混凝土),抗压强度是最高的,在水胶比为0.65,取代率为75%时,是本次试验唯一再生混凝土强度高于同等条件的普通混凝土。当再生粗骨料取代率由0%增至25%时,三个水胶比情况下的抗压强度值均呈现明显下降趋势;当增加到取代率增至50%、75%时,均呈现上升趋势。对于再生粗骨料取代率25%至75%这一阶段,再生粗骨料立方体抗压强度随再生粗骨料取代率的增加而增加这一现象,这可能是因为再生粗骨料表面的粗糙程度较天然骨料大,且再生粗骨料表面包裹着水泥砂浆导致界面结合得到一定加强。
从图5中可知,这个上升趋势在再生粗骨料取代率为75%以内是适用的,但再生粗骨料增加至100%时,在水胶比为0.45的立方体抗压强度呈现出继续上升趋势,但水胶比为0.55和0.65时均呈现出下降的趋势。对于取代率为100%表现出的这种性质有待进一步的研究。
进一步分析再生粗骨料取代率对再生混凝土立方体抗压强度影响程度,以R0组(再生粗骨料取代率为0%,即为普通混凝土)混凝土为基本组进行对比分析,详见表3所示。
表3 再生混凝土立方体抗压强度降低率(%)
从表3可以看出,在与R0组相比,再生粗骨料取代率对再生混凝土立方体抗压强度影响降低率最高为17.45%,这一结论Mandal和Gupta的试验结论较为相似,再生混凝土抗压强度降低主要问题在再生粗骨料中天然骨料与老旧砂浆之间以及再生粗骨料与新砂浆之间形成较为薄弱的界面过渡区,影响了混凝土的强度。
(1)从再生混凝土试块的抗压强度试验中可看出,再生混凝土试件的破坏断面主要集中在粗骨料的界面,试验中发现有少许粗骨料被劈开的情况,但从整个破坏形态来看,再生混凝土试件的破坏基本上是骨料和砂浆结合面的断裂导致的破坏。
(2)水胶比对再生混凝土的影响规律类似于普通混凝土,尤其是取代率50%以下时具有较好的稳定性。但对于粗骨料取代率为75%、100%时,当水胶比大于0.55时,再生混凝土的抗压强度表现出极其不稳定的一面。
(3)粗骨料取代率对再生混凝土强度影响较大,再生粗骨料中天然骨料与老旧砂浆之间以及再生粗骨料与新砂浆之间形成较为薄弱的界面过渡区,导致再生混凝土强度普遍低于普通混凝土,这点在再生混凝土为25%和50%表现较为明显。从试验的结果发现在再生粗骨料取代率为100%时,随水胶比的增大出现两种截然相反的趋势。
(4)在本试验中,原生混凝土的来源比较单一,强度等级以C30为主,但在实际工程中,再生粗骨料的来源比较复杂,其性能也不尽相同,这也就给再生混凝土的研究增添了很大的难点,对于再生粗骨料的不同来源有待进一步的研究。
[1]肖建庄.再生混凝土[M].北京:中国建筑工业出版社. 2008:2-4.
[2]贾淑明,赵永花,姚旭.再生混凝土技术的发展及应用[J].中国建材科技,2013(1):22-26.
[3]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,2011,31(3):9-18.
[4]刘金海.再生粗骨料混凝土力学性能影响因素实验研究[D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2011.
[5]肖建庄,李佳彬,孙振平.再生混凝土的抗压强度研究[J].上海:同济大学学报,2004,32(12):1558-1561.
[6]邓旭华.水灰比对再生混凝土强度影响的试验研究[J].混凝土,2005(2):46-48.
[7]Mandal S,Gupta A.Strength and durability of recycled aggregate concrete[A].IABSE Symposium Melbourne[C],Melbourne,Australia,2002.
[8]Ridzuan A R M et al.The influence of recycled aggregate concrete on the early compressive strength and drying shrinkage of concrete[A].Proceeding of the International Conference on Structural Engineering,Mechanics and Computation[C].Cape Town,South Africa,2001:1415-1421.
责任编辑:孙苏
Study on Impacts of Water Cement Ratio and RCA Replacement Ratio on Recycled Concrete Strength
To better masterthe changing law ofrecycled concrete strength,some abandoned concrete blocks are used as RCA to produce 75 recycled concrete blocks in 15 groups with differentwater cement ratios and RCA replacement ratios for study and analysis.The study shows that recycled concrete shares the same failure process and failure form with ordinary concrete,but has poor basic mechanicalproperties compared with ordinary concrete.The compressive strength of recycled concrete weakens with the increase of water cement ratio.Besides,the increase of RCA replacementratio has negative impacton the basic mechanicalproperties of recycled concrete.
recycled concrete;compression strength;watercementratio;RCA replacementratio
TU528
A
1671-9107(2014)10-0053-03
10.3969/j.issn.1671-9107.2014.10.053
2014-09-17
袁继峰(1980-),男,湖北荆州人,研究生,讲师,主要从事工程结构基本理论及应用的研究,材料性能分析。