再生混凝土配合比设计

■陈晋华

(福建船政交通职业学院建筑工程系，福州　350007)



再生混凝土配合比设计

■陈晋华

(福建船政交通职业学院建筑工程系，福州350007)

摘要对再生骨料及再生混凝土进行一系列的力学性能试验，分析比较再生混凝土配合比的三个因素：水胶比、再生骨料取代率、活性掺合料对再生混凝土强度的影响，对普通混凝土的鲍罗米公式进行修正，得到再生混凝土的鲍罗米公式，为再生混凝土配合比设计提供依据，为再生混凝土的实际应用提供参考。

关键词再生混凝土水胶比再生骨料取代率混凝土配合比

再生混凝土配合比设计的任务就是要确定能获得预期性能而又经济的混凝土各组成材料的用量。它与普通混凝土配合比设计的目的是相同的，即在保证结构安全使用的前提下，力求达到便于施工与经济节约的要求。通过课题大量试验表明：再生粗集料的基本性能与天然粗集料有很大差异，如：表面粗糙、孔隙率大、吸水率大、表观密度低、压碎指标值高等。考虑再生粗集料本身的特点，进行再生混凝土的配合比设计时应满足以下几个要求：

(1)满足结构设计要求的再生混凝土强度等级

再生混凝土抗压强度稍低于相同配合比的普通混凝土，为了达到相同强度等级，其水胶比应较普通混凝土有所降低。

(2)满足施工和易性、节约水泥和降低成本要求

由于再生粗集料的孔隙率和含泥量较高以及表面的粗糙性，要满足与普通混凝土同等和易性的要求，则单位混凝土的水泥用量往往比普通混凝土多。因此，在再生混凝土配合比设计中必须尽可能节约水泥，降低成本。

(3)保证混凝土的变形性能和耐久性能符合使用要求

再生粗集料的吸水率较高、弹性模量低、再生粗集料中存在天然集料与老砂浆之间的界面等，给再生混凝土的某些变形性能和耐久性能带来不利影响。所以，在配合比设计时，必须注意充分考虑适用和耐久性的要求。

1　原材料

(1)胶凝材料

水泥是建筑工程中应用最广的一种胶凝材料。水泥加水后形成水泥浆，可赋予再生混凝土拌和物必要的和易性，满足施工的要求。水泥浆不仅自身能硬化，而且还能将粗细集料粘结在一起，使再生混凝土具有一定的机械强度。不仅如此，硬化的水泥浆即水泥石，还影响到再生混凝土的变形性能和耐久性能。

和普通混凝土一样，适用于普通混凝土的水泥品种，同样也可用于再生混凝土，但其性能必须符合相应的标准。

(2)再生集料

我国再生集料来源复杂，因而性能差异大，由于再生细集料吸水率大且会大大降低混凝土的力学性能和耐久性能，因而实际工程中一般都不使用再生细集料。

由于集料全部采用再生集料对混凝土性能影响较大，一般需用一部分天然粗集料，而细集料全部采用普通砂。普通砂各项技术指标必须符合规范要求。

(3)掺和料

掺入一定比例的无机矿物磨细粉料，如粉煤灰、硅灰、矿渣粉等，这在普通混凝土中已得到较普遍的应用。试验和工程实践表明，这些掺和料同样也适用于再生混凝土，其中应用最多的是粉煤灰。再生混凝土矿物掺和料应符合国家标准规定的要求。

再生混凝土中加入粉煤灰，可以显著改善混凝土拌和物的和易性，减少水泥用量，提高混凝土的强度并改善其耐久性能，受到很好的技术经济效果。

用于再生混凝土的粉煤灰掺量、取代水泥率、配合比设计方法等，可参考普通混凝土和轻集料混凝土的相应规程。

(4)化学外加剂

化学外加剂在普通混凝土中的应用很普遍，国内外的研究和工程实践表明，在再生混凝土中加入化学外加剂同样效果良好。化学外加剂的质量指标必须符合相应标准。

2　设计思路

普通混凝土的配合比设计取决于水灰比、用水量和砂率三个参数，根据混凝土配制强度和水泥实际强度，由鲍罗米公式计算得到水灰比，由坍落度及集料最大粒径确定用水量，选择适宜的砂率，确定砂石用量，再经过试配和调整完成混凝土的配合比。再生混凝土由于所用集料的孔隙率和吸水率高，不能直接用鲍罗米强度公式作进行配合比设计，需要对鲍罗米强度公式进行修正部分参数，并最终通过试验的方法来确定各组成材料的用量。

3　设计方法

(1)试配强度的确定

再生混凝土的强度受很多因素影响，每种材料的性能及搅拌、运输、成型和养护工艺等施工条件中的不确定性，都可能引起其强度的波动。因此，在设计再生混凝土的配合比时，必须考虑其可能产生的偏差(用标准差表示)，保证实验室配制出的混凝土强度在一定范围内高出设计强度，即要求试配强度具有保证率。

fcu,o——再生混凝土试配强度(MPa)；

fcu,k——再生混凝土立方体抗压强度标准值(MPa)；

σ——再生混凝土强度的总体标准差(MPa)；

当施工单位具有近期的同一品种混凝土资料时，σ可参考选用样本标准差；当施工单位没有历史统计资料时，σ参考表1选用。

表1　σ取值表(MPa)

(2)初步确定水灰比和用水量

由于再生集料的吸水率较大，且不同来源再生集料的吸水率差别也较大。所以在再生混凝土配合比设计中水灰比一般都用净用水量与净水灰比表示。

(W/C)′=Afce/(fcu,o+ABfce)式中，(W/C)′——参考用净水灰比；

A、B——回归系数,根据普通混凝土配合比设计规程取值为0.46、0.07；

fce——水泥28d抗压强度实测值(MPa)。

fce=rc×fce,g,

式中，rc——水泥富余系数，按实际统计资料确定；

fce,g——水泥强度等级。

考虑到再生混凝土的力学及耐久性能较普通混凝土低，进行配合比设计时适当调低由上式得出参考净水灰比0.01～0.05(其中再生粗集料取代率较大时，水灰比降低应取较大值)，依次作为最终的净水灰比W/C。

根据施工要求的坍落度和粗集料的最大粒径确定混凝土的参考用水量，并在此基础上增加5％作为最终的净用水量(mwn)，每立方米再生混凝土的净用水量可以根据表2确定。

表2　再生混凝土的净用水量(kg/m3)

根据实测的再生粗集料吸水率，求出每立方米再生混凝土的附加水量(mwa)，净用水量与附加水量之和为每立方米再生混凝土的总用水量(mwt)即：

mwt——每立方米再生混凝土的总用水量(kg);

mwn——每立方米再生混凝土的净用水量(kg);

mwa——每立方米再生混凝土的附加用水量(kg);

mg——每立方米再生混凝土的粗集料用量(kg);

wwg——再生粗集料的吸水率(％)；

r——再生粗集料的取代率(％)。

(3)计算每立方米再生混凝土的水泥用量

根据已确定的净水灰比(W/C)′和选用的单位净水量(mwn)，可计算出水泥用量(mc)。

(4)选取合理的砂率sp

根据粗集料的最大粒径和净水灰比，根据表3选择适宜的砂率。

表3　再生混凝土的砂率(％)

(5)计算粗细集料的用量(mg)和(ms)

根据已确定的净用水量、水泥用量、砂率，用体积法求得粗、细集料的用量。按下式计算：

式中，mc、mg、ms、mwn分别表示每立方

米再生混凝土的水泥、粗集料、细集料用量和净用水量;

ρc、ρg、ρs、ρw——分别表示水泥、粗集料、细集料和水的密度(kg/m3)，根据标准规定方法测定;

α——再生混凝土含气量百分数，不使用引气剂时，α取1％。

(6)配合比试配、调整与确定

以上是基于强度要求的配合比设计，还应该符合耐久性、均匀性、和易性及经济性要求，根据工程对混凝土的具体性能要求，调整合适的原材料比例，设计出经济、质优的混凝土。

4　结束语

再生混凝土配合比设计与普通混凝土配合比设计的主要区别在于应考虑在普通混凝土水灰比基础上增加再生骨料的附加水量，利用文中提出的再生混凝土附加水量的计算公式，重新计算影响再生混凝土强度的净水灰比(W/C)’，就可按普通混凝土的计算程序建立再生混凝土配合比设计的新方法，通过实验验证，证明对这一新方法是可以应用于再生混凝土的配合比的设计，并有很高的准确性及可靠度。

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基金项目：福建省教育厅科研基金资助项目(JB14150)