不同吸水率粗骨料对混凝土强度和干燥收缩性能的影响

崔正龙，李 静

(辽宁工程技术大学建筑工程学院,阜新 123000)



不同吸水率粗骨料对混凝土强度和干燥收缩性能的影响

崔正龙，李 静

(辽宁工程技术大学建筑工程学院,阜新 123000)

试验以不同吸水率粗骨料(天然碎石、再生骨料、煤矸石骨料)配制C20、C30混凝土，对不同吸水率粗骨料混凝土抗压强度及抵抗干燥收缩性能进行基础性试验研究，阐明不同吸水率粗骨料所保有的水分对混凝土强度及干燥收缩性能的影响。试验结果表明，随着养护龄期的增加，不同吸水率、不同强度等级混凝土的抗压强度也随之增加；和天然混凝土对比分析来看，再生粗骨料混凝土与自燃煤矸石粗骨料混凝土的强度略有下降。当混凝土强度等级相同时，在7 d以内相对较短干燥收缩龄期时内吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收缩长度变化率反而最小，再生粗骨料混凝土试件次之，普通混凝土试件的干燥收缩率最大；但7 d以后随着干燥收缩龄期的增加，吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收缩长度变化率却最大，所对应的质量损失率也会加大。

再生粗骨料； 煤矸石粗骨料； 强度； 干燥收缩

1 引 言

在混凝土表面形成的裂缝不仅影响建筑物美观，还会使结构内部深度进水，导致钢筋锈蚀，最终会降低建筑物的耐久性能[1-4]。其中，混凝土产生裂缝的重要因素之一是干燥收缩。混凝土产生干燥收缩的主要原因在于，随着水泥水化反应的进展，混凝土内部微细孔的体积变化及孔隙内部存在的凝胶水的逸散所致。相反，约束混凝土干缩的因素为粗骨料的体积率及弹性模量，但粗骨料因吸水对混凝土干燥收缩的影响仍不明确[5-7]。

试验以不同吸水率粗骨料(天然碎石、再生骨料、煤矸石骨料)配制C20、C30混凝土，对不同吸水率粗骨料混凝土抗压强度及抵抗干燥收缩性能进行基础性试验研究，阐明不同吸水率粗骨料所保有的水分对混凝土强度及干燥收缩性能的影响。

2 试 验

2.1 试验原材料与配比

2.1.1 制备再生粗骨料与煤矸石粗骨料

再生粗骨料出处为某市政工程混凝土结构大厦拆迁时发生的废弃混凝土。煤矸石选用阜新海州矿排放出的自燃煤矸石，其化学成分由表1所示。这些固体废弃物在现场简单清理后在实验室用破碎机进行二次处理，经过粒度调整、筛分、组配后制备5～25 mm粒径再生粗骨料及自燃煤矸石粗骨料。对比用天然粗骨料选用5～25 mm粒径玄武岩类碎石，级配满足规范要求。表1所示所制备的最终再生骨料、自燃煤矸石骨料与天然骨料的基本物理和力学性能。图1所示天然粗骨料、再生粗骨料及自燃煤矸石粗骨料的照片。

表1 自燃煤矸石化学成分Tab.1 The chemical composition of spontaneous combustion of coal gangue /%

表2 粗、细骨料的基本性质Tab.2 Basic properties of coarse and fine aggregates

图1 天然骨料(a)、再生骨料(b)及自燃煤矸石粗骨料(c)照片Fig.1 Photo of the natural aggregate and recycled aggregate and spontaneous combustion gangue coarse aggregate

2.1.2 其它材料

水泥选用唐山产P.O42.5普通硅酸盐水泥；细骨料使用天然河沙，洁净，级配良好；减水剂使用聚羧酸系高性能减水剂(水泥质量的0.6%)；水为常用自来水。

2.1.3 试验混凝土配比

试验以不同吸水率粗骨料(天然碎石、再生骨料、煤矸石骨料)配制C20、C30混凝土。包括对比用普通混凝土共制作3组试件。考虑到再生骨料及自燃煤矸石骨料吸水率超出一般范围，在预拌混凝土时提前使其吸水，处于饱和面干状态，在拌合混凝土时不至于影响新拌混凝土的和易性能，配制时混凝土拌合物坍落度控制在80±100 mm。

混凝土各试名如下件命：C20再生混凝土试件命名为C20-RN，C30再生混凝土试件命名为C30-RN；C20自燃煤矸石混凝土试件命名为C20-GN，C20普通混凝土试件命名为C20-NN。其它试件类推。表3所示不同类型混凝土的配合比。

表3 混凝土的配比Tab.3 Mix proportion of concrete

2.2 混凝土强度试验

再生混凝土、自燃煤矸石混凝土以及普通混凝土的抗压强度试验是根据GB/T 50081-2002[普通混凝土力学性能试验方法标准][8]进行。当混凝土养护龄期达到7 d、28 d、60 d时对再生混凝土、自燃煤矸石混凝土及普通混凝土的抗压强度进行检测。

图2 不同吸水率粗骨料混凝土抗压强度Fig.2 Compressive strength of coarse aggregate concrete with different water absorption

2.3 混凝土试件干缩试验

不同吸水率粗骨料混凝土在不同强度等级(C20、C30混凝土)时的自由干燥收缩试验采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》[9]中的接触法，混凝土干缩试件尺寸为100 mm×100 mm×515 mm的长方体。试验的干缩龄期分别为1 d、3 d、5 d、7 d、14 d、21 d 、28 d、35 d、42 d、49 d、56 d。混凝土试件的质量损失率按如下公式(1)计算。

(1)

其中，m0为混凝土试件干燥收缩试验前的质量；mi为干燥收缩龄期id时的质量。

3 结果与讨论

3.1 不同吸水率粗骨料混凝土的抗压强度

图2为用天然碎石、再生骨料、煤矸石骨料配制的C20、C30混凝土抗压强度。从图中可以发现，标准养护龄期越长，不同吸水率、不同强度等级混凝土的抗压强度也随之增加；与普通混凝土试件(C20-NN、C30-NN)相比，再生粗骨料混凝土与自燃煤矸石粗骨料混凝土的强度表现出下降的趋势，煤矸石混凝土的强度降低更加明显。

3.2 不同吸水率粗骨料混凝土的干燥收缩特性

图3是C20、C30不同吸水率粗骨料混凝土的干燥收缩试验结果。图4是C20、C30不同吸水率粗骨料混凝土干燥收缩龄期与质量损失率曲线。从试验结果得出，在同一强度等级条件下，7 d以内相对较短干燥收缩龄期时，吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收缩长度变化率反而最小，再生粗骨料混凝土试件次之，普通混凝土试件的干燥收缩率最大；但7 d以后随着干燥收缩龄期的增加，吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收缩长度变化率却最大，所对应的质量损失率也会加大。

图3 干燥收缩率与龄期Fig.3 Relationship between shrinkage rate and age

图4 质量损失率与龄期Fig.4 Relationship between mass loss rate and age

3.3 分 析

在相同强度等级条件下，不同粗骨料吸水率越大，混凝土强度略有降低的主要原因在于，粗骨料本身吸水率越大，内部结构相对疏松，骨料坚硬程度差，与水泥砂浆界面过渡区粘结强度越显薄弱，受压破坏时很容易在薄弱处形成应力集中，强度会降低；在同一强度等级条件下，7 d以内相对较短干燥收缩龄期时，吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收缩长度变化率反而最小，但7 d以后较长干燥收缩龄期时反而最大的主要原因是，在混凝土干燥初期粗骨料自身所含有的水分以相对湿度为驱动力，在混凝土内部供给水分较充裕，从而延缓了细微孔隙的收缩，间接延缓了混凝土的干燥收缩，但到了后期混凝土处于长期干燥收缩环境时，吸水率较大粗骨料随着内部水分的蒸发，因自身内部相对较大孔隙率等原因，粗骨料本身约束混凝土干燥收缩的能力相对天然粗骨料差，导致后期干燥收缩率变大。

4 结 论

(1)随着养护龄期的增加，不同吸水率、不同强度等级混凝土的抗压强度也随之增加；与普通混凝土试件相比，再生粗骨料混凝土及自燃煤矸石粗骨料混凝土的强度有所降低;

(2)在同一强度等级条件下，7 d以内相对较短干燥收缩龄期时，吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收缩长度变化率反而最小，再生粗骨料混凝土试件次之，普通混凝土试件的干燥收缩率最大；但7 d以后随着干燥收缩龄期的增加，吸水率最大的自燃煤矸石混凝土的干燥收缩长度变化率却最大，所对应的质量损失率也会加大。

[1] 刘数华,冷发光.再生混凝土技术[M].北京：中国建筑工业出版社,2007.

[2] 徐 卓,龙帮云.开发利用再生混凝土走可持续发展的道路[J].中外建筑,2004,(2):197-199.

[3] 肖建庄.再生混凝土[M].北京：中国建筑工业出版社,2008,4.

[4] 周 梅,田 爽,郭 涛,等.自燃煤矸石配制混凝土的试验研究[J].硅酸盐通报,2011,30(5):1221-1226.

[5] 王 磊,陈 杏,张 毅.再生骨料混凝土长龄期收缩及基本力学性能研究[J].混凝土,2013(7):23-25.

[6] 张金喜,陈炜林,杨荣俊.煤矸石集料基本性能的试验研究[J].建筑材料学报,2010,13(6):739-743.

[7] 应敬伟,肖建庄.再生骨料置换率对再生混凝土耐久性的影响[J].建筑科学与工程学报,2012,29(1):56-62.

[8] GB/T 50081-2002,普通混凝土力学性能试验方法标准[S].2003.

[9] GB T50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准[S].

Effect of Coarse Aggregate with Different Water Absorption on Strength and Drying Shrinkage of Concrete

CUIZheng-long,LIJing

(College of Civil and Architectural Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin 123000,China)

Making C20 、C30 concrete with different water absorption of coarse aggregate(natural crushed stone、recycled aggregate、coal gangue aggregate) ,the fundamental experiment was used to study the compressive strength and drying shrinkage performance of coarse aggregate concrete with different water absorption,illustrating the effect of different water absorption of coarse aggregate on concrete strength and drying shrinkage.Results show that,when the curing age increases,the compressive strength of concrete with different water absorption and different strength grade increases.Compared with natural concrete,the strength of recycled coarse aggregate concrete and spontaneous combustion coal gangue coarse aggregate concrete decrease slightly.When the concrete strength grade is the same,within 7 d relative shorter drying shrinkage age,when the water absorption rate of spontaneous combustion coal gangue coarse aggregate concrete is the maximum,the drying shrinkage length is minimum,the recycled coarse aggregate concrete is the second place,and the ordinary concrete is biggest.But after 7 d,when the age of drying shrinkage increases,the rate of dry shrinkage of spontaneous combustion coal gangue coarse aggregate concrete with the maximum water absorption rate is maximum,and the corresponding quality loss rate will increase.

recycled coarse aggregate;coal gangue aggregate;strength;drying shrinkage

辽宁省“十百千高端人才引进工程”资助项目(50GD02)

崔正龙(1974-)，男，博士，副教授.主要从事再生混凝土以及固体废弃物的综合利用的研究.

TU528.79

A

1001-1625(2016)08-2396-04