富含砖粒的再生混凝土试验研究

姜 一 天

(中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)



富含砖粒的再生混凝土试验研究

姜 一 天

(中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

通过试验，采用富含砖粒的再生骨料配制混凝土，根据所配制的再生混凝土需水量和力学性能，探讨了富含砖粒的再生骨料对混凝土性能的影响，同时通过CT扫描试验，分析了试件在不同荷载下内部结构变化情况，研究了再生混凝土细观损伤的特征及裂纹萌生和发展的重点分布部位，为进一步研究再生混凝土细观破坏机理和裂纹开展规律奠定基础。

富含砖粒，再生混凝土，力学性能，CT扫描

0 引言

我国的拆除建筑中实心粘土砖砌筑的砖混结构房屋所占比例很大，与国外相比，建筑垃圾中存在大量的废砖块，由于废砖块制成的再生砖骨料具有强度低、孔隙率大、吸水能力强等特点，使得由其制成的再生混凝土性能大幅下降。如果将建筑垃圾中的废砖块全部分拣，不仅会大大增加再生骨料的生产成本，也会使得环境污染成本增大。因此对富含砖粒的再生混凝土进行最优配比试验，通过微细观结构分析和静动力试验对再生混凝土的性能进行研究，将会对富含砖粒再生混凝土的性能有更加深入的认识，进一步推动建筑垃圾的再生利用。

1 试验原料

1)水泥。湖波牌42.5级普通硅酸盐水泥。

2)骨料。天然粗骨料为武安白砂5 mm～25 mm碎石。再生粗骨料是5 mm～25 mm均匀级配，来源于邯郸地区的拆迁后的建筑垃圾，由邯郸全有公司生产，其中砖粒含量在30%～40%。粗骨料各项指标见表1。

表1 粗骨料各项指标

3)细骨料。细骨料为天然河沙，细度模数2.6，表观密度2 450 kg/m3，堆积密度1 360 kg/m3，含水率3.5%。

4)矿物掺合料。矿粉为武安市元宝山工业集团有限公司生产的S95级普通矿粉，粉煤灰为河北龙山电厂生产的F类Ⅰ级灰。减水剂为北京德昌高效聚羧酸减水剂。拌合水为自来水。

2 试验配合比及结果

由表2试验结果表明：

1)掺入的再生骨料比例加大，其用水量会有所增加。经振动筛分和整形处理后的再生粗骨料，将其表面附着的砂浆和带有的水泥水化产物去除，有助于降低再生混凝土的用水量。但是再生粗骨料中含有30%～40%的砖颗粒，其本身吸水率就远高于天然石子；而建筑垃圾在破碎过程中，会形成一些微裂纹和微孔隙，这都造成了混凝土用水量的增加。

2)就矿粉和粉煤灰的掺量来说，15%时的强度表现要优于30%时，而且掺15%时的28 d强度普遍较高，当掺量在30%时后期虽也增长较快，但是不如15%掺量时的后期强度，因此在再生混凝土中不建议大掺量掺加粉煤灰和矿粉。

3)分析认为，粉煤灰和矿粉的胶凝活性都相对较低，水化反应初期水化反应速度低于普通硅酸盐水泥的水化速度，因此导致了早期强度的普遍偏低。而矿粉和粉煤灰复掺，存在某种化学反应，有利于相互激发各自的活性，因此使得B62的后期强度远大于其他各组。

表2 试验配合比及结果表

3 CT试验

计算机层析成像技术(Computed Tomography,CT)，将被测物体断层孤立成像，具有无损检测和高分辨率的特点，通过采用CT技术，可以有效探测再生混凝土的内部组分信息，如砖粒、砂浆、较大的孔洞等。CT扫描图像的灰度值反映的是物质对X线不同的衰减系数，在CT扫描中密度大的物质对X线衰减大，因而CT值灰度值也大，表现在扫描图像上亮度越高，物质的密度越小，对X线衰减小，在扫描图像上的亮度就越低。因此就砂浆、骨料和孔洞来说，因为它们的密度有较大的差异，在一幅扫描图像中,对应的灰度范围就有较大的区别，因而我们可以较容易的判别各组分。其中骨料的密度最大，砂浆其次，孔隙裂纹的最低，因此对应的灰度范围也就是骨料的最大，孔隙裂纹的最小，砂浆在中间范围。本试验通过CT扫描再生混凝土试件，分析试件在不同荷载下内部结构变化，结合再生混凝土细观结构破坏分析，分析再生混凝土细观损伤的特征及裂纹萌生和发展的重点分布部位，为进一步研究再生混凝土细观破坏机理和裂纹开展规律奠定基础。

本试验CT扫描设备采用河北工程大学附属医院的GE Prospeed F-Ⅱ双排螺旋CT机。试件配合比采用B62组配合比。

在28 d标准养护后对试件分别施以0 MPa,12 MPa,22 MPa,36 MPa,43 MPa压强，通过CT扫描，由于扫描图像较多，因此选取有代表性的第30层、50层、80层标准试件CT扫描断面图像，如图1所示。

由图1可知：

1)最亮者为天然骨料，其次为砂浆，砖骨料密度小于天然骨料和砂浆，所以亮度小于天然骨料和砂浆但比孔洞亮度要高。砂浆、骨料连为一体，骨料间由砂浆填充，砂浆将骨料包裹起来；孔洞在图中表现为亮度最小的区域，一般分布在靠近骨料的区域；天然骨料和砖粒交错随机分布，较大的孔洞也可直接观察到。

2)对比不同荷载下各个试件的CT扫描图像，我们可以看出从一开始孔洞就存在，随机分布在试件内部，分布极不规律，表明是在试件制备过程中存在搅拌不匀或振捣不均，由于孔洞的存在就造成了混凝土的初始损伤。

3)砖粒与天然骨料交错在试件内随机分布，表明骨料分配合理，有利于混凝土强度提高。砖粒被包裹在砂浆内部，有利于降低搅拌时的需水量，对于强度的提高也有很大的帮助。因为砖粒本身强度较低，存在砖粒先于水泥砂浆被压坏的情况，这可能主要是因为砖粒靠近混凝土表面，砂浆包裹着砖粒，荷载增加到一定程度后砖粒与水泥砂浆的界面出现裂纹，随后砖粒被压坏，因而砖粒就成为强度的薄弱环节。

4)裂缝在混凝土破坏中起着重要作用，在混凝土内部裂缝形成后不断发展，将相邻的孔洞贯通，随着荷载的增加，形成贯通的主裂纹最终导致试件破坏。裂缝萌生来源较为复杂，一方面砂浆与骨料的界面胶结强度低，受荷后一般会围绕骨料在界面周围和砂浆区域开展；另一方面混凝土内部较大的孔隙周围也会有较多裂纹存在，分析认为混凝土浇筑后就存在的初始孔洞在受到较大荷载后就会有裂纹萌生，然后继续发育，最终与周围的裂纹不断贯通，因此成为混凝土裂纹存在的区域之一。而再生混凝土中再生骨料经破碎后，本身会有微小裂纹的存在，受荷载后骨料内部原有裂纹继续存在并发展，成为混凝土内部裂纹起源萌生的又一途径。

5)根据各层CT断面图像，观察分析后认为裂纹主要存在区域有：靠近试件表面的砖粒周围与砂浆的界面过渡区；初始就存在的大孔洞周围边缘；有微孔洞存在的，试件的外层边缘区域；骨料周围，微孔洞和孔隙较为集中的区域；再生粗骨料内部。

4 结论与建议

含砖粒的再生骨料对于混凝土的性能有较大影响，再生骨料取代率越高，混凝土性能受影响越大。因此当用含砖粒的再生骨料配制混凝土时，推荐取代率为30%，所配制的混凝土各项性能满足要求。

由混凝土CT扫描图像分析，混凝土材料内部构成是非均匀性的，初始损伤主要是因搅拌不均或振捣不密实等原因使得混凝土内部随机分布着较多的微孔隙和微裂纹，混凝土受到荷载后裂纹萌生发展，最终微裂纹间和微孔隙与微孔隙间融合贯通，导致试件受压破坏。

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Experimental research on recycled-concrete with rich brick granule

Jiang Yitian

(ChinaPowerConstructionProjectGroupBeijingSurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Beijing100024,China)

Through experiments, applying aggregated recycled-concrete with rich brick granule, according to recycled-concrete water quantity and mechanical properties, the paper explores the impact of aggregated recycled-concrete with rich brick granule upon concrete performance. Through CT scanning test, it analyzes internal structure alteration conditions of experimental components under different loading conditions, and studies meso-damage characteristics of recycled-concrete and crack initiation and development distribution parts, which has laid a foundation for further studying meso-damage damage characteristics of recycled-concrete and crack initiation development law as well.

rich brick granule, recycled-concrete, mechanical properties, CT scanning

1009-6825(2016)18-0107-02

2016-04-11

姜一天(1987- )，男，助理工程师

TU528

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