含砖粒再生混凝土基本性能研究

安新正,牛 薇,张亚飞,刘 燕

含砖粒再生混凝土基本性能研究

安新正1,牛 薇1,张亚飞1,刘 燕2

（1.河北工程大学 土木工程学院，河北 邯郸 056038；2.河北农业大学 城乡建设学院，河北 保定071001）

以再生砖粒取代率（0%～30%）和水胶比（0.40～0.50）为主要参数，通过工作性能与弹性模量试验，研究再生砖粒取代率和水胶比对再生混凝土工作性能及弹性模量的影响规律。结果表明：当水胶比相同时，再生混凝土的工作性能和弹性模量均随再生砖粒取代率的增加而降低，且在再生砖粒取代率为30%，水胶比为0.5时，再生混凝土弹性模量的降幅达17.62%；提出适合于含再生砖粒再生混凝土弹性模量估算的预测模型，该预测模型与试验值吻合较好。

再生混凝土；再生砖粒；取代率；工作性能；弹性模量

据不完全统计，目前我国由于城市改造、自然灾害等产生的建筑垃圾中，废弃砖块的含量大约在50%左右[1]。利用含再生砖粒再生粗骨料制备建筑结构用再生混凝土，对建筑垃圾的资源化利用、建筑业的可持续发展以及环境保护具有重要意义。目前，大多数研究成果都集中在利用废弃混凝土生产再生骨料进而配制的再生混凝土上[2-5]，而从混凝土工程中再生粗骨料应用的实际情况出发，同步考虑含再生砖粒再生混凝土基本性能的相关研究还较少见[6-7]。从我国目前的实际情况来看，含再生砖粒再生混凝土在工程中的应用还达不到再生混凝土用量的20%。为了促进含再生砖粒再生混凝土在结构中的应用，迫切需要对其基本性能进行深入地研究。因此本文以再生砖粒取代率和水胶比为主要参数，来研究其对再生混凝土弹性模量及工作性能的影响规律，旨在为含再生砖粒再生混凝土的结构设计与应用提供一定参考。

1 试验研究

1.1 再生混凝土的材料选用

水泥：采用太行山P.O42.5级普通硅酸盐水泥；砂：采用沙河砂，细度模数2.3；再生粗骨料：采用邯郸市区房屋拆除的废弃混凝土和粘土砖，经鄂式破碎机破碎处理后，按设定比例混合而成的全级配混合再生粗骨料；粉煤灰：采用Π级粉煤灰；减水剂：采用TW-JS高效聚竣酸减水剂；水：采用邯郸市饮用自来水。再生粗骨料的基本特性详见表1。再生砖粒取代率分别为：0%、15%、30%。

表1 再生骨料的基本特性Tab.1 Basic characteristics of recycled aggregate

1.2 再生混凝土配合比设计与编组

鉴于当前我国建筑结构用再生混凝土中，再生砖粒在再生粗骨料中的含量一般不超过30%的实际情况，对水胶比（W/C）和再生砖粒取代率（r）这两个影响因素每个因素取3个水平（r=0%、r=15%和 r=30%；W/C=0.40、W/C=0.45和 W/C=0.50），来进行W/C与r对再生混凝土弹性模量及工作性能影响程度及规律的系列试验研究。

再生混凝土的配制采用33%的常用砂率，粉煤灰掺量为所用胶凝材料总用量的20%（以质量计），减水剂掺量为1.6%（占胶凝材料总质量的百分比）。参照文献[8]的基本要求，在考虑再生粗骨料吸水性、细骨料含水率及试验目的的基础上，对试验用再生混凝土进行相应配合比的设计（其水泥用量均为300 kg），同时依据再生混凝土配合比及再生砖粒取代率的不同，对试件进行系列编组（表2）。

表2 试件的基本情况Tab.2 Basic information of test specimen

1.3 试件制作与试验方法

对再生粗骨料经造壳法处理后可十分有效地改善再生混凝土的工作性能[5]，提高再生混凝土的可泵性，在此对再生混凝土的生产工艺上进行了改进，具体方法：在搅拌机（J30型强制式搅拌机）内首先加入砂和再生粗骨料，搅拌50 s之后向搅拌机内加入总用水量的1/3，再搅拌70 s；然后再加入水泥和高效减水剂并搅拌30 s，之后把剩余水全部加入，搅拌100 s；将生产出来的再生混凝土分别装入150 mm×150 mm×150 mm立方体和150 mm×150 mm×300 mm棱柱体试件模具之中，然后放在混凝土振动台上振捣密实并将表面抹平，静置24 h后拆模，并将试件放置于NLD-40B型标准养护箱内养护备用。试件制作数量：每组立方体试件和棱柱体试件均制作6个试件。

再生混凝土工作性能在此以再生混凝土的塌落度（Hrc）来度量。ZA1—ZA3组、ZB1—ZB3组和ZC1—ZC3组各组再生混凝土工作性能及弹性模量的试验方法，分别依据文献[9]和文献[10]的相关要求进行。弹性模量试验加载采用应力控制，在TYA-2000型压力试验机上进行，加载速率均采用0.5 MPa/s。

2 试验结果与分析

2.1 再生混凝土工作性能试验结果与分析

基于ZA1—ZA3组、ZB1—ZB3组和ZC1—ZC3组再生混凝土工作性能的试验过程观察，可以发现：掺再生砖粒的新拌再生混凝土均没有泌水和离析现象发生，再生砖粒能够在再生混凝土中形成比较均匀的分布。图1给出各组再生混凝土塌落度的试验实测结果。由图1可以看出，在W/C相同条件下，再生砖粒的掺量对再生混凝土的流动性有明显的影响，且再生混凝土的坍落度随r的增加而降低，这是由再生砖粒的基本特性所决定的。W/C从0.40增加到0.50，Hrc的最大增量约为30 mm，r从0%增加到30%，Hrc的最大增量约为40 mm。因此对再生混凝土工作性能来说，r的影响比较显著，不可忽视。

2.2 再生混凝土弹性模量试验结果与分析

对ZA1—ZA3组、ZB1—ZB3组和ZC1—ZC3组再生混凝土棱柱体试件进行28 d龄期弹性模量试验，取3个试件试验结果的平均值作为再生弹性模量试验值（Erc）。Erc随r和W/C变化关系的实测结果见图2。由图2可知，在W/C相同的条件下，Erc随r的增加而降低。当W/C分别为0.40、0.45和0.50时，r=30%的再生混凝土与普通再生混凝土（r=0%时）对比，其28 d的Erc分别降低了12.45%、11.76%和17.62%。其主要原因是再生砖粒表面含有泥土，这将会削弱新界面过渡区的粘结强度，同时再生砖粒内部含有较大孔隙和较多微裂纹，且随W/C的增大，含再生砖粒再生混凝土内部的空隙率也会逐渐增多。因此当水胶比较大时，在再生粗骨料中掺入较多再生砖粒会导致Erc显著降低，应给予足够的重视。

2.3 再生混凝土弹性模量预测

本文以文献[11]为基础，考虑到掺再生砖粒对再生混凝土弹性模量的实际影响，再生混凝土弹性模量预测值按式（1）进行计算。

式中，Erc,y—掺再生砖粒再生混凝土弹性模量预测值，MPa；fcu—掺再生砖粒再生混凝土抗压强度，MPa；a、b、c、d—均为试验参数。依据文献[13]，结合本文的相关试验结果，可取b=0.500 0、c=0.950 0。基于本课题的试验结果，采用MATLAB分析软件对试验参数a与d进行拟合分析，可以得到：a=4 211、d=0.218 2。

基于拟合结果的含再生砖粒再生混凝土弹性模量预测模型见式（2）。

含再生砖粒再生混凝土弹性模量实测值与基于式（2）弹性模量预测值的比较结果见表3。由表3可知，本文给出的含再生砖粒再生混凝土弹性模量预测模型的总体预测偏差在0.97～1.05之间，能够在一定程度上反映含再生砖粒再生混凝土弹性模量的实际情况。

表3 实测值和预测值对比Tab.3 Comparison of test values and calculated values for elastic modulus

3 结论

1）与废弃再生粗骨料相比，再生砖粒的表观密度低、吸水率高，对再生混凝土的塌落度存在不利影响。再生混凝土的塌落度随着再生砖粒掺量的增加而降低。

2）当水胶比相同时，再生混凝土的弹性模量随着再生砖粒掺量的增加而降低。当水胶比为0.50时，与普通再生混凝土相比，再生砖粒取代率为30%时的再生混凝土弹性模量的降幅达17.62%。

3）基于CEB-FIP模型，考虑含再生砖粒取代率对再生混凝土弹性模量的影响，提出适合于再生砖粒再生混凝土弹性模量的预测模型，该预测模型与含再生砖粒再生混凝土28 d弹性模量的试验值吻合较好，可为含再生砖粒再生混凝土的结构设计提供参考。

参考文献：

[1]陈家珑.地震灾区建筑垃圾处理技术研究[[J].建筑技术，2009，40(9)：822-824.

[2]周静海，何海进，孟宪宏，等.再生混凝土基本力学性能试验[J].沈阳建筑大学学报：自然科学版，2010，26(3)：465-467.

[3]黄 靖.不同粗骨料种类再生混凝土的基本性能试验研究[D].南宁：广西大学，2012.

[4]叶 腾，徐毅慧，张 锦.基于工作性能的再生混凝土抗压强度试验研究[J].建筑结构，2014，44(21)：75-77.

[5]张会芝，郑建岚.再生混凝土抗压强度及工作性能的影响因素分析[J].福州大学学报：自然科学版，2012，40(4)：508-514.

[6]田志伟.富含砖粒的再生混凝土试验研究[D].邯郸：河北工程大学，2015.

[7]杨 涛.含再生砖粒混凝土的力学性能及框架柱抗震性能研究[D].西安：西安建筑科技大学，2013.

[8]JGJ 55-2011，普通混凝土配合比设计规程[S].

[9]GB/T 50080-2002，普通混凝土拌合物性能试验方法标准[S].

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

[11]ACI Committee 318，Building code requirements for reinforced concrete[S].

（责任编辑 王利君）

Study on basic performance of recycled concrete with brick grain

AN Xinzheng1, NIU Wei1, ZHANG Yafei1, LIU Yan2

(1.College of Civil Engineering, Hebei University of Engineering, Hebei Handan,056038,China; 2.College of Urban and Rural Construction, Agricultural University of Hebei, Hebei Baoding,071001,China)

The influences of different water cement ratios (0.40～0.50)and different replacement rates (0%～30%)of recycled brick grain on the workability and elastic modulus of the recycled concrete are investigated based on the slumps experiment and elastic modulus experiment of those concrete mixtures. The test results indicated that with the increase of content of recycled brick grain, the workability and the elastic modulus become bad under the condition of the same water cement ratio. And when the replacement rate of recycled brick grain is 30% and water cement ratio is 0.50, the descend range is equal to 17.62% for its elastic modulus. Based on the test results, the prediction model of the elastic modulus is proposed for the recycled concrete with brick grain.

recycled concrete; recycled brick grain; replacement rate; workability; elastic modulus

TU528

A

1673-9469（2017）01-0030-04

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.01.007

投稿日期：2016-09-18 特约专稿

河北省自然科学基金资助项目（E2015204111）；河北省科学技术研究与发展计划资助项目(15273609D)

安新正（1963-），男，河南镇平人，工学博士，副教授，硕士生导师，研究方向：混凝土结构耐久性理论与设计。