绿色高强高性能再生混凝土试验方法

应汉林

(中磐建设集团有限公司，福建 厦门 361009)

1 绿色高强高性能再生混凝土概述

绿色高强高性能再生混凝土强调其配置途径的“绿色”，也就是环保性，要能够做到废弃资源利用率最大化，节约所需原材料，并且提升所制混凝土的工作性能和抗压强度，实现资源的可持续利用。

2 绿色高强高性能再生混凝土的成分组成

2.1 水泥

一般来说，配制高强高性能再生混凝土时最常用的水泥原料是硅酸盐系水泥，这类水泥原料要优于矿渣水泥和一般性常用水泥。当混凝土的强度低于C80时，较适合使用强度层级为52.5号的水泥，以此实现再生混凝土的强度最大化，但当再生混凝土强度提升至C80以上后水泥的强度层级也需要随之提升，一般使用强度为63.5号的水泥。此外要注意500 kg是每立方米混凝土中能够掺入水泥的最大当量，再加上其他的材料，其总量≤580 kg。

2.2 掺合料

硅粉:5%～10%是混凝土配制过程中最合适的掺入量。硅粉产生于生产硅铁的过程当中，其作用是减少水泥当中气孔和缝隙的数量，由于硅粉的火山灰活性很高，对于提升混凝土的强度能起到很大作用。

磨细矿渣:配制混凝土时掺入矿渣的量一般控制在5%～10%。矿渣的活性取决于其材料是否细密，越是细致的材料活性越高，对于生产出的混凝土的强度和耐久度提升也更大。

粉煤灰:粉煤灰的掺入量同样一般控制在5%～10%。粉煤灰的作用类似于调和剂，帮助调节水灰比，使得硅粉的火山灰活性能够与矿渣的活性填充效应相结合，有效提升再生混凝土的性能和强度。I级粉煤灰的效果为最佳[1]。

2.3 砂、碎石

细致模数高于2.6的中粗砂和最大粒径低于20 mm的碎石都是再生混凝土中的重要成分，对于实现混凝土的高强度和高性能有很大帮助。同时随着再生混凝土强度级别的提升，两者的含量也需要相应地降低，特别是高于C80之后，砂泥含量要≤1.0%。此外，需注意针片状的碎石含量不得高于5%，含泥量不得高于1.0%。

3 再生混凝土配合比及工作性能

3.1 配合比设计

本文研究内容主要基于普通高性能混凝土的配合比来进行，以此设计试验的配合比。在配制再生混凝土时，主要配合比参考的是中建三局商品混凝土，以混凝土强度为目标，其中用作替代的粉煤灰的用量超过水泥，矿渣粉和硅粉等量于水泥，还需要加入适量的减水剂。除此之外，还需要使用一定量的硅粉来提升C60高强再生混凝土的强度。本次试验中共设计了C35， C45， C50， C55， C60五个等级强度。

3.2 试件制备和拌合物工作性能

本试验中的高性能再生混凝土均采用J-50型强制式搅拌机搅拌，在再生混凝土拌合物搅拌完成后分别将其制成150 mm×150 mm×150 mmm和150mm×150mm×300mm两种规格的试件，搅拌完成后通过振动的方式使试件逐渐成型，其后对其进行养护。

在再生混凝土浇筑成型之前对其坍落度和扩展度进行了测试，以此检验其工作性能。本次试验中坍落度的最大值为23 cm，该结果出于强度层级为C55的再生混凝土，而强度为C35的混凝土坍落度最低，但依旧达到了17 cm，两者均能够满足泵送混凝土的要求且在搅拌过程中混凝土未发生泌水现象。由此可以看出依靠一定的方式进行配制可以使再生混凝土具备较优良的工作性能。

3.3 再生混凝土的强度

3.3.1 立方体受压破坏

本次试验测试的是再生混凝土立方体28d的抗压强度，这也是检验衡量混凝土强度十分重要的指标之一。通过试验结果可以看出，绿色高强高性能再生混凝土裂纹发展的趋势和普通混凝土相同，最终混凝土的破坏情况和近似于普通混凝土。当对试件施加的压力逐渐增大，其内部应力也开始增大，试件在竖直方向开始变形受压缩，在横向界面上则开始膨胀。试件在横向面的膨胀程度很大，是因为试件加载面受到摩擦力的影响，其竖直边也承受不同压力。裂纹最早出现在试件的表层中心区域，并且垂直产生，压力逐渐增大后裂纹开始朝斜上及斜下延伸，试件外层的混凝土也出现了部分脱落。但是剥落的混凝土越来越少也逐渐减轻了试件收到的压力程度。试验的最后，试件高度中央的再生混凝土破坏程度最大，形成了2个对顶的正倒相连的角锥形破坏面，但试件当中的再生骨料没有受到损坏[2]。

3.3.2 轴心受压破坏

本试验测试的是绿色高强高性能再生混凝土棱柱体的28d轴心抗压强度，以此来检验再生混凝土的抗压强度。通过观察试验结果可以发现绿色高强高性能再生混凝土裂纹发展的趋势和普通混凝土相同，且两者在受压过程中破坏的情况也近似，最终试验结束时的表现结果也基本相同。在试验过程中，试件会因为受到的压力变大而出现裂纹，并且裂纹逐渐扩大、延伸。最后当荷载达到一定的强度时,裂纹发展的速度越来越快最后贯穿,试件浇筑水泥的界面严重剥落。

3.3.3 试验结果及分析

表1所示是本次试验中绿色高强高性能再生混凝土的立方体抗压强度fcu和轴心抗压强度fc。

表1 再生混凝土抗压强度

由试验结果可见，绿色高强高性能再生混凝土的立方体抗压强度与标准立方体抗压强度的比值是与其配制的强度呈反比的。比如，C60再生混凝土中掺有硅粉，但其立方体抗压强度还低于C60的标准立方体抗压强度，强度的增长限度并不高，这就说明在配制高强再生混凝土时再生骨料会受到强度上的限制。其原因有三点：①再生粗集料有更多的孔隙，导致其受到轴向应力时更容易使受力集中；②再生骨料相比原材料有很多的微裂纹，大部分产生于破碎生产的过程当中；③再生骨料表面本身就包裹着一些水泥浆，包裹程度不一，这就导致新的水泥和旧的粗集料粘结的部位较薄弱。因此，高强再生混凝土的界面强度会低于其内部集体强度，导致很容易从外部将其破坏，所以建议把C50作为配制再生混凝土时的最高强度等级。

由表1可知，0.776是绿色高强高性能再生混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度的最小比值，最大为0.791、平均为0.786，而当普通混凝土的强度不高于C50时，其棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值 0.76，当强度达到C80时，强度比值取=0.82，两者间的变化呈线性趋势发展。这就表明绿色高强高性能再生混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值稍高，但仍处于安全范围。

4 结果分析

(1)再生混凝土的优良工作性能及其高性能化只需要采用常规的材料和粉煤灰、矿渣粉等原料就能够实现，其坍落度完全能够达标。

(2)在试验中发现再生混凝土的破坏大多发生在试件外部界面，这说明当使用的骨料为再生骨料时，配制的再生混凝土强度应该相对更低，以C50为最高等级。

(3)绿色高强高性能再生混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值相比普通混凝土稍高，但仍处于安全范围。

5 结语

绿色高性能再生混凝土强度更高、耐久性也更好，相比普通混凝土有更高的废料利用率，起到了节约资源和保护环境的作用，对于社会经济发展的可持续性提供了帮助。