高强再生粗骨料混凝土轴压性能试验研究

王新 黄磊群 田小风 陈炳霖

为了研究高强再生粗骨料混凝土轴压性能，文章以再生粗骨料取代率、水胶比与胶凝材料用量为变化参数，设计制作了108个试件进行棱柱体单轴抗压试验。通过观察试件的破坏过程及形态，获取了棱柱体单轴受压的抗压强度，分析了再生粗骨料取代率、水胶比及胶凝材料用量对再生粗骨料混凝土抗压强度的影响。结果表明：水胶比为0.28时，随着粗骨料取代率的增加，高强再生粗骨料混凝土的轴心抗压强度整体上都有减小;当胶凝材料用量为620 kg/m3时，随着水胶比的增大，不同取代率高强再生粗骨料混凝土的轴心抗压强度持续减小，整体幅度在2.7%～27.5%之间;再生粗骨料混凝土应用到实际建筑中时建议胶凝材料用量>620 kg/m3。

高强再生粗骨料;轴压性能;水胶比;胶凝材料

U416.03A040115

0 引言

再生混凝土是指对废混凝土块进行破碎、清洗和分级，然后按一定的比例相互配合以再生骨料的形式全部或部分代替天然骨料配制的混凝土[1]。随着社会的发展，城市不断扩张，旧城改造不断推进，建设行业对于砂石骨料的需求在不断增加。由于天然砂石骨料的过度开采，造成自然资源不断枯竭，严重影响可持续发展道路[2]。另一方面，城市基础设施建设每天产生的大量建设垃圾未经处理，运到城市郊区堆放，污染环境，浪费土地资源。将废弃的建筑垃圾资源利用起来是未来的一个发展趋势[3-4]。

目前，国内外对普通再生混凝土的基本力学性能研究已较成熟，但对高强再生粗骨料混凝土轴压性能研究鲜少。为此，本文通过36组108个棱柱体试件的抗压试验，观察试件的破坏过程及形态，研究再生粗骨料取代率与水胶比对其宏观力学性能的影响，以期为高强再生粗骨料混凝土的轴压性能研究及工程实际应用提供参考。

1 试验概况

1.1 试件设计

试验以再生粗骨料取代率、水胶比与胶凝材料用量为变化参数设计并制作了36组（每组3个，共108个）同一批次的棱柱体混凝土试件，试件尺寸为150 mm×150 mm×300 mm。其中再生粗骨料取代率分别为0%、30%、70%、100%，水胶比分别为0.28、0.32、0.36，胶凝材料（含水泥、粉煤灰、硅灰）分别为520 kg/m3、570 kg/m3、620 kg/m3。

各试件设计参数如表1所示。

1.2 试验材料及其性能

试验所用天然粗骨料为粒径5～31.5 mm的连续级配。再生粗骨料采用原路面废弃混凝土，经过机器初步破碎、人工二次破碎后筛分成粒径为5～20 mm的连续级配。参照《建设用卵石、碎石》[5]（GB/T 14685-2011）的测试方法，测得再生粗骨料的松散堆積密度为1 260 kg/m3，表观密度为2 640 kg/m3，吸水率为3.2%，压碎指标为14.9%。

试验所用细骨料采用天然河砂，人工筛分成粒径为4.75 mm以下，参照《建设用砂》[6]（GB/T 14684-2011）采用四分法取样烘干后对细骨料进行筛分试验，分计筛余如表2所示。

由表2计算可知，在Ⅱ区级配范围内，天然砂的细度模数为2.6，处于2.3～3.0之间，属于中砂。另外参照规范[6]，对细骨料进行了物理性能试验，其松散堆积密度为1 610 kg/m3，表观密度为2 660 kg/m3，含泥量为1.05%。

试验所用水泥采用P·O 42.5普通硅酸盐水泥，具体性能指标如表3所示。粉煤灰采用二级粉煤灰，参照《用于水泥和混凝土的粉煤灰》[7]（GB/T 1596-2005）测试方法，45 μm方孔筛余62.3%，比表面积为550.7m2/kg，烧失量为0.3%。拌养用水采用城市自来水，减水剂采用YZ-M聚羧酸高性能减水剂，减水率为25%，掺量为1%。混凝土配合比如表4所示。

1.3 混凝土配置及养护条件

高强再生粗骨料混凝土的配置参照《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》[8]（GB/T 50080-2002）进行，所有试件都进行相同环境条件下的自然养护。

1.4 加载装置及制度

混凝土基本力学性能试验参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》[9]（GB/T 50081-2002）进行加载，加载装置采用YAW-10000J微机控制电流伺服压剪试验机。加载制度为0.02 mm/s的位移控制加载，预压100 kN后加载试件，加载至荷载降到峰值荷载的85%时停止加载。

2 破坏形态分析

高强再生粗骨料混凝土棱柱体试块破坏形态以贯穿竖向裂缝为主，裂缝的分岔较少。加载初期，裂缝首先出现在棱柱体试块的端部。随着加载的进行，竖向裂缝数量增多，且竖向裂缝逐渐由端部向试块中部延伸。棱柱体试块经历峰值荷载后，裂缝延伸贯穿整个试块，且大多数试块的裂缝呈平行状。进入破坏阶段后，高强再生粗骨料混凝土棱柱体试块出现成块剥落现象。通过观察棱柱体试块的破坏面可知，试块的破坏面贯穿粗骨料和水泥石，有明显的劈裂痕迹。根据上述破坏过程可知，高强再生粗骨料棱柱体试块呈现较明显的脆性，这主要是因为再生粗骨料与天然粗骨料相比，其内部具有较多的初始细小裂纹和粘结缺陷，与普通混凝土的内部微观结构存在一定差异。

3 影响因素分析

3.1 粗骨料取代率对抗压强度的影响

图1表示粗骨料取代率对高强再生混凝土轴心抗压强度的影响。

由图1（a）可见，水胶比为0.28时，随着粗骨料取代率的增加，高强再生粗骨料混凝土的轴心抗压强度整体上都有减小，胶凝材料为520 kg/m3时幅度在2.8%～18.3%之间，胶凝材料为570 kg/m3时幅度在0.9%～4.9%之间，胶凝材料为620 kg/m3时幅度在8.8%～17.8%之间。故当水胶比为0.28时，用再生粗骨料取代天然粗骨料建议胶凝材料用量为570 kg/m3。

由图1（b）可见，当水胶比为0.32，胶凝材料为520 kg/m3时，随着取代率的增大，高强再生粗骨料混凝土轴心抗压强度先增大后减小，最优取代率为30%。但胶凝材料用量>520 kg/m3后，抗压强度呈先减小后增大的趋势。

由图1（c）可见，当水胶比为0.36时，不同胶凝材料用量都随着取代率的增大，高强再生粗骨料混凝土轴心抗压强度整体呈波动上升的趋势。可见水胶比达到0.36后，可以实现再生粗骨料替换天然骨料以达到混凝土抗壓强度的可能性。

3.2 水胶比对抗压强度的影响

下页图2表示水胶比对高强再生混凝土轴心抗压强度的影响。

由图2（a）可见，胶凝材料用量为520 kg/m3时，随着水胶比的增加，不同取代率的高强再生粗骨料混凝土的轴心抗压强度整体上不断减小。取代率越大，随着水胶比的增加，抗压强度下降的幅度越小，与天然粗骨料混凝土相比，全再生粗骨料混凝土的抗压强度下降幅度变小得更为明显。

由图2（b）可见，当胶凝材料用量为570 kg/m3时，在水胶比分别为0.28与0.36的情况下，随着取代率的增加，抗压强度变化不明显。但水胶比为0.32时，随着取代率的增加，抗压强度较为离散。

由图2（c）可见，当胶凝材料用量为620 kg/m3时，随着水胶比的增大，不同取代率高强再生粗骨料混凝土的轴心抗压强度持续减小，整体幅度在2.7%～27.5%之间。

3.3 胶凝材料用量对抗压强度的影响

图3表示胶凝材料用量对高强再生混凝土轴心抗压强度的影响。

由图3（a）可见，水胶比为0.28时，随着胶凝材料用量的增加，未掺再生粗骨料与全再生粗骨料高强混凝土的轴心抗压强度都持续增大，30%与70%取代率的混凝土强度表现出先上升后下降的变化趋势。

由图3（b）可见，当水胶比为0.32时，随着胶凝材料用量的增加，不同取代率下高强再生混凝土的轴心抗压强度离散程度呈先增大后减小的趋势，胶凝材料用量为570 kg/m3与520 kg/m3相比，试件的轴心抗压强度离散程度显著增大。

由图3（c）可见，当水胶比为0.36时，除取代率为30%以外，随着胶凝材料用量的增大，不同取代率的高强再生粗骨料混凝土的轴心抗压强度较为接近。因此再生粗骨料混凝土应用到实际施工中建议胶凝材料用量>620 kg/m3。

4 结语

（1）水胶比为0.28时，随着粗骨料取代率的增加，高强再生粗骨料混凝土的轴心抗压强度整体上都有减小;当水胶比为0.32，胶凝材料为520 kg/m3时，随着取代率的增大，高强再生粗骨料混凝土轴心抗压强度先增大后减小，最优取代率为30%;水胶比达到0.36后，可以实现再生粗骨料替换天然骨料来达到混凝土抗压强度的可能性。

（2）当胶凝材料用量为570 kg/m3时，水胶比为0.28与0.36的情况下，随着取代率的增加，抗压强度变化不明显;当胶凝材料用量为620 kg/m3时，随着水胶比的增大，不同取代率高强再生粗骨料混凝土的轴心抗压强度持续减小，整体幅度在2.7%～27.5%之间。

（3）随着胶凝材料用量的增加，未掺再生粗骨料与全再生粗骨料高强混凝土的轴心抗压强度都持续增大，30%与70%取代率的混凝土强度表现出先上升后下降的变化趋势。再生粗骨料混凝土应用到实际施工中时，建议胶凝材料用量>620 kg/m3。

参考文献

[1]王国林，祁尚远，李聚义，等.再生粗骨料混凝土力学性能试验研究[J].混凝土，2020（3）：168-171，176.

[2]Chtemichuk S，Hubbard J.The utilization of recycled concrete aggregate to produce controlled low strength materials without using Portland cement[J].Cement and Concrete Composites，2009，31（8）：564-569.

[3]陈宗平，周春恒，陈宇良，等.再生卵石骨料混凝土力学性能试验研究[J].建筑材料学报，2014，17（3）：465-469，506.

[4]寇世聪，潘智生.不同强度混凝土制造的再生骨料对高性能混凝土力学性能的影响（英文）[J].硅酸盐学报，2012，40（1）：7-11.

[5]GB/T 14685-2011，建设用卵石、碎石[S].

[6]GB/T 14684-2011，建设用砂[S].

[7]GB/T 1596-2005，用于水泥和混凝土的粉煤灰[S].

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

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