持载与骨料替代率对再生混凝土抗压抗渗性能的影响

王建东，钟 悦，吴桐青，田哲祺，卢 宽

（1.浙江工业大学土木工程学院，浙江 杭州 310032；2.浙江工业大学校园建设处，浙江 杭州 310014）

混凝土的再利用解决了建筑垃圾中大量废弃混凝土的处理问题，减少了对天然集料的开发。发展循环经济，在降低天然骨料的开采量和废弃混凝土对环境的影响的同时，又更好地保护了生态环境和自然资源，这对建设高效节能型社会有着重要意义，并且已经广泛应用于房屋建筑工程、市政工程和道路工程等［1］。但再生骨料与天然骨料相比，具有组成成分复杂、孔隙率高、吸水性大、强度低等特征，加上再生骨料混凝土中的全部或部分骨料与天然骨料的性状和性质都有一定差别，因而导致再生骨料混凝土的基本性能与天然骨料混凝土有着明显差别。为了促进再生混凝土的应用和发展，本文在已有再生混凝土力学性能研究成果的基础上，对再生骨料的级配、粗骨料替代率和受载形式等因素对再生混凝土的抗压和抗渗性能进行试验研究，为进一步深入研究再生混凝土的各项性能做了基础工作。

试验采用钱潮牌P.C 42.5复合硅酸盐水泥，细度模数为2.4的中细河砂（表观密度为2600 kg／m3），生活用自来水，粗骨料采用连续级配的碎石和再生粗骨料。其中，再生粗骨料由既有建筑物废弃混凝土试块（原设计强度为C30）经人工破碎所得，试验采用的砂子级配见表1，再生混凝土骨料级配见表2。

表1 试验混凝土的砂的级配

表2 再生混凝土的粗骨料筛分结果

1 试验材料与方法

1.1 配合比设计

试验设计了不同再生粗骨料替代率、水灰比、矿物掺和料的再生混凝土。其中，再生粗骨料取代率为0%、50%、75%、100%，设计水灰比为0.4［2］，再生混凝土配合比见表3。

表3 混凝土试件的配合比

1.2 制作、养护和测试方法

考虑试验数据的离散性，每组制备了6个150 mm×150 mm×150 mm试件，以及6个直径Φ100 mm×50 mm的圆柱状试件，试件按规范《水工混凝土试验规程（SL 352—2006）》［3］成型，标准养护28 d后，分别进行相应的试验（每组取3个150 mm×150 mm×150 mm试件进行抗压强度试验，另取3个直径Φ100 mm×50 mm试件进行水渗透试验），剩余试件放入持载装置，加载装置见图1，试验持载荷载取抗压强度值的50%，待持载365 d后，再进行抗压强度测试和测定水渗透系数。

图1 加载装置

2 试验结果与分析

2.1 骨料替代率对再生混凝土抗压强度的影响

混凝土抗压强度随再生骨料替代率的变化见图2，再生混凝土28 d龄期试件（不受持载作用的再生混凝土）的抗压强度随替代率的增大而减小，分析原因主要是再生骨料的掺入，使混凝土内部空隙变大，易于产生应力集中，再生混凝土中存在许多弱界面过渡带，从而导致了再生混凝土抗压强度的降低［4-6］。当再生集料替代率为50%～75%时，其抗压强度值变化不大，相较于对比组强度下降也不明显。这验证了一些学者的研究结论：再生混凝土的最优再生骨料取代率将介于50%～75%之间［7-10］，原因是此时混凝土形成了较优的合成级配，并且再生集料吸水率大，导致水泥浆体的实际水灰比降低，再生混凝土抗压强度适当提高。

图2 再生混凝土的抗压强度值

此外，相同条件下，随着再生骨料替代率的提高，其抗压强度有降低趋势。

2.2 受载状态对再生混凝土抗压强度的影响

由图2可知，试验采用的对于受载作用的混凝土，其抗压强度值相较于不受持载作用、同等掺量的再生混凝土有较为明显的提高。分析其原因，一方面是受混凝土碳化的影响：即混凝土随时间的增长，其内部碱性物质Ca（OH）2逐渐与空气中的CO2发生化学反应后生成碳酸盐CaCO3和水，水从孔隙中蒸发后，Ca（OH）2与CO2的化学产物碳酸钙提高了混凝土的抗压强度；另一方面试件在长期持载的作用下，混凝土被逐渐压密，混凝土中孔隙率变小，一定程度上也对再生混凝土的抗压性能起到了促进作用。

2.3 破坏形态的分析

无论是受载或未受载的再生混凝土与普通混凝土的破坏形态基本相同。即混凝土试样受压到一定荷载时，在侧面上形成裂纹并继续扩展，随着载荷的不断增加，试样的表面开始出现大裂纹和剥离现象，中间剥离最为严重，最终形成破裂状态：中间较细，上、下较粗。

2.4 受载与再生粗骨料替代率对混凝土抗渗性能的影响

无论试件是否受载，再生混凝土的抗渗性能受再生粗骨料替代率的影响明显，从图3中可以看到，随着再生粗骨料替代率的增加，其抗渗性能逐渐变差。分析原因是再生粗骨料的表面一般包裹着硬化的水泥砂浆，水泥砂浆表面棱角多，当试件受水压时，混凝土内部出现许多细小裂缝，致使再生骨料的孔隙率变大，水越容易渗入，因此混凝土的抗渗性能就变差。

3 结语

再生混凝土的抗压强度随替代率的增大而减小，持载后的混凝土抗压强度略有提高；再生混凝土的抗渗性能均随替代率的增大而减小，持载作用也降低再生混凝土的抗渗能力。