包浆再生粗骨料对混凝土力学性能影响研究

王轩,李乐帅 （.重庆文理学院，重庆 40260；2.菲律宾克里斯汀大学国际学院，菲律宾马尼拉 0900)

0 引言

随着我国经济的持续稳定发展，绿色经济和环保越来越重要，在建筑行业，对建筑废料的重复循环利用正变为愈来愈重要的一个课题，再生粗骨料混凝土正是其中不可忽视的一项研究内容[1]。但再生粗骨料混凝土与普通天然骨料混凝土相比具有吸水率高、密度低、坚固性差等缺点[2]，难以满足人们对混凝土力学性能的要求。而对粗骨料进行包浆处理能改善再生粗骨料混凝土的力学性能，实现对建筑废物的循环利用。本试验从再生骨料的强化着手，通过使用不同的包浆水泥的强度、不同的粉煤灰的掺取量、不同的减水剂掺量以及不同的再生骨料代替率来研究这些因素对再生粗骨料混凝土的力学性能所产生的影响，以及对未来实际项目中应用的重要意义[3]。

1 试验

1.1 原料

①水泥：某水泥厂生产的不同型号的普通硅酸盐水泥；

②粉煤灰：重庆海煌建材有限公司生产的1级粉煤灰；

③粗骨料：某学校实验室废弃的混凝土，原混凝土强度等级为C30，机械破碎后筛选出5mm～20mm，利用部分或全部再生粗骨料取代天然粗骨料；

④细骨料：砂子，细度模数2.0，泥块含量0.7%；

⑤减水剂：江苏博特新材料有限公司生产的SBT高效减水剂；

⑥包浆再生粗骨料：对原废弃的混凝土使用水胶比为0.5粉煤灰掺量为30%的水泥浆对表面进行包浆处理，包浆完成后置于阴凉处直到不再相互粘结时放入养护室养护28天后取出晾干，各种骨料的基本性能见表1。

1.2 试验方案

试验采用粉煤灰掺量、减水剂掺量、再生粗骨料替代率、包浆水泥的强度四个因素，每个因素下设置四个水平构成四因素四水平正交试验，依据正交表L16（45）安排试验，因素水平见表2，其中粉煤灰按照等质量替代水泥的方式掺入，减水剂按照胶凝材料的百分比掺入[4]。

正交因素、水平表 表2

为了符合试验的需求，分别制作尺寸为100mm×100mm×100mm的试件用于混凝土的抗压与劈裂抗拉试验和100mm×100mm×400mm的试件用于抗折试验，正交试验数据见表3。

混凝土力学性能试验配合比表 表3

2 试验结果与分析

混凝土正交实验结果表 表4

先分析各个因素在不同的水平状况下对力学性能的影响。用每个因素在同一水平状态下的抗压、劈拉、抗折强度的平均值来作为参考数据。

①粉煤灰掺量。从表5和图1可以看出，随着粉煤灰的掺量不断增加，再生混凝土的抗压、劈拉、抗折强度三项指标都在减小，在水平4时达到最低。

图1 粉煤灰掺量图

表5

②包浆水泥的强度。从表6和图2可以看出，在对再生粗骨料混凝土进行包浆处理后再生混凝土的力学性能得到了明显改善，在实验进行过程中，混凝土的和易性相比未包浆的混凝土也得到了改善。但随着包浆水泥强度的不断提升，再生混凝土的力学性能又下降，包浆水泥强度为水平2时再生混凝土的抗压强度和劈拉强度达到最大值，分别为44.125MPa和1.3375MPa。

图2 包浆水泥的强度图

表6

③再生粗骨料替代率。从表7和图3可以看出随着再生粗骨料的替代率不断升高，再生混凝土的抗压、劈拉、抗折强度的总体趋势是先升高后降低，不同的是再生混凝土的抗压强度和劈拉强度是在替代率为水平2（20%）时达到最大值，而抗折强度则是在替代率为水平3（30%）时达到最大值。

图3 再生粗骨料替代率

表7

④减水剂掺量。从表8和图4可以看出再生混凝土的抗压强度和抗折强度都是随着减水剂掺量的增加先上升后下降，并且两者都是在各自的第二水平时达到最高值，而劈拉强度则随着减水剂掺量的增加而减少。

图4 减水剂掺量

表8

因为每个因素并不是在同一个水平下三个力学性同时达到最高值，因此单独分析每个因素对三个力学性能的影响还无法得出最佳方案，需要将四个因素结合起来，通过极差分析，找出对力学系能影响最大的因素后再权衡做出最佳方案。

由极差分析表（表9）可得四项因素对抗压强度的影响由大到小是粉煤灰掺量＞包浆水泥的强度＞减水剂掺量＞再生粗骨料替代率，保证抗压强度最大的方案是A1（代表A因素的水平1，下同）、B2、C2、D2。对劈拉强度的影响情况来讲，粉煤灰的掺量造成的影响最大，之后是包浆水泥的强度以及减水剂的掺量产生影响最小的因素是再生粗骨料替代率，保证劈拉强度达到最大的方案是A1、B2、C2、D1。对抗折强度的影响情况是粉煤灰掺量造成的影响最大，之后是再生粗骨料替代率以及减水剂掺量，影响最小的是包浆水泥的强度，保证抗折强度达到最大的方案是A1、B3、C3、D2。

极差分析表 表9

综上，粉煤灰掺量A在三个力学性能中都是在A1水平下达到最高值，而在包浆水泥的强度B中抗压强度和劈拉强度都是在B2水平下达到最大值而抗折强度则是在B3水平下达到最大值，但在抗折强度中B的极差为最低的0.2，所以B对抗折强度的影响最小，而B在前两项力学性能的影响力又排在第二，因此包浆水泥强度的最佳方案应为B2水平。

再生粗骨料替代率C在抗压强度和劈拉强度中都是在C2水平下达到最大值，在抗折强度中是在C3水平下达到最大值，而再生粗骨料替代率在前两项力学性能中的影响程度是最低的，而在抗折强度中的影响力又是第二高，因此为了实现总体力学性能最优，应选用C3水平下的粗骨料替代率。

减水剂掺量D抗压强度和抗折强度中是在D2水平下达到最大值，而在劈拉强度中是在D1水平下达到最大值，而减水剂掺量在抗压、劈拉、抗折强度三项指标中的影响力都是第三，因此无法通过极差来直接确定。经计算D2水平下的抗压强度相较D1提升0.48%，抗折强度相较D1提升5.36%，而D1水平下的劈拉强度相较D2提升了0.19%，综上根据计算数据可以得知D2水平下的减水剂掺量对力学性能的提升更大。最佳方案为A1、B2、C3、D2。

3 结论

经过试验后可得知再生混凝土在包浆的情况下相比于不包浆有较大程度的提升，且使用配比为粉煤灰掺量25%，包浆水泥的强度32.5R，再生粗骨料替代率30%，减水剂掺量为0.9%的再生粗骨料混凝土可以得到最佳的力学性能。