王占鋒，王社良，翁光遠(yuǎn)

(1.西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院，陜西西安710055;2.陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院公路工程系，陜西西安710018)

0 引言

隨著城市改造廢棄混凝土引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題日益突出，直接丟棄不僅要占用大量的耕地污染環(huán)境，而且還要花費(fèi)大量運(yùn)費(fèi).有效回收利用廢棄混凝土形成再生混凝土，對(duì)于保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源具有重要意義［1］.近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，取得了很多成果.但是，以往的研究中大多采用再生粗骨料全部替代天然粗骨料，未能充分反映不同再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土力學(xué)性能的影響［2－3］.再生混凝土與天然骨料混凝土相比，組成成分復(fù)雜，在破碎過(guò)程中，兩種混凝土的基本性能相差較大.若要將再生混凝土用到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，對(duì)其強(qiáng)度指標(biāo)和彈性模量進(jìn)行測(cè)試非常重要.因此，筆者對(duì)再生混凝土的基本力學(xué)性能進(jìn)行研究，并將不同再生粗骨料取代率的混凝土試驗(yàn)結(jié)果與天然骨料混凝土進(jìn)行對(duì)比分析，找出強(qiáng)度指標(biāo)之間的變化規(guī)律，為再生混凝土的后續(xù)研究提供參考依據(jù).

1 再生混凝土配合比設(shè)計(jì)

為研究不同再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土力學(xué)性能的影響，選定0%、30%、50%、70%和100%5種不同取代率進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定其立方體抗壓強(qiáng)度、棱柱體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和彈性模量，試驗(yàn)方法按照GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行［4］.再生混凝土配合比設(shè)計(jì)［5］如表1，拌合投料順序如圖1.

表1 再生混凝土配合比Tab.1 Recycled concrete mix

圖1 再生混凝土投料流程Fig.2 Transverse and longitudinal

2 再生混凝土的力學(xué)性能

2.1 再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度

觀察再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試件破壞的全過(guò)程，發(fā)現(xiàn)其破壞形態(tài)與普通混凝土相似，如圖2.試驗(yàn)結(jié)果如圖3.分析圖3可知：隨著再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度逐漸提高.當(dāng)再生粗骨料取代率為0%時(shí)，再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度為32.70 MPa，當(dāng)再生粗骨料取代率為30%、50%、70%和100%時(shí)，再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度比普通混凝土分別提高了10%、6%、20%和20%，平均值為14%.

2.2 再生混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度

觀察再生混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度試件破壞的全過(guò)程，發(fā)現(xiàn)其破壞形態(tài)與普通混凝土相似，見(jiàn)圖4.試驗(yàn)結(jié)果如圖5.分析圖5可知：隨著再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度逐漸提高.當(dāng)再生粗骨料取代率為30%、50%、70%和100%時(shí)，再生混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度比普通混凝土分別提高了33%、28%、46%和45%，平均值為38%.出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因與再生粗骨料的性能有關(guān)，再生混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度隨著再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的增加而提高，這與普通混凝土的變化規(guī)律一致［6］.

2.3 再生混凝土抗拉強(qiáng)度

觀察再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度試件破壞的全過(guò)程，發(fā)現(xiàn)其破壞形態(tài)與普通混凝土相似，見(jiàn)圖6.試驗(yàn)結(jié)果如圖7.分析圖7可知：隨著再生骨料取代率的不斷增加，再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度均有所降低，但總體來(lái)說(shuō)，其劈裂抗拉強(qiáng)度變化不大.分析原因可能是再生粗骨料的多孔結(jié)構(gòu)所決定的，多孔結(jié)構(gòu)改變了界面過(guò)渡區(qū)水化產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致劈裂抗拉強(qiáng)度降低.在結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)以后，再生混凝土的強(qiáng)度將會(huì)得到提高.

2.4 再生混凝土抗折強(qiáng)度

觀察再生混凝土抗折強(qiáng)度試件破壞的全過(guò)程，發(fā)現(xiàn)其破壞形態(tài)與普通混凝土相似，見(jiàn)圖8.試驗(yàn)結(jié)果如圖9.分析圖9可知：隨著再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土的抗折強(qiáng)度呈先降低后提高的變化趨勢(shì).隨著再生粗骨料取代率的增加，其吸水率也就增加，水泥漿體中的實(shí)際水灰比增大，砂漿強(qiáng)度隨著降低，所以再生混凝土抗折強(qiáng)度會(huì)降低，當(dāng)再生粗骨料取代率增加到100%，再生混凝土抗折強(qiáng)度完全取決于再生粗骨料的強(qiáng)度.

2.5 再生混凝土彈性模量

再生混凝土彈性模量的測(cè)試方法和試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖10和圖11.分析圖11可知，再生混凝土的彈性模量隨著再生粗骨料取代率的增加而降低.產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因有兩個(gè)方面，一是再生粗骨料的孔隙率大，二是再生粗骨料中含有大量廢棄水泥砂漿，為多孔物質(zhì)，對(duì)彈性模量產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)遠(yuǎn)大于正效應(yīng).

圖8 再生混凝土抗折破壞形態(tài)圖Fig.8 Failure of flexural strength of RAC

3 再生混凝土力學(xué)性能指標(biāo)間換算關(guān)系

綜合分析國(guó)內(nèi)外對(duì)于混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與棱柱體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和之間的彈性模量換算關(guān)系［6－9］，得出它們之間的關(guān)系方程為結(jié)合本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果，通過(guò)非線性回歸得出以下關(guān)系式，如表2.經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)所得到的關(guān)系式的擬合精度很高，分別為90%、93%、97%和90%，能較好地反映實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，更貼近真實(shí)情況.

表2 再生混凝土力學(xué)性能指標(biāo)間的換算關(guān)系Tab.2 Conversion relationship of mechanical property

4 結(jié)論

(1)再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度和棱柱體抗壓均隨著再生粗骨料取代率的增加而逐漸提高，且棱柱體抗壓強(qiáng)度隨著立方體抗壓強(qiáng)度的提高而提高，而彈性模量是隨著再生粗骨料取代率的提高而降低.產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因有兩個(gè)方面，一是再生粗骨料的表面粗糙程度比較大，二是再生粗骨料表面包裹著水泥砂漿.

(2)隨著再生粗骨料取代率的不斷增加，再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度均有一定程度的降低，但總體來(lái)說(shuō)，其劈裂抗拉強(qiáng)度變化不大;而抗折強(qiáng)度是先降低后提高.再生粗骨料的多孔結(jié)構(gòu)改變了界面過(guò)渡區(qū)水化產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)，是其主要影響因素也是需要我們進(jìn)一步研究的問(wèn)題.

(3)結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用非線性回歸方法，建立再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與棱柱體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度以及彈性模量的換算公式，這對(duì)以后再生混凝土的試驗(yàn)研究和強(qiáng)度預(yù)測(cè)有一定的借鑒作用.

［1］張雷順，張曉磊，閆國(guó)新.再生混凝土無(wú)腹筋梁斜截面受力性能試驗(yàn)研究［J］.鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2006，27(2)：18 －23.

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［3］LIMBACHIY M C，LEELAWAL T，DHIRR K.Use of recyeled conerete aggregate in high-strength conerete［J］.Materials and Struetores，2000，33(233)：5 －8.

［4］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB/T 50081—2002，普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2003.

［5］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ 55—2011，普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2011.

［6］過(guò)鎮(zhèn)海，時(shí)旭東.鋼筋混凝土原理和分析［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003：30 －42.

［7］中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB 50010—2011，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2011.

［8］李佳彬.再生混凝土基本力學(xué)性能研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)建筑工程系，2004.

［9］RIRUAL A R M.The influence of recycled aggregate concrete on the early compressive strength and drying shrinkage of conctere［C］.Proceedings of the international conference on strucrural engineering，Mechanics and Computation.Cape Town，South Africa，2001，8(8)：1415 －1421.