牛會(huì)濤

(石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)第五公路工程處， 河北 石家莊 050000)

多因素條件下燒結(jié)磚再生骨料混凝土力學(xué)性能研究

牛會(huì)濤

(石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)第五公路工程處， 河北 石家莊 050000)

燒結(jié)磚再生骨料混凝土力學(xué)性能受到的影響因素較多，通過(guò)混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)與劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，研究了水灰比、砂率、再生骨料摻量、再生骨料的強(qiáng)度處理方式4種因素對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響。研究表明：再生骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度隨著水灰比的增大而降低，水灰比取0.75到0.80較為合適；在一定范圍內(nèi)，再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度與劈裂抗拉強(qiáng)度隨著砂率增大而降低，砂率取35%～40%為宜；對(duì)再生骨料混凝土強(qiáng)度要求較高時(shí)，利用燒結(jié)磚再生骨料替代天然骨料的比例應(yīng)控制在30%以?xún)?nèi)；對(duì)燒結(jié)磚再生骨料用水泥漿進(jìn)行包裹處理可有效提高骨料的性能。

燒結(jié)磚; 再生骨料混凝土； 力學(xué)性能

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷深化，舊城改造、城中村拆除等工程產(chǎn)生了大量的建筑垃圾，僅鄭州市2015年產(chǎn)生的建筑垃圾就近1億t[1-3]。建筑垃圾的“圍城”、“堆山”現(xiàn)象日益嚴(yán)重，不僅污染環(huán)境占用耕地，而且存在的滑坡危險(xiǎn)也是重大安全隱患。建筑垃圾資源化利用是解決此問(wèn)題的唯一途徑，其中將建筑垃圾破碎篩分形成再生骨料制備再生骨料混凝土是一個(gè)熱門(mén)方向[4,5]。目前研究主要集中在利用廢舊混凝土制備再生骨料混凝土，建筑垃圾中燒結(jié)磚含量大，破碎篩分時(shí)較難將燒結(jié)磚骨料與混凝土骨料分開(kāi)，廢舊燒結(jié)磚骨料的性能相對(duì)于廢舊混凝土骨料比較差，因此研究燒結(jié)磚再生骨料混凝土的性能是非常必要的。文章研究了燒結(jié)磚再生粗骨料的水灰比、砂率、再生骨料摻量、再生骨料的強(qiáng)度處理方式4種因素對(duì)再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度的影響。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

再生骨料為民用建筑中磚混結(jié)構(gòu)拆除后，廢舊燒結(jié)磚破碎篩分而得，原磚的等級(jí)經(jīng)測(cè)試可達(dá)Mu10級(jí)，粒徑為5～20 mm；天然骨料為石灰?guī)r碎石，骨料的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。水泥為強(qiáng)度等級(jí)為32.5的礦渣硅酸鹽水泥，砂為河砂，水為自來(lái)水。

表1 骨料主要性能指標(biāo)骨料表觀密度/(kg·m-3)含水率/%吸水率/%壓碎值/%天然骨料2660088065162再生骨料24102211421186

1.2 試驗(yàn)方法

按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)要求，制備150 mm×150 mm×150 mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，每組制作3個(gè)試件。試件振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)成型，24 h拆模后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d，然后進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)。本文主要研究再生骨料混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度，分別按照相應(yīng)的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。

2 水灰比對(duì)再生骨料混凝土性能的影響

利用燒結(jié)磚骨料，設(shè)計(jì)水灰比為0.70、0.75、0.80、0.85的4個(gè)對(duì)照組，砂率取36%，配合比見(jiàn)表2。制備4組混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

圖1為不同水灰比對(duì)燒結(jié)磚再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度的影響。

表2 不同水灰比時(shí)再生骨料混凝土配合比水灰比用水量/kg水泥用量/kg砂率/%07034048636075340453360803404253608534040036粗骨料/kg砂/kg配合比9958201∶07∶169∶20511208521∶075∶188∶2479758801∶08∶207∶22910989051∶085∶226∶275

圖1 水灰比對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

由圖1a可知，水灰比對(duì)再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響較為明顯，整體呈波動(dòng)性，水灰比在0.75到0.85之間時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度較為穩(wěn)定，且出現(xiàn)了一定程度的上升，當(dāng)水灰比超過(guò)0.85時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度急劇下降。由圖1b可知，再生骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度隨著水灰比的增大而降低，且水灰比在0.70到0.75之間時(shí)降低的幅度比較大，水灰比大于0.75時(shí)降低的幅度較小。考慮到磚骨料具有較大的吸水性，水灰比取0.75到0.80較為合適。

原因分析：水灰比對(duì)水泥漿的稠度具有直接影響，當(dāng)水灰比增大時(shí)，水泥漿的稠度降低，其自身的流動(dòng)性顯著提高，混凝土拌合時(shí)和易性較好。但水灰比過(guò)大時(shí)，水泥漿與骨料之間的粘聚作用減弱，且多余的水分蒸發(fā)后在混凝土中形成大量空隙，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低。

3 砂率對(duì)再生骨料混凝土性能影響

砂率是混凝土中砂的比例，砂率對(duì)混凝土中集料級(jí)配、空隙率和總表面積有很大影響。設(shè)計(jì)水灰比在0.75條件下，再生骨料制備砂率分別為35%、40%、45%、47%的4組混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行試驗(yàn)，4組試件其配合比如表3所示。

表3 不同砂率時(shí)再生骨料混凝土配合比水灰比用水量/kg水泥用量/kg砂率/%07533044035075320427400753504674507534045347粗骨料/kg砂/kg配合比9349641∶075∶219∶21210037581∶075∶178∶23512006491∶075∶139∶25711755321∶075∶117∶259

圖2為不同砂率對(duì)燒結(jié)磚再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度的影響。

圖2 砂率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的影響

由圖2a可知，再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度隨著砂率增大而降低，砂率從35%升高到47%時(shí)，抗壓強(qiáng)度值降低了約3 MPa，降低的幅度不大。由圖2b可知，當(dāng)砂率從35%增大到45%左右時(shí)，劈裂抗拉強(qiáng)度隨著砂率的增大而降低，當(dāng)砂率增大到47%時(shí)，強(qiáng)度又出現(xiàn)了一定程度上的增大，增大的幅度約0.03 MPa，不太明顯。因此，砂率取在35%到40%之間較為合適。

原因分析：在一定范圍內(nèi)，砂率增大時(shí)混凝土中粗骨料比例降低，細(xì)骨料比例增加，但水泥用量是不變的，此時(shí)水泥漿比較稀，拌合物容易出現(xiàn)離析和泌水現(xiàn)象，造成骨料與漿體界面黏聚力變?nèi)?，形成的混凝土密?shí)度較差，所以混凝土的抗壓強(qiáng)度與劈裂抗拉強(qiáng)度整體上隨著砂率的增大而降低。

4 燒結(jié)磚再生骨料取代率對(duì)再生混凝土性能的影響

設(shè)計(jì)再生骨料摻量為0、30%、50%、70%、100% 5種規(guī)格，砂率取36%，水灰比取0.75，配合比如表4所示。

表4 不同再生骨料摻量再生骨料混凝土配合比編號(hào)摻量/%水泥用量/kg用水量/kg砂/kg再生骨料/kg天然骨料/kg1039721171401270230426251696333889350444278683554635470462303670775381510049034365111070

圖3為燒結(jié)磚骨料摻量對(duì)再生混凝土28 d齡期時(shí)的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。

圖3 再生骨料摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖3可知，隨著燒結(jié)磚再生骨料摻量的增加，再生混凝土抗壓強(qiáng)度總體呈下降趨勢(shì)，燒結(jié)磚再生骨料摻量在30%、50%、70%、100%時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度分別降低了2%、13.8%、12.2%、18.1%。

原因分析：燒結(jié)磚再生骨料與天然骨料相比，強(qiáng)度值較低，吸水率和壓碎值較大。同時(shí)再生骨料在制備時(shí)出現(xiàn)的裂隙及與原砂漿的清理不干凈問(wèn)題，都對(duì)骨料的性質(zhì)造成了較大的影響。再生混凝土在受到外部荷載作用時(shí)，再生骨料的高孔隙率及裂隙容易在混凝土內(nèi)部形成應(yīng)力集中，宏觀上造成了混凝土試件強(qiáng)度的降低，且隨著再生骨料摻量的增加，這種劣化效應(yīng)更為明顯。當(dāng)燒結(jié)磚再生骨料的摻量在30%以?xún)?nèi)時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度變化不明顯，因此當(dāng)對(duì)再生混凝土強(qiáng)度要求較高時(shí)，利用燒結(jié)磚再生骨料替代天然骨料的比例應(yīng)控制在30%以?xún)?nèi)為宜。

5 骨料強(qiáng)化對(duì)再生混凝土性能的影響

由于燒結(jié)磚再生骨料表面具有很多空隙，有較高的吸水性，骨料缺陷明顯，利用水泥漿對(duì)骨料進(jìn)行包裹處理可以顯著提高骨料的性能。一次處理指的是對(duì)骨料水泥包裹處理一次，二次處理為在一次處理后，待骨料干了再用水泥漿包裹處理一次。分別對(duì)一次處理和二次處理的骨料制作混凝土試件進(jìn)行試驗(yàn)，骨料的含水率情況與混凝土抗壓強(qiáng)度如圖4、圖5所示。

圖4 不同齡期下處理方式對(duì)骨料含水率的影響

圖5 不同齡期下處理方式對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

由圖4可知，包裹處理后的磚骨料含水率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低，前4天下降的趨勢(shì)比較明顯，第4～6天，下降趨勢(shì)逐漸平穩(wěn)；在0～6 d，二次處理的磚骨料的含水率低于同等條件下一次處理的骨料，6 d以后，一次處理和二次處理的骨料含水率較為接近。由圖5可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，包裹處理的再生混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸變大，且磚骨料二次處理的混凝土抗壓強(qiáng)度基本上大于磚骨料一次處理的混凝土，其中包裹處理后4～6 d時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度值較為穩(wěn)定。因此選取二次水泥漿包裹處理的磚骨料在處理4～6 d后進(jìn)行混凝土的制備較好。

原因分析：燒結(jié)磚微觀上是多孔結(jié)構(gòu)，因此再生磚骨料孔隙率大，且表面粗糙，具有較多棱角，骨料制備時(shí)破碎造成骨料可能存在一定的裂隙，進(jìn)一步劣化了骨料的各項(xiàng)力學(xué)性能。采用水泥漿對(duì)骨料進(jìn)行包裹，漿體進(jìn)入骨料的空隙中，對(duì)骨料的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行了強(qiáng)化，在制備混凝土?xí)r處理過(guò)的骨料與新的水泥漿的結(jié)合度更好，所以包裹處理可以降低燒結(jié)磚骨料的含水率，提高再生混凝土的強(qiáng)度。且隨著包裹處理時(shí)間的延長(zhǎng)，包裹效果更好，這種效應(yīng)隨之變強(qiáng)，二次處理相對(duì)于一次處理，水泥漿對(duì)磚骨料的包裹更為徹底，因此混凝土的強(qiáng)度也相對(duì)更高。

6 結(jié)語(yǔ)

1) 再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度隨著水灰比的增大而降低，水灰比取0.75到0.80較為合適；在一定范圍內(nèi)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度與劈裂抗拉強(qiáng)度隨著砂率增大而降低，砂率取35%～40%為宜。

2) 隨著燒結(jié)磚再生骨料摻量的增加，再生混凝土抗壓強(qiáng)度總體呈下降趨勢(shì)，當(dāng)對(duì)再生混凝土強(qiáng)度要求較高時(shí)，利用燒結(jié)磚再生骨料替代天然骨料的比例應(yīng)控制在30%以?xún)?nèi)。

3) 對(duì)燒結(jié)磚再生骨料用水泥漿進(jìn)行包裹處理可有效提高骨料的性能，且二次包裹處理的效果更好。選取二次水泥漿包裹處理的燒結(jié)磚骨料在處理4～6 d后進(jìn)行混凝土的制備為宜。

[1] 謝玲君，翟愛(ài)良，等.燒結(jié)磚瓦再生骨料級(jí)配對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2010，8(6)：52-55.

[2] 肖建莊，李佳彬，等.再生混凝土的抗壓強(qiáng)度研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，32(12)：1558-1561.

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1008-844X(2016)04-0055-03

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