李丹丹, 海 然, 李樂峰， 王文迪， 王帥旗

(中原工學院 建筑工程學院， 鄭州 450007)

在我國現(xiàn)代城市化進程中，每年幾十億噸建筑垃圾的堆放給環(huán)境造成了巨大的負擔。為了緩解建筑垃圾的持續(xù)堆放帶來的環(huán)境壓力，利用建筑垃圾制備再生骨料，制成再生混凝土，成為建筑垃圾處理的重要途徑之一。

近年來，對再生骨料和再生混凝土的研究和應(yīng)用引起了國內(nèi)外相關(guān)專家學者的廣泛關(guān)注。與天然骨料相比，再生骨料的表觀密度和堆積密度較低、吸水率大、壓碎指標高[1-2]。再生混凝土配合比設(shè)計比普通混凝土更加復雜，對再生混凝土配合比進行設(shè)計時，一般主要考慮再生骨料的高吸水率[3-5]。通過預(yù)先吸水飽和，計算再生骨料吸水量，利用吸水量多的再生骨料進行混凝土配合比設(shè)計，如此制備的再生混凝土拌合物的工作性明顯改善。研究還發(fā)現(xiàn)，再生骨料經(jīng)物理或者化學強化后，制備出的再生混凝土性能得到改善。如：Vivian W Y等[6]等采用二次攪拌工藝顯著提高了再生混凝土的抗壓強度；張學兵[7]等采用DSP漿液預(yù)處理的方法獲得的再生骨料混凝土的強度優(yōu)于基準再生混凝土；朋改非等[8]證明采用“加熱剝離附著砂漿”的方法對再生骨料進行改性，所得再生混凝土力學強度更優(yōu)。

綜上所述，關(guān)于再生混凝土的配合比和再生骨料改性的研究已相當成熟，但是關(guān)于再生骨料取代率對再生混凝土工作性和力學性能影響的研究相對較少。本文旨在研究再生骨料取代率對再生混凝土抗壓強度、抗折強度和劈裂抗拉強度的影響，分析再生混凝土拉壓比和折壓比的變化規(guī)律。

1 實 驗

1.1 實驗材料

水泥：P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥，性能參數(shù)見表1；細骨料：市售河砂，表觀密度為2 600 kg/m3，堆積密度為1 580 kg/m3，細度模數(shù)為2.48，含泥量為5.3%；粗骨料：市售河砂，5～25 mm連續(xù)級配，表觀密度為2 890 kg/m3，堆積密度為1 600 kg/m3，吸水率為1.9%；再生骨料：許昌金科再生資源有限公司生產(chǎn)，5～25 mm連續(xù)級配，表觀密度為2 550 kg/m3，堆積密度為1 460 kg/m3，吸水率為8.9%，紅磚質(zhì)量占比25%；水：普通自來水；減水劑：德國西卡生產(chǎn)，減水率為30%。

表1 普通硅酸鹽水泥P.O42.5的性能參數(shù)

1.2 實驗設(shè)計

本實驗利用坍落度為200 mm的C60普通混凝土作為基準混凝土。選取的再生骨料質(zhì)量取代率為0、20%、30%、40%、50%、60%。再生混凝土，配合比見表2。

表2 再生混凝土的配合比

實驗采用的混凝土抗壓、劈拉試塊的尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，抗折試塊尺寸為100 mm×100 mm×400 mm。按照《普通混凝土拌合物性能實驗方法標準》(GB/T50080-2011)，用坍落度筒法對混凝土拌合物工作性進行測試，確定其流動性，用觀察法判斷其保水性和粘聚性。按照《普通混凝土力學性能實驗方法》(GB/T50081-2011)，用最大壓力值為1 000 kN的液壓式壓力機對混凝土試塊進行抗壓、劈拉和抗折強度測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 再生骨料取代率對再生混凝土工作性的影響

不同再生骨料取代率的再生混凝土坍落度實驗結(jié)果見圖1。

圖1 取代率與坍落度的關(guān)系曲線圖

由圖1可知，隨著再生骨料取代率的增加，坍落度呈迅速下降趨勢，混凝土由200 mm的大流動性混凝土降至10 mm的低塑性混凝土。其原因是，再生骨料自身的孔隙率和吸水率較大，自身需要大量的自由水。隨著再生骨料取代率的增加，用于混凝土拌和的自由水逐漸減少，導致混凝土拌合物的流動性降低，坍落度下降。此外，再生骨料自身攜帶的水泥漿與新的水泥漿同時水化，基體的粘結(jié)性增強，也會導致混凝土拌合物坍落度下降。

2.2 再生骨料取代率對再生混凝土抗壓性能的影響

不同再生骨料取代率的再生混凝土力學性能實驗結(jié)果見表3。

表3 不同再生骨料取代率的再生混凝土的力學參數(shù)

由于再生混凝土內(nèi)部薄弱界面相對較多，相比普通混凝土，強度略有降低。但是，隨著再生骨料取代率的增加，在再生骨料取代率小于30%時，再生混凝土28 d抗壓強度基本沒受影響；當再生骨料取代率為30%～50%時，再生混凝土的抗壓強度略低于再生骨料取代率小于30%時的再生混凝土；當再生骨料取代率為60%時，它的28 d抗壓強度較基準混凝土下降了19%。再生骨料自身未水化的水泥漿加水后會繼續(xù)水化，從而與基體接觸得更緊密，增強了骨料與水泥漿界面的粘結(jié)能力，因此再生骨料取代率低的再生混凝土抗壓強度與基準混凝土差別不大。對于再生骨料取代率高的再生混凝土，因為再生骨料是由混凝土塊破碎而來，自身強度較天然骨料低，用它們制配的再生混凝土抗壓強度較基準混凝土低。對于再生混凝土的早期強度，隨著再生骨料取代率的增加，再生骨料孔隙率增大，為早期的混凝土水化提供空間和水分的能力降低，從而造成再生混凝土早期強度較基準混凝土差。

另外，隨著再生骨料取代率的增加，當再生骨料取代率小于50%時，它們的抗折強度可以達到C50級混凝土國家標準；當再生骨料取代率為60%時，再生混凝土的抗折強度較基準混凝土降低了52%。這是因為隨著再生骨料取代率的增加，再生骨料表面失去活性的老化水泥漿數(shù)量也相應(yīng)增加，無法與基體更好地結(jié)合，而混凝土的抗折強度主要依賴于水泥漿與集料界面的結(jié)合強度，所以再生骨料取代率為60%的再生混凝土抗折強度降低。對于再生混凝土的抗拉強度而言，當再生骨料取代率為20%、30%時，再生混凝土的抗拉強度分別高出基準混凝土的1.8%、0.7%。這是因為:一是再生骨料收縮變形較大，能承受較大的劈拉變形[9-10]；二是再生骨料表面機械嚙合力和化學作用力提高了再生混凝土承受豎直變形的能力。

2.3 再生骨料取代率對再生混凝土彎拉性能的影響

再生混凝土的折壓比和拉壓比與再生骨料取代率的關(guān)系見圖2。

圖2 不同再生骨料取代率的再生混凝土的折壓比和拉壓比

由圖2可以看出，隨著再生骨料取代率的增加，再生混凝土的折壓比整體呈下降趨勢，除取代率60%之外，由其他取代率再生骨料所得再生混凝土的折壓比均滿足要求。再生混凝土的拉壓比在取代率為0～40%時呈上升趨勢。在取代率為40%時超過基準混凝土拉壓比的6.7%，這是因為此時再生骨料收縮與基體收縮同步，再生骨料與水泥砂漿粘結(jié)強度最大。

3 結(jié) 論

隨著再生骨料質(zhì)量取代率的增加，再生混凝土拌合物的坍落度由200 mm降到10mm。當再生骨料取代率在50%以內(nèi)時，配制的再生混凝土的力學性能與基準混凝土差別不大；當再生骨料取代率大于50%時，配制的再生混凝土的力學性能較基準混凝土有所下降。隨著再生骨料取代率的增加，再生混凝土的拉壓比表現(xiàn)平穩(wěn)，折壓比逐漸下降。綜合分析可知，當再生骨料取代率小于50%時，配制的再生混凝土的脆性特征得以改善。根據(jù)不同再生骨料取代率的再生混凝土的力學性能和工作性，在再生骨料取代率為30%～50%時更適合發(fā)揮再生混凝土的優(yōu)勢。

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