余 芳， 姚大立， 胡紹金

(沈陽工業(yè)大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院， 沈陽 110870)

結(jié)合我國提出“節(jié)能減排”的基本國策，大力推廣應(yīng)用再生混凝土具有重要的現(xiàn)實意義.再生骨料混凝土技術(shù)是將廢棄混凝土經(jīng)過破碎、清洗、分級后，按一定的比例混合形成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制新混凝土的技術(shù)[1-2].目前再生骨料混凝土在國內(nèi)已有較多研究和工程應(yīng)用，但多為用再生骨料做部分替代[3-6].截止目前為止，以100%再生骨料作為粗骨料的再生骨料混凝土的試驗研究和工程應(yīng)用還鮮有報道.

此外，自密實混凝土作為高性能混凝土的一種，具有良好的工作性能，在越來越多重要建筑工程中得到廣泛應(yīng)用[7-9]，但是通過現(xiàn)有文獻檢索，在科學(xué)試驗研究和工程應(yīng)用中還鮮有以再生骨料作為粗骨料的自密實再生骨料混凝土的相關(guān)報道.

本文以100%再生骨料作為粗骨料，研究抗壓強度等級為C30～C50的自密實再生骨料混凝土(RA-SCC)的基本力學(xué)性能，并比較其與天然骨料混凝土(NA-C)、自密實天然骨料混凝土(NA-SCC)力學(xué)性能之間的差異，具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值.

1 試驗概況

1.1 試驗原材料

試驗用水泥為山水工源牌水泥，配制C30和C40混凝土?xí)r采用PS32.5級礦渣硅酸鹽水泥，配制C50混凝土?xí)r采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥，其表觀密度為3 100 kg/m3；粉煤灰采用沈西熱電廠生產(chǎn)的1級粉煤灰，其表觀密度為2 200 kg/m3；細骨料均采用含泥量小于1%的天然水洗中砂，其表觀密度為2 620 kg/m3；天然粗骨料采用遼寧撫順生產(chǎn)的石灰石碎石，再生粗骨料為試驗室強度等級為C50的廢棄混凝土試塊，首先通過最大粒徑為20 mm的顎式破碎機破碎，經(jīng)過180 L的立式攪拌機20 min強力攪拌，打磨去除骨料表面舊水泥漿，然后篩分而成，其實測主要性能如表1所示.減水劑采用遼寧省建筑科學(xué)研究院生產(chǎn)的LJ612型聚羧酸高效減水劑.

表1 粗骨料的基本性能Tab.1 Fundamental properties of coarse aggregate

1.2 試件設(shè)計與制作

本文試驗設(shè)計了3種強度(C30、C40、C50)、3種類型(天然骨料混凝土NA-C、天然骨料自密實混凝土NA-SCC、自密實再生混凝土RA-SCC)，共9種混凝土試件，試件配合比如表2所示.

表2 混凝土配合比Tab.2 Mixing proportions of concrete

基本力學(xué)性能試驗的加載制度參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)[10].采用130 L強制式攪拌機攪拌5 min后，將拌合物裝入試模中，NA-C混凝土置于振動臺上振實，NA-SCC和RA-SCC混凝土裝入試模后放置于水平地面，24 h后拆模，將拆模后的試件立即置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室內(nèi)進行養(yǎng)護至28 d后再進行試驗.

2 試驗及結(jié)果分析

2.1 劈拉強度

本文試驗采用劈拉試驗測定試件劈拉強度，采用試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的立方體，按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)測定混凝土的28 d劈拉強度ft，試驗結(jié)果如表3所示，其中，fcu為混凝土立方體抗壓強度.由表3可知，RA-SCC的劈拉強度發(fā)展規(guī)律與NA-C和NA-SCC相似，均隨著抗壓強度的提高而增大.將試件的劈拉強度與抗壓強度比值記作拉壓比[11]，由表3可以看出，抗壓強度等級為C30～C50的RA-SCC的拉壓比在1/17.4～1/15.4之間，比NA-SCC的拉壓比(1/15.2～1/12.9)降低了15.3%～21.9%，意味著RA-SCC的脆性比NA-SCC更大，表明粗骨料的自身特性對混凝土拉壓比有較大影響.與NA-C(1/13.0～1/12.6)相比，RA-SCC的拉壓比降低更多，達到23.4%～33.3%，這表明與NA-C相比，RA-SCC的脆性更加明顯，因此，普通混凝土抗震規(guī)范不宜直接用于RA-SCC的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在高烈度地震區(qū)使用RA-SCC結(jié)構(gòu)應(yīng)采取必要的構(gòu)造措施以保證結(jié)構(gòu)的抗震性能.

表3 劈拉強度試驗結(jié)果Tab.3 Test results of splitting tensile strength

2.2 棱柱體強度

棱柱體強度是混凝土構(gòu)件設(shè)計的主要指標(biāo)之一.本文采用試件尺寸為100 mm×100 mm×300 mm的棱柱體，按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)測得棱柱體強度fc，試驗結(jié)果如表4所示.由表4可知，RA-SCC的棱柱體強度隨抗壓強度的提高而提高，這與NA-C和NA-SCC的棱柱體強度發(fā)展規(guī)律一致.將各組試件的棱柱體強度與抗壓強度比值記作αc1，可以看出，抗壓強度等級為C30～C50的RA-SCC的αc1在1/1.28～1/1.20范圍內(nèi)，與NA-C的αc1(1/1.40～1/1.28)和NA-SCC的αc1(1/1.35～1/1.24)相比略有提高，這說明自密實再生混凝土棱柱體強度與抗壓強度的差異最小.

表4 棱柱體強度試驗結(jié)果Tab.4 Test results of prism strength

2.3 抗折強度

抗折強度是評價混凝土構(gòu)件受彎性能的一個重要指標(biāo).本文采用試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體，按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)測得混凝土28 d抗折強度fw，試驗結(jié)果如表5所示.由表5可知，隨著立方體抗壓強度的提高，RA-SCC的抗折強度緩慢提高，這與NA-C和NA-SCC的抗折強度發(fā)展相似.將抗折強度與立方體抗壓強度之比記作折壓比，可知抗壓強度等級為C30～C50的RA-SCC(1/18.2～1/18.0)和NA-SCC(1/18.7～1/18.1)的折壓比均約為1/18.0，這說明粗骨料的性質(zhì)對折壓比幾乎無影響.但與NA-C的折壓比(1/17.2～1/16.2)相比，RA-SCC的折壓比(1/18.2～1/18.0)較低，這意味著在相等抗壓強度下，RA-SCC的抗折強度明顯較小，因此，簡單地按普通混凝土規(guī)范進行自密實再生混凝土受彎構(gòu)件設(shè)計是不合適的.

表5 抗折強度試驗結(jié)果Tab.5 Test results of flexural strength

2.4 彈性模量

彈性模量是評價混凝土變形性能的主要指標(biāo)，反映了混凝土抵抗變形的能力.為了比較RA-SCC與NA-C、NA-SCC的變形性能，采用試件尺寸為100 mm×100 mm×300 mm的棱柱體，按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)測定混凝土28 d彈性模量Ec，試驗結(jié)果如表6所示.根據(jù)以往文獻成果，不同學(xué)者對于普通混凝土建立的彈性模量計算公式分別為

(1)

(2)

我國規(guī)范[12]采用的是式(1)形式，文獻[13]采用的是式(2)形式.根據(jù)本文得到的RA-SCC彈性模量試驗結(jié)果按以上各式進行擬合，發(fā)現(xiàn)用式(2)形式的計算值與試驗值吻合較好，其相關(guān)系數(shù)為0.998 8，表達式為

表6 彈性模量試驗結(jié)果Tab.6 Test results of elastic modulus

(3)

圖1為彈性模量與抗壓強度關(guān)系，表6為彈性模量試驗結(jié)果.由圖1和表6可知，NA-C與NA-SCC對應(yīng)的數(shù)據(jù)點均位于RA-SCC擬合曲線上方，這說明NA-C和NA-SCC的彈性模量均大于RA-SCC，這是由于再生骨料的彈性模量低于天然骨料而造成的.當(dāng)抗壓強度等級不小于C40時，NA-C的彈性模量相對RA-SCC擬合曲線的偏離程度遠大于NA-SCC，而當(dāng)抗壓強度等級小于C40時，NA-C的彈性模量相對RA-SCC擬合曲線的偏離程度與NA-SCC相近.這是因為當(dāng)水膠比較小(抗壓強度等級不小于C40)時，混凝土的彈性模量主要取決于骨料的彈性模量和含量，骨料含量越高，混凝土的彈性模量越大；而當(dāng)水膠比較大(抗壓強度等級小于C40)時，混凝土的彈性模量主要取決于水泥石的彈性模量，即水膠比的大小，此時骨料含量對彈性模量的影響較小.

圖1 彈性模量與抗壓強度關(guān)系Fig.1 Relationship between elastic modulus and compressive strength

3 結(jié) 論

本文對抗壓強度等級為C30～C50的RA-SCC、NA-C、NA-SCC進行劈拉、棱柱體抗壓、抗折以及彈性模量對比試驗，得到如下結(jié)論：

1) RA-SCC的劈拉強度隨混凝土抗壓強度的增加而增大，與NA-C和NA-SCC相比，RA-SCC的拉壓比更小，脆性更大；

2) RA-SCC的棱柱體強度隨混凝土抗壓強度的增加而增大，其棱柱體強度與抗壓強度的比值與NA-C、NA-SCC相比略有提高；

3) RA-SCC的抗折強度隨混凝土抗壓強度的增加而增大，其抗折強度與抗壓強度之比與NA-SCC基本相同，但顯著低于NA-C；

4) RA-SCC的彈性模量隨混凝土抗壓強度的增加而增大，其彈性模量低于NA-C和NA-SCC；

5) 根據(jù)試驗結(jié)果建立了RA-SCC的彈性模量與立方體抗壓強度的關(guān)系式，為RA-SCC的應(yīng)用提供了設(shè)計依據(jù).