吳炫儒 方光秀 許珉豪 李忠信

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002)

稻谷是我國第一大糧食作物，稻殼是稻谷加工后的廢棄物。在農(nóng)村，稻殼僅被看作一種廉價的燃料，有時也被當(dāng)成垃圾扔掉，有的農(nóng)民甚至把稻殼和稻草一起放把火燒掉，對環(huán)境造成惡劣影響。研究人員王維紅等[1]表示，在燃燒稻殼或制造水泥過程中將會產(chǎn)生大量的二氧化碳，是整治環(huán)境污染之必項(xiàng)。如果用稻殼灰來制造復(fù)合水泥，摻入到土木工程的混凝土中，就可以顯著減少二氧化碳的排放。根據(jù)研究人員的反復(fù)試驗(yàn)[2]，利用稻殼灰的活性，在復(fù)合水泥中來自稻殼灰的成分可以占到20%。

再生骨料是指由廢棄混凝土塊破碎篩分后得到的再生粗、細(xì)骨料。研究人員鄧壽昌等[3]僅采用再生粗骨料配制成再生混凝土,其抗壓強(qiáng)度與普通混凝土相比幾乎不下降,甚至還略高一些,但水泥用量要增加。研究表明，廢棄混凝土再生利用是完全可行，再生骨料與天然骨料相比，其在物理性質(zhì)、力學(xué)性能方面存在差異。目前，再生骨料和稻殼灰的復(fù)摻對混凝土性能的影響研究甚少，所以本文通過稻殼灰等量取代水泥定量為20%、再生骨料取代天然骨料為變量，進(jìn)行復(fù)摻對混凝土物理性質(zhì)和力學(xué)性能影響研究，在現(xiàn)行普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程的基礎(chǔ)上，提出帶修正系數(shù)的該混凝土強(qiáng)度配制公式，同時給出最佳取代量，齡期與抗壓強(qiáng)度關(guān)系擬合方程，為工程應(yīng)用提供借鑒。

1 試驗(yàn)材料與方案

1.1 試驗(yàn)材料

1)水泥：選用吉林省北方水泥有限公司生產(chǎn)的“廟嶺”牌普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級為42.5 MPa；2)天然細(xì)骨料：選用吉林省延吉市的河砂；屬于中砂，表觀密度為2 600 kg/m3，含水率為0%；3)稻殼灰：選用湖北省恩施州巴東縣這個稻殼灰是80目低水分烘干除塵稻殼粉;4)天然粗骨料：選用吉林省延吉市的碎石；碎石的最大粒徑為30 mm，表觀密度為2 680 kg/m3，含水率為0%；5)再生粗骨料：選自吉林省延吉市住建檢測中心所試壓完的混凝土100×100試塊,將其破碎后用30 mm篩口篩選；6)水：自來水。

本試驗(yàn)按照GB/T 50080—2016普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.2 配合比設(shè)計

選用JGJ 55—2011普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程的混凝土配制強(qiáng)度公式：

fcu,0=fcu，k+1.645σ

(1)

其中,σ為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，N/mm2；fcu,0為混凝土配制強(qiáng)度，N/mm2；fcu,k為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，N/mm2。

普通混凝土的試驗(yàn)配合比為471∶195∶602∶1 118(水泥∶水∶砂∶碎石)。通過文獻(xiàn)[1]研究分析得出，稻殼灰取代水泥的最佳取代率為20%。因此本試驗(yàn)選定為20%；再生骨料取代天然骨料的取代率分別設(shè)置為15%,20%,25%，做了三組該混凝土試塊，另外做了一組普通混凝土試塊對比試驗(yàn)；混凝土試塊養(yǎng)護(hù)時間分別為7 d,14 d,28 d。

其混凝土試驗(yàn)配合比如表1所示。

表1 混凝土試驗(yàn)配合比 kg

2 試驗(yàn)檢測與分析

2.1 坍落度試驗(yàn)

坍落度試驗(yàn)與試塊制作如圖1所示。

文獻(xiàn)[2][4]中得出再生骨料的吸水率遠(yuǎn)大于天然骨料。本文首先把天然骨料沖洗干凈，并曬干以后使用，因此選用的天然骨料含水率為0、含泥量為0；可是再生骨料里可能會有含泥量，所以摻再生骨料而配制混凝土?xí)r，發(fā)現(xiàn)明顯比普通混凝土干燥。

2.2 混凝土配制強(qiáng)度的修正公式

試件配制完成后分別依據(jù)GB/T 50081—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 50082—2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)測試了不同摻量下的混凝土抗壓強(qiáng)度。

該混凝土試塊抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果如表2所示。

本文的混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C40，但表1中可以看出普通混凝土與復(fù)摻混凝土抗壓強(qiáng)度均未達(dá)到C40，可能是因?yàn)樵偕橇虾偷練せ业膹?fù)摻,再加上養(yǎng)護(hù)溫度與濕度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件。根據(jù)混凝土試塊實(shí)測值和計算值的對比分析，認(rèn)為第4組復(fù)摻混凝土的抗壓強(qiáng)度最高，因此，在式(1)的基礎(chǔ)上，提出帶修正系數(shù)0.467的復(fù)摻混凝土配置強(qiáng)度公式：

fcu,0=(fcu,k+1.645σ)×0.467

(2)

表2 混凝土試塊抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果

2.3 齡期與混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系

由表1可以看出，隨著齡期和再生骨料的取代量增加，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度也增加。

利用軟件origin2019版本，將上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其齡期和混凝土的抗壓強(qiáng)度關(guān)系如圖2所示。

由圖2可知，第1組，即：當(dāng)?shù)練せ胰〈繛?%、再生骨料取代量為0%時，普通混凝土的齡期和抗壓強(qiáng)度關(guān)系，滿足擬合方程11.767+2.154x-0.044x2(R2=1)。

由圖2可知，第2組，即：當(dāng)?shù)練せ胰〈繛?0%、再生骨料取代量為15%時，該混凝土的齡期和抗壓強(qiáng)度關(guān)系，滿足擬合方程5.34+0.594x-0.001x2(R2=1)。

由圖2可知，第3組，即：當(dāng)?shù)練せ胰〈繛?0%、再生骨料取代量為20%時，該混凝土的齡期和抗壓強(qiáng)度關(guān)系，滿足擬合方程8.503+0.231x+0.009x2(R2=1)。

由圖2可知，第4組，即：當(dāng)?shù)練せ胰〈繛?0%、再生骨料取代量為25%時，該混凝土的齡期和抗壓強(qiáng)度關(guān)系，滿足擬合方程6+0.957x-0.013x2(R2=1)。

由圖2，對比分析第2,3,4三組試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，當(dāng)?shù)練せ胰〈繛?0%、再生骨料取代量由15%增加到20%時，混凝土抗壓強(qiáng)度提升不明顯。但是，當(dāng)再生骨料取代量增加到25%時，混凝土抗壓強(qiáng)度提升明顯，強(qiáng)度增長速率最理想，28 d抗壓強(qiáng)度最大，達(dá)到45.06 MPa。

本文建議的最佳取代量為第4組，即：稻殼灰取代量為20%、再生骨料取代量為25%。

3 結(jié)語

在保持稻殼灰的摻量為20%不變的情況下，通過再生骨料不同比值取代，研究了再生骨料和稻殼灰復(fù)摻對混凝土力學(xué)性能的影響,得出了以下結(jié)論：

1)隨著再生骨料的取代量由15%增加到20%時，混凝土抗壓強(qiáng)度提升不明顯。但是，當(dāng)再生骨料取代量增加到25%時，混凝土抗壓強(qiáng)度提升明顯，28 d抗壓強(qiáng)度最大。

2)本文建議的最佳取代量為稻殼灰20%、再生粗骨料為25%。同時，給出混凝土齡期和抗壓強(qiáng)度關(guān)系之?dāng)M合方程。

3)在現(xiàn)行普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程的基礎(chǔ)上，提出帶修正系數(shù)0.467的復(fù)摻混凝土配制強(qiáng)度公式，為工程應(yīng)用提供借鑒。