矿物掺合料再生混凝土超声回弹法测强曲线试验

李 艺 李佰寿

(延边大学工学院结构工程学科，吉林延吉 133002)

在再生混凝土配制中掺入矿物掺合料，可明显改善混凝土的微观结构，使水泥浆体的孔隙率明显下降，强化了集料界面，提高了混凝土密实度，从而使再生混凝土的强度增长较快。掺入单一的矿物掺合料可能会造成混凝土拌合物的泌水量变大、早期强度较低等现象，如果将两种或多种矿物掺合料按一定比例掺入混凝土，形成优势互补，从而改善混凝土的性能［1］。随着无损检测技术在混凝土工程中的广泛应用［2，3］，国内外许多学者研究了回弹值与再生混凝土的抗压强度之间的关系［4，5］，并取得了良好成果。本文通过将粉煤灰和矿粉双掺入再生混凝土，应用超声回弹综合法检测其抗压强度，分析了双掺再生混凝土抗压强度和回弹值以及超声波速三者之间的关系，求出测强曲线表达式。

1 试验设计与方法

1)试验原材料。水泥由延吉市生产的庙岭牌P.O42.5R，砂为天然黄砂，自来水作为拌合水，天然粗骨料为连续级配的碎石，再生骨料由北京元泰达环保建材有限责任公司生产，基本性能见表1，珲春电厂Ⅱ级粉煤灰，矿粉由青岛绿帆再生建材有限公司生产。

表1 粗骨料的基本性能

2)混凝土配合比。混凝土试块共分为10组，再生粗骨料取代率为60%［6］的基础上，矿物掺合料等量取代水泥为10%，20%，30%制备再生混凝土，RCK为单掺矿粉，RCF为单掺粉煤灰，RC为按1∶1双掺，不掺入矿物掺合料作为对照组，即表2中RC-0。设计强度为C30，由于再生骨料的吸水率大，所以本文根据文献［7］对再生混凝土额外增加用水量，大小取其24 h的吸水量(见表2)。

表2 混凝土配合比

3)混凝土的制作与养护。采用机械搅拌，投料顺序为:细骨料→粗骨料→水泥→水，装入试模，24 h后拆模，放入标准室，28 d后取出进行试验。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

通过实验测得结果如表3所示。

表3 实验结果

2.2 龄期对再生混凝土抗压强度的影响

由图1可见，再生骨料取代率为60%，掺入矿物掺合料的再生混凝土抗压强度随龄期增加而增长，7 d龄期矿物掺合料掺量为30%时，双掺试块抗压强度比单掺粉煤灰早期强度有显著提高(高了5.5 MPa)，14 d双掺试块比单掺粉煤灰高了4.9 MPa，28 d比单掺粉煤灰高了4.3 MPa，而单掺矿粉比单掺粉煤灰各龄期抗压强度增长幅度更大，由此可见，将粉煤灰和矿粉按1∶1双掺配制再生混凝土，能够明显提高混凝土抗压强度，弥补单掺粉煤灰早期强度低的缺点。

2.3 矿物掺合料掺量对回弹值及超声波速的影响

由图2可见，矿物掺合料掺量20%时下降幅度最大，单掺粉煤灰及矿粉时回弹值与超声波速变化不大，但双掺时回弹值及超声波速明显高于单掺粉煤灰或矿粉，原因是粉煤灰与矿粉双掺的复合效应，使再生混凝土活性明显提高，混凝土结构内部比单掺粉煤灰密实，从而提高了混凝土的强度，且当矿物掺合料掺量为30%时，单掺粉煤灰及矿粉与双掺时回弹值和超声波速接近，这说明再生混凝土掺量为60%，矿物掺合料掺量30%时对混凝土回弹值及超声波速的影响较好，但是否30%为最佳掺量还有待进一步研究。

图1 再生混凝土抗压强度随龄期的变化

图2 矿物掺合料掺量对回弹值及超声波速的影响

2.4 再生混凝土抗压强度与回弹值及超声波速的关系

将所得试验数据采用最小二乘法分别进行回归分析，计算各函数模型的相关系数R，见表4。

表4 再生混凝土抗压强度与回弹值及超声波速回归结果

以相关系数最大(0.976 7)的多项式函数作为再生混凝土28 d 测强曲线式，即:fcrcu=0.005R2－0.45v2+29.5。

采用上述公式计算得再生混凝土抗压强度值见表5，换算值与实测值之比均达到95%以上，可见超声回弹综合法检测的结果更精确。

表5 再生混凝土超声回弹综合法检测试验结果

3 结语

本文通过回归分析得到再生混凝土28 d抗压强度测强曲线，取得的主要结论为以下几点:1)仅仅单掺粉煤灰时，混凝土的早期强度较低，但后期强度增长快，在掺入粉煤灰和矿粉的情况下，保证混凝土的早期和后期强度，发挥粉煤灰和矿粉的综合效应，使混凝土结构更加致密，抗压强度得到显著提高。2)随着矿物掺合料的增加，超声波速及回弹值均呈现先下降后上升的趋势，粉煤灰和矿粉双掺使超声波速及回弹值均明显高于单掺粉煤灰或矿粉，掺量30%时单掺粉煤灰及矿粉与双掺时回弹值和超声波速接近。3)回归式fcrcu=0.005R2－0.45v2+29.5计算的28 d抗压强度与再生混凝土实际抗压强度之比均为95.6%以上，超声回弹综合法测强回归式与双掺再生混凝土抗压强度实测值具有较好的相关性，为建立矿物掺合料再生混凝土专业测强曲线奠定了基础。

［1］HASSAN K E，CABRERA J G，MALIEHE R S.The effect of mineral ad-mixtures on the properties of high-performance concrete［J］.Cement and Concrete，2000(22):267-271.

［2］侯宝隆，蒋之峰.混凝土的非破损检测［M］.北京:地震出版社，1992.

［3］国家建筑工程质量监督检测中心.混凝土无损检测技术［M］.北京:中国建材工业出版社，1996.

［4］TOPCU I B.Physical and mechanical properties of concrete produced with waste concrete［J］.Cement and Concrete Research，1997，27(12):1817-1823.

［5］季光耀.超声回弹综合法检测再生混凝土抗压强度试验研究［J］.混凝土，2008(1):122-127.

［6］陈德玉，袁 伟，刘 欢.再生骨料取代率及矿物掺合料对混凝土力学性能的影响［J］.粉煤灰综合利用，2009(2):14-16.

［7］孙跃东，肖 祥，庞 俭，等.再生骨料混凝土的配合比试验研究［J］.山东科技大学学报(自然科学版)，2009，28(1):25-28.