再生粗集料对混凝土性能的影响

汪振双,崔正龙,周 梅

再生粗集料对混凝土性能的影响

汪振双1,2,崔正龙3,周 梅3

(1.东北财经大学投资工程管理学院,辽宁大连 116025; 2.大连理工大学建筑材料研究所,辽宁大连 116025; 3.辽宁工程技术大学建筑工程学院,辽宁阜新 123000)

为了研究再生粗集料的强度和砂浆附着率对混凝土性能的影响,采用对比试验,以再生粗集料的强度和砂浆附着率为变量配制C50强度等级混凝土,并对C50混凝土的工作性、强度和耐久性进行研究.结果表明,再生粗集料砂浆的附着率对再生粗集料的基本性质影响比较显著.再生粗集料的砂浆附着率对混凝土强度的影响变化不大,而对混凝土的塌落度、碳化深度和电通量影响比较显著.

再生粗集料;砂浆附着率;混凝土性能;强度;耐久性

混凝土是当今世界应用最为广泛的建筑材料.随着我国城市化进程的不断推进和城市生活基础设施的完善,对混凝土的需求量日益增大,消耗着大量的自然资源,产生大量的建筑垃圾.据不完全统计,我国每年因建筑物的改建、扩建和旧建筑物拆除就产生0.3～0.4亿吨混凝土固体废弃物[1].此外,自然灾害等突发事件也会给社会带来庞大的建筑垃圾,汶川大地震中产生的混凝土固体废弃物量就达到了近2亿吨[2],由此引发的资源和环境问题日益突出.再生混凝土是将废弃的混凝土经过破碎处理替代天然骨料配制成的新混凝土[3].混凝土的再生利用是建筑垃圾处理与资源化的一种重要方式,是循环经济的一个重要内容,也是可持续发展的必然要求,其意义毋庸置疑,能有效解决建筑业与环境的协调问题[4].国内外学者关于再生混凝土已进行了大量的研究[

57].再生粗集料与普通碎石相比,具有孔隙率高、表观密度低、吸水率高、内在微裂纹多、强度低等特点[8].再生粗集料的性能与原生混凝土、再生粗集料的破碎工艺、级配和含水状态有关.本文从再生粗集料的强度和砂浆附着率出发,采用对比试验研究再生粗集料的强度和砂浆附着率对混凝土性能的影响,为再生混凝土的进一步深入研究提供科学依据.

1 试 验

1.1 原材料

大连小野田P·Ⅱ42·5R型普通硅酸盐水泥,水泥的物理力学性能如表1所示.砂子为天然河砂,细度模数2.41,密度为2.68 g/cm3.再生粗集料是将先在实验室浇注强度等级分别为C20、C40和C60的原生混凝土自然养护6个月后,经破碎和研磨之后得到,经筛分组配后再生粗骨料的最大粒径控制在25 mm,再生粗集料的基本性质如表2所示.普通碎石为5～25 mm,表观密度为2.75 g/cm3.硅粉的密度为2.2 g/cm3,比表面积为202.5 m2/kg.水为普通饮用水,外加剂采用的是多羧酸系高性能AE减水剂.

表1 水泥的物理力学性能Table 1 Physical and mechanical properties of cement

表2 再生粗集料的基本性质Table 2 Basic properties of recycled coarse aggregate

1.2 混凝土配合比设计

试验配制C50强度等级混凝土,其中硅灰采用内掺法,等量取代水泥的10%,配合比如表3所示.

表3 配合比Table 3 Mix proportion

混凝土的力学性能依据GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》,采用边长为150 mm的立方体标准试件,经28 d标准养护后测试其立方体抗压强度和劈裂抗拉强度.混凝土的碳化试验是根据GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行.试件为100 mm×100 mm×400 mm的长方体试件,试验前提前2 d从标准养护箱中取出,在60℃下烘干48 h之后测试其碳化深度.渗透性按照美国ASTMC1202法,快速评价混凝土的渗透性高低.

2 试验结果

2.1 原生混凝土强度和砂浆附着率对粗集料性能的影响

从表2再生粗集料的基本性质中可以看出,原生混凝土的强度等级为C20时,生产的再生粗集料的强度为26.3 MPa;原生混凝土的强度等级为C40时,生产的再生粗集料的强度为42.7 MPa;原生混凝土的强度等级为C60时,生产的再生粗集料的强度为65.3 MPa.可见,再生粗集料的强度与原生混凝土的强度有关.原生混凝土的强度越高,生产出的再生粗集料的强度也就越高.再生粗集料的表观密度和吸水率的试验结果如图1和图2所示.从表2中可以看出,再生粗集料RA1的表观密度为2.49 g/cm3,RA2的表观密度为2.52 g/cm3,RB1的表观密度为2.44 g/ cm3,RB2的表观密度为2.56 g/cm3,RC1的表观密度为2.47 g/cm3,RC2的表观密度为2.54 g/ cm3.对比试验中,普通碎石的表观密度为2.75 g/cm3,再生粗集料的表观密度低于普通碎石.原生混凝土强度等级相同,由于砂浆附着率的不同,再生粗集料的表观密度也不同.由图1、图2可以看出,再生粗集料的表观密度随着再生粗集料砂浆附着率的增加而降低,而再生粗集料的吸水率随着再生粗集料砂浆附着率的增加而升高,相关系数R2分别为0.812 4和0.982 1.

图1 砂浆附着率与表观密度的关系Fig.1 Relation between mortar adhesive ratio and apparent density

图2 砂浆附着率与吸水率的关系Fig.2 Relation between mortar adhesive ratio and water absorption

碎石坚硬致密,结构孔隙率低,而再生粗集料表面附着了一层水泥砂浆,因此再生粗集料的表观密度比碎石要低.此外,再生粗集料在破碎过程中内部产生的大量闭合微裂缝,使再生粗集料的吸水率远远比碎石要高.

2.2 工作性

再生混凝土的塌落度试验结果如图3所示.普通碎石混凝土的塌落度最大为85 mm,RC1粗集料混凝土的塌落度最小为68 mm.RA1、RB1 和RC1的塌落度比较接近,RA2、RB2和RC2的塌落度比较接近.可以看出,再生粗集料的强度,对混凝土的塌落度影响不是很大,而再生粗集料的砂浆附着率大小对新拌混凝土的塌落度影响比较显著.与普通碎石相比,再生粗集料表面的砂浆附着量越大,其吸水率就越大,从混凝土拌合物中吸收的水分比普通碎石要多,降低了混凝土的流动性,使塌落度降低[9].

图3 混凝土的塌落度Fig.3 Concrete slump

2.3 抗压强度和劈裂抗拉强度

混凝土28 d的抗压强度和劈裂抗拉强度试验结果如图4和图5所示.从图4中可以看出,混凝土28 d的抗压强度RA1为60.4 MPa,RA2为63.2 MPa,RB1为65.7 MPa,RB2为63.4 MPa, RC1为67.5 MPa,RC2为66.4 MPa,N为68 MPa.从图5可以看出,混凝土28 d的劈裂抗拉强度RA1为4 MPa,RA2为4.1 MPa,RB1为4.3 MPa,RB2为4.21 MPa,RC1为4.16 MPa, RC2为4.08 MPa,N为4.2 MPa.

图4 28 d抗压强度Fig.4 Compressive strength at 28 d

图5 劈裂抗拉强度Fig.5 Splitting tensile strength

由图4和图5可以看出,除了再生粗集料RA1配制C50混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度和其他粗集料相比略低外,其他粗集料配制混凝土的强度比较接近.由此可知,再生粗集料的强度和表面附着砂浆的附着率对再生粗集料混凝土强度影响不大.从混凝土试件断面可以看出,再生粗集料混凝土新旧砂浆的界面过渡区是混凝土的薄弱环节,容易发生破坏.

2.4 耐久性

图6和图7是不同粗集料配制C50混凝土碳化和电通量试验结果.从试验结果可以看出,混凝土28 d的碳化深度RA1为4.8 mm,RA2为4.3 mm,RB1为4.7 mm,RB2为4.2 mm,RC1为4.5 mm,RC2为4 mm,N为3.7 mm;混凝土28 d的电通量RA1为896C,RA2为812C,RB1为 868C,RB2为780C,RC1为902 C,RC2为798C, N为586C.由此可知,再生粗集料的强度对混凝土的碳化深度和渗透性影响不是很大,而再生粗集料的砂浆附着率对混凝土的碳化深度和渗透性影响比较明显.与普通碎石混凝土相比,再生骨料表面附着水泥砂浆的物质透过性要比普通混凝土中的物质透过性大,这是由于再生粗集料表面附着的砂浆容易与破碎过程中的裂缝连接,贯通,附着水泥砂浆的量越大,这种现象就越明显[4],导致硬化后的再生混凝土密实度降低,渗透性增加,容易发生碳化.

图6 混凝土28 d碳化深度Fig.6 Carbonation depth of concrete at 28 d

图7 混凝土28 d电通量Fig.7 Electric flux of concrete at 28 d

3 结 论

通过对不同强度和砂浆附着率的再生粗集料,采用对比试验配制C50混凝土,并对混凝土的工作性、强度和耐久性进行了研究,得到如下结论:

(1)再生粗集料的强度与原生混凝土的强度等级有关,原生混凝土的强度等级越高,生产出的再生粗集料的强度就越高.

(2)再生粗集料砂浆的附着率对再生粗集料的基本性质影响比较显著.随着粗集料砂浆附着率的增加,再生粗集料的表观密度降低,而再生粗集料的吸水率增加.

(3)再生粗集料的强度对混凝土的塌落度、强度、碳化深度和渗透性影响不是很大,再生粗集料的砂浆附着率对混凝土强度的影响变化不大.

(4)再生粗集料混凝土的塌落度、碳化深度和电通量随着再生粗集料的砂浆附着率增大而增加,再生粗集料的砂浆附着率对混凝土的工作性和耐久性影响比较显著.

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【责任编辑:祝 颖】

Influence of Recycled Coarse Aggregate on Concrete Properties

Wang Zhenshuang1,2,Cui Zhenglong3,Zhou Mei3
(1.School of Investment and Construction Management,Dongbei University of Finance and Economics,Dalian 116025, China;2.Institute of Building Materials,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China;3.Institute of Architecture Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin 123000,China)

In order to investigate the influence of surface mortar strength and adhesive rate around coarse aggregate on recycled aggregate concrete,different strength class concretes were produced with surface mortar strength and adhesive rate changing,to produce C50.The workability,strength,and durability of the concrete C50 were studied.The results show that the basic properties of recycled coarse aggregate was largely affected by mortar adhesive ratio,and mortar adhesive rate changing largely affected workability,carbonation depth and electric flux,while strength was nearly kept the same.

recycled coarse aggregate;mortar adhesive ratio;concrete properties;strength; durability

2095-5456(2014)01-0066-05

TU 755.1

A

2013 09 24

十二五”国家科技支撑计划重大项目(2013BAC05B00);国家自然科学基金资助项目(U1261122).

汪振双(1982),男,辽宁岫岩人,东北财经大学讲师,博士.