二级配再生混凝土力学性能试验研究*

陈建国，郭晋川，彭华娟，刘鲁强

（1. 广西壮族自治区水利科学研究院，广西 南宁 530023；2. 广西水工程材料重点实验室培育基地，广西 南宁 530023）

二级配再生混凝土力学性能试验研究*

陈建国1,2，郭晋川1,2，彭华娟1,2，刘鲁强1,2

（1. 广西壮族自治区水利科学研究院，广西 南宁 530023；2. 广西水工程材料重点实验室培育基地，广西 南宁 530023）

采用废混凝土骨料代替天然骨料，配制了 7 组配合比，设计了 84 个试件，分别进行了立方体抗压强度、圆柱体轴心抗压强度、立方体劈裂抗拉强度、弹性模量等力学性能试验。研究了再生骨料对混凝土力学性能指标的影响，基于试验数据，研究了各强度性能指标的换算关系。结果表明：与普通混凝土相比，再生混凝土抗压强度、轴心抗压强度及弹性模量均略为增大，劈裂抗拉强度下降。

再生混凝土；力学性能；强度换算；骨料取代率

随着城市及各类基础设施建设，大量废弃混凝土引发的环境问题日益突出，直接丢弃不仅要占用大量的耕地污染环境，而且还要花费大量运费。有效回收利用废弃混凝土形成再生混凝土，对于保护环境、节约资源具有重要意义。近年来国内外学者进行了相关研究，取得了很多成果。但是，以往的研究中大多采用一级配再生粗骨料替代天然粗骨料[1-3]，未能充分反映不同级配的再生骨料取代率对再生混凝土力学性能的影响。

再生混凝土与天然骨料混凝土相比，组成成分复杂，在破碎过程中，两种混凝土的基本性能相差较大。若要将再生混凝土用到混凝土结构中，对其力学性能指标进行测试非常重要。因此，本研究对再生混凝土的基本力学性能进行研究，并将不同再生粗、细骨料取代率的混凝土试验结果与天然骨料混凝土进行对比分析，找出强度指标之间的变化规律，为再生混凝土的后续研究及相关工程建设提供参考。

1　试验原材料及配合比

1.1原材料

再生砂：南宁市壮锦大道路面改造工程废弃混凝土，经破碎加工成再生砂；再生石：为南宁市壮锦大道路面改造工程废弃混凝土，经破碎加工成人工碎石（再生细石：5～20mm，再生粗石：20～40mm）；再生骨料实拍照片如图1 所示。

图1　废弃混凝土及再生骨料

水泥：扶绥新宁海螺水泥有限责任公司提供的“海螺牌”P·O42.5 水泥。

河砂：采用南宁本地产河砂（中砂）；粗骨料：选用桂林灵川产的灰岩块石，经破碎加工成人工碎石（细石：5～20mm，粗石：20～40mm）。

水：饮用水。

1.2骨料物理性能测试

按照 SL 352—2006《水工混凝土试验规程》规定的试验方法，分别测试各粗、细骨料的物理性能指标，试验结果具体见表1及表 2。由表 1 及表 2 可见：再生骨料与天然骨料相比，其含水率、吸水率均明显增大，表观密度和堆积密度却有所降低，这主要是由于再生骨料表面粘附着大量水泥基体，以及骨料破碎过程中存在于内部的微裂缝所致。

表1　细骨料物理性能指标

表2　粗骨料物理性能指标

1.3试验方法

立方体抗压强度、立方体劈裂抗拉强度、圆柱体轴心抗压强度及轴心抗压弹模试验方法参照 SL352—2006《水工混凝土试验规程》中的规定进行。

1.4配合比

采用再生骨料全部或部分取代天然碎石配制再生混凝土，以再生骨料取代率为变化参数，配制 8 种再生混凝土（分别为：全天然骨料混凝土；全再生骨料混凝土；再生粗骨料取代率分别为 50%、75% 及 100%；再生细骨料取代率为 50%、75% 及 100%）。共制作 84 个试件，包括尺寸为150mm×150mm×150mm 的立方体试件 14 组，每组 3 个试件，共 42 个试件；Ф150mm×300mm 的圆柱体试件 14 组，每组 3 个试件，共 42 个试件。

配合比以取代率 0%（对应天然混凝土）为基准，试配强度 C20。各组试件配合比中，严格保持水胶比、水泥、砂、粗骨料的总重量不变，并且考虑再生粗骨料吸水率的影响。再生混凝土配合比见表 3。

表3　二级配再生混凝土配合比设计 kg/m3

2　试验结果与讨论

2.1再生混凝土抗压强度

图2　再生粗骨料取代率对 28d 抗压强度的影响

图3　再生细骨料取代率对 28d 抗压强度的影响

图 2 及图 3 结果表明：随着再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土立方体 28d 抗压强度逐渐减小。当再生粗骨料取代率为 0% 时，再生混凝土立方体 28d 抗压强度为 23.6MPa，当再生粗骨料取代率为 100%、75% 和 50% 时，再生混凝土立方体 28d 抗压强度比普通混凝土分别提高了 3.4%、8.1% 和11.9%，平均值为 7.8%；随着再生细骨料取代率的增加，再生混凝土立方体 28d 抗压强度逐渐增加。当再生细骨料取代率为 0% 时，再生混凝土立方体 28d 抗压强度为 23.6MPa，当再生细骨料取代率为 100%、75% 和 50% 时，再生混凝土立方体 28d 抗压强度比普通混凝土分别提高了 11.4%、3.8% 和0，平均值为 5.1%。

2.2再生混凝土劈裂抗拉强度

图4　再生粗骨料取代率对 28d 劈裂抗拉强度的影响

图 4 及图 5 结果表明：随着再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土立方体 28d 劈裂抗拉强度逐渐增加。当再生粗骨料取代率为 0% 时，再生混凝土立方体 28d 劈裂抗拉强度为2.07MPa，当再生粗骨料取代率为 100%、75% 和 50% 时，再生混凝土立方体 28d 劈裂抗拉强度比普通混凝土分别降低了10.6%、11.6% 和 15.9%，平均值为 12.7%；随着再生细骨料取代率的增加，再生混凝土立方体 28d 劈裂抗拉强度逐渐增加。当再生细骨料取代率为 0%时，再生混凝土立方体 28d 劈裂抗拉强度为 2.07MPa，当再生细骨料取代率为 100%、75%和 50% 时，再生混凝土立方体 28d 劈裂抗拉强度比普通混凝土分别降低了 9.2%、10.1% 和 17.4%，平均值为 12.2%。

图5　再生细骨料取代率对28d 劈裂抗拉强度的影响

2.3再生混凝土轴心抗压强度

图6　再生粗骨料取代率对 28d 轴心抗压强度的影响

图7　再生细骨料取代率对 28d 轴心抗压强度的影响

图 6 及图 7 结果表明：随着再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土立方体 28d 轴心抗压强度逐渐减小。当再生粗骨料取代率为 0% 时，再生混凝土立方体 28d 轴心抗压强度为17.9MPa，当再生粗骨料取代率为 100%、75% 和 50% 时，再生混凝土立方体 28d 轴心抗压强度比普通混凝土分别提高了5.0%、8.4% 和 12.3%，平均值为 8.6%；随着再生细骨料取代率的增加，再生混凝土立方体 28d 轴心抗压强度逐渐增加。当再生细骨料取代率为 0% 时，再生混凝土立方体 28d 轴心抗压强度为 17.9MPa，当再生细骨料取代率为 100%、75% 和50% 时，再生混凝土立方体 28d 劈裂抗拉强度比普通混凝土分别提高了 11.7%、3.9% 和 0%，平均值为 5.2%。

2.4再生混凝土弹性模量

图8　再生粗骨料取代率对 28d 轴心抗压弹模的影响

图9　再生细骨料取代率对 28d 轴心抗压弹模的影响

图 8 及图 9 结果表明：随着再生粗骨料取代率的增加，再生混凝土立方体 28d 轴心抗压弹模逐渐减小。当再生粗骨料取代率为 0% 时，再生混凝土立方体 28d 轴心抗压弹模为27.2GPa，当再生粗骨料取代率为 100%、75% 和 50% 时，再生混凝土立方体 28d 轴心抗压弹模比普通混凝土分别提高了1.5%、3.3% 和 4.8%，平均值为3.2%；随着再生细骨料取代率的增加，再生混凝土立方体 28d 轴心抗压弹模逐渐增加。当再生细骨料取代率为 0% 时，再生混凝土立方体 28d 轴心抗压弹模为 27.2GPa，当再生细骨料取代率为 100%、75% 和50% 时，再生混凝土立方体 28d 劈裂抗拉弹模比普通混凝土分别提高了 4.4%、1.5% 和 0%，平均值为 2.0%。

3　再生混凝土力学性能指标间换算关系

综合分析国内外对于混凝土立方体抗压强度与棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量之间的换算关系，得出它们之间的关系方程为：fcp=afcu; fs=afcub; Ec=105/(a+b/fcu)。结合本试验的数据结果，通过非线性回归得出以下关系式（如表4）。采用表 4 公式计算本文试件并与试验实测值进行对比，如表 5、表 6 及表 7 所示。由表可见，计算值与试验实测值吻合较好。

表4　再生混凝土力学性能指标间的换算关系

表5　再生混凝土轴心抗压强度 fs的计算值与实测值对比

表6　再生混凝土劈裂抗拉强度 fcp的计算值与实测值对比

表7　再生混凝土弹性模量Ec的计算值与实测值对比

4　结论

（1）再生混凝土立方体抗压强度随着再生粗骨料取代率的增加先提高后降低，平均提高了 7.8%；随着再生细骨料取代率的增加而提高，平均提高 5.1%。

（2）再生混凝土劈裂抗拉强度随着再生粗、细骨料取代率的增加先降低后提高，平均下降了 12.7% 及 12.2%。

（3）再生混凝土轴心抗压强度随着再生粗骨料取代率的增加先提高后降低，平均提高了 8.6%；随着再生细骨料取代率的增加而提高，平均提高 5.2%。

（4）再生混凝土轴心抗压弹性模量随着再生粗骨料取代率的增加先提高后降低，平均提高了 3.2%；随着再生细骨料取代率的增加而提高，平均提高 2.0%。

（5）结合试验数据采用非线性回归方法，建立二级配再生粗、细骨料混凝土立方体抗压强度与圆柱体抗压强度、劈裂抗拉强度及弹性模量的换算公式，这对以后二级配再生粗、细混凝土的试验研究和力学性能预测有一定的借鉴作用。

[1] 王占锋，王社良，翁光远．不同粗骨料取代率再生混凝土力学性能试验研究[J]．郑州大学学报(工学版).2012,33(4):32-35．

[2] 陈宗平,周春恒，陈宇良．再生碎石混凝土力学性能试验研究[J]．实验力学．2014.29(3):333-342．

[3] 田春芳,田杰芳．不同替代率再生混凝土的力学性能[J]．河北联合大学学报（自然科学版）．2013.35(4):100-103．

[4] SL352—2006．水工混凝土试验规程[S]．

[5] 过镇海，时旭东．钢筋混凝土原理和分析[M]．北京: 清华大学出版社，2003: 30-42．

[6] GB 50010—2011，混凝土结构设计规范[S]．

[7] 李佳彬．再生混凝土基本力学性能研究[D]．上海：同济大学建筑工程系，2004．

［通讯地址］广西壮族自治区水利科学研究院（530023）

Experimental study on mechanical properties of two graded recycled gravel aggregate concrete

Chen Jianguo1,2, Guo Jinchuan1,2, Peng Huajuan1,2, Liu Luqiang1,2
(1.Hydraulic Research Institute of Guangxi, Nanning 530023; 2. Guangxi Key Laboratory cultivation base construction of Water Engineering Materials, Nanning 530023)

84 test specimens were designed for recycled concrete which takes gravel as recycled aggregate, its mechanical properties, such as cube compressive strength, cylinder compressive strength, splitting tensile strength and modulus. The influence of recycled aggregate replacement rate on every property index of recycled aggregate concrete was analyzed. Based on experimental data, the conversion relations of every strength index was proposed. The test results have shown that with the replacement rate of recycled aggregate, the cube compressive strength, cylinder compressive strength and modulus are gradually increased to some extent, the splitting tensile strength has decreased to some extent.

recycled aggregate concrete; mechanical properties; conversion relations of strength; replacement of aggregate

广西水利厅科技项目（201312、201419）

陈建国（1984—），男，江苏溧阳人，工程师。主要从事水泥混凝土材料研究。