基于正交试验的再生混凝土配合比优化研究

刘　娟

(江苏城市职业学院建工学院，南京 210019)



基于正交试验的再生混凝土配合比优化研究

刘娟

(江苏城市职业学院建工学院，南京 210019)

摘要：采用正交试验设计再生混凝土的配合比，当水胶比(W/B) 0.45，再生骨料(RA)取代量30%，聚羧酸盐高效减水剂(PC)掺量2.5%，粉煤灰(FA)掺量20%时，组成再生混凝土的最优配合比。选用最优配合比，改变再生骨料的原始混凝土强度，表现出原始混凝土强度高，配制的再生混凝土强度也高的结果。当原始混凝土强度达到C50，基本上可以配制出与天然骨料一样的混凝土强度。

关键词：再生混凝土；配合比；优化；正交试验

0引言

对废弃的混凝土进行破碎后所得的骨料称为再生骨料，使用再生骨料部分或者全部取代天然骨料拌制的混凝土称为再生混凝土。近年来，伴随着我国城镇化改造的加快，产生了大量的混凝土废弃物，这些废弃物如果得不到充分利用，将会带来很大的生态环境问题[1-2]。由于一直被用作混凝土组成成分的天然骨料被大量开采所造成的资源枯竭和环境破坏问题也日益突出，因此，利用废弃的混凝土制作再生骨料，既可以解决当下的自然资源过度消耗，又可以解决废弃物的占地和环境污染问题[3]，成为研究热点也为建筑废弃物的处理提供了一个新途径。

1试验

1.1原材料

水泥：采用普通硅酸盐水泥P.O42.5；细骨料：河砂，中砂，连续级配；再生骨料：实验室中配制的混凝土，经搅拌、浇筑 、振捣、养护成混凝土梁形试件后经人工破碎、筛分后按一定比例相互配合制得，粒径5～31.5 mm；天然骨料：碎石，最大粒径 31.5 mm，连续级配；减水剂：聚羧酸盐高效减水剂，苏州市兴邦化学建材有限公司生产，棕色透明液体，固含量20%，减水率29%；粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，其基本性能见表1；水：采用自来水。

表1　粉煤灰基本性能

1.2试件制作与养护

制作混凝土立方体试件，尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，在标准养护条件(温度(20±2)℃，相对湿度 95%以上)养护至60 d，测量其抗压强度[4-5]。试验中粉煤灰采用等量取代法(以粉煤灰取代相同质量的水泥)掺入，再生骨料也采用等量取代法(以再生骨料取代相同质量的天然骨料)，聚羧酸盐高效减水剂掺量，按占胶凝材料的质量计。

1.3试验方法

抗压强度的测试按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。

2试验结果与讨论

2.1 再生混凝土最优配合比

利用再生骨料、粉煤灰、聚羧酸盐高效减水剂参与配制再生混凝土，其中再生骨料、粉煤灰、减水剂的掺量影响着配制的再生混凝土的各项技术性能与耐久性能[6]。基于这个原因，把再生骨料、粉煤灰及减水剂的掺量作为研究再生混凝土最优配合比的因素，考虑到水胶比也是影响混凝土力学性能和耐久性的一个重要因素，因此选取水胶比、再生骨料取代量、粉煤灰及减水剂掺量共计4个因素来设计正交试验，每个因素安排3个水平，选取混凝土的抗压强度，作为试验的考核指标，见表2。

表2　因素与水平

注：水胶比—水/(水泥+粉煤灰)，为质量比；试验用的再生骨料来源的混凝土为C25。

采用L9(34) 正交表，正交试验设计结果见表3。

表3　正交试验设计结果

注：一组3个试件，强度为3个试件的平均值。

对表3的试验结果进行分析，找出各因素的最佳基体。其中k1、k2及k3分别表示水胶比、再生骨料取代量、聚羧酸盐高效减水剂及粉煤灰掺量在所设计的3个水平值下对应的再生混凝土的抗压强度平均值，R为极差。计算结果见表4。

表4　k1、k2、k3及极差R的计算结果

由表4，抗压强度极差R(水胶比)= 3.6，R(再生骨料取代量)= 3.7，R(聚羧酸盐高效减水剂掺量)=1.6，R(粉煤灰掺量)=1.4。极差大小排序，再生骨料取代量>水胶比>聚羧酸盐高效减水剂掺量>粉煤灰掺量。再生骨料取代量极差最大，说明再生骨料取代量对再生混凝土抗压强度的影响最大。

图1表示4个因素水平与k值之间的关系。从图1可见，水胶比从0.45升至0.55，抗压强度指标逐渐降低，水胶比为0.45时，强度指标最高；再生骨料取代量由30%增大至80%，抗压强度指标呈逐渐下降态势，再生骨料取代量为30%时，强度指标最大；聚羧酸盐高效减水剂掺量从1.5%增大到2.5%，抗压强度指标出现先降后升，掺量为2.5%时，强度指标最大；粉煤灰掺量由10%增加至25%，抗压强度指标表现为先升后降，掺量为20%时，强度指标达到最大值。由此可知，再生混凝土最优配合比应是A1B1C3D2，即取各因素平均指标最高时所对应的水平值，此时水胶比为0.45，再生骨料取代量为30%，聚羧酸盐高效减水剂掺量为2.5%，粉煤灰掺量为20%。这表明了水胶比0.45，再生骨料取代量30%，聚羧酸盐高效减水剂掺量2.5%，粉煤灰掺量20%组成再生混凝土的最优配合比。

图1　抗压强度点图分析

2.2不同原始混凝土配制的再生混凝土的性能

混凝土的原始强度是否对再生混凝土强度有影响，为此，试验选取了不同强度等级混凝土破碎成再生骨料，按照最优配合比配制混凝土，制作尺寸为100 mm×100 mm×100 mm混凝土立方体试块，在标准养护条件(温度(20±2)℃，相对湿度 95%以上)养护至60 d，测试其抗压强度，并与天然骨料配制的普通混凝土做对比，测试结果见表5。

表5　再生混凝土抗压强度测试结果

注：一组3个试件，强度为3个试件的平均值。

从表5试验结果可以看出，在相同的水胶比、再生骨料取代量、聚羧酸高效减水剂及粉煤灰掺量下，生产再生骨料的原始混凝土强度影响着再生混凝土的强度。原始混凝土强度高，配制的再生混凝土强度也高。随着原始混凝土强度逐渐提高至C50，由其产生的再生混凝土强度，基本上可以达到天然骨料配制的普通混凝土强度。这种现象产生的原因是由于随着原始混凝土强度增大，其内部愈来愈密实[7-8]，相应的孔隙率在不断降低，当密实度达到一定程度时，就会表现出与天然骨料一样的强度。可见，选用高强度混凝土产生的再生骨料配制再生混凝土，同样能获得与天然骨料一样高的混凝土强度。

3结语

1)使用再生骨料代替天然骨料拌制再生混凝土，当水胶比为0.45，再生骨料取代量为30%，聚羧酸盐高效减水剂掺量为2.5%，粉煤灰掺量为20%时，组成再生混凝土的最优配合比。

2)在最优配合比下，再生骨料的原始混凝土强度影响着再生混凝土的强度。原始混凝土强度高，配制的再生混凝土强度也高。原始混凝土强度提高至C50，基本上可以达到天然骨料配制的普通混凝土强度。

参考文献

[1] 周明辉,李连君.再生骨料混凝土强度的试验研究与分析[J].混凝土，2011(5)：99-101.

[2] 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，2012，33(4)：32-35.

[3] 杨海涛,田石柱.高强再生骨料混凝土的配制及性能研究[J].功能材料，2013，17(44)：2524-2527.

[4] 张波志，王社良，张博，等.再生混凝土基本力学性能试验研究[J].混凝土，2011(7)：4-6.

[5] 马罗为，罗峥，阎文，等，再生混凝土配合比设计与抗压强度试验研究[J].混凝土，2010 (8)：142-144.

[6] 陈爱玖，孙校配，杨粉，等，正交法分析再生混凝土基本力学性能[J].新型建筑材料，2013 (4)：1-4.

[7] 孙跃东，王涛.再生骨料强化对再生混凝土基本力学性能的影响[J].四川建筑科学研究，2010，36(4):212-215.

[8] 唐捷.再生混凝土的抗压强度初步研究[J].四川建筑科学研究，2007，33(4):183-186.

The Optimization Study on Mix Proportion of Recycled Concrete Based on Orthogonal Test

LIU Juan

(TheCollegeofArchitecturalEngineering,JiangsuCityVocationalCollege,Nanjing210019,China)

Abstract：The mix proportion of recycled concrete is designed by orthogonal test. When the water cement ratio is 0.45, recycled aggregate replacement amount is 30%, the content of Poly carboxylic acid superplasticizer is 2.5%, and fly ash content is 20%, they form the optimal mix proportion of recycled concrete. If the optimal mixture ratio is chosen, and the original concrete strength of recycled aggregate is changed, it shows that the recycled concrete strength is also high when the original concrete strength is high. If the original concrete strength reached C50, it can be almost used to prepare with the natural aggregate concrete strength.

Key words：recycled concrete; mix proportion; optimization; orthogonal test

文献标志码：A

文章编号：1009-8984(2016)01-0022-03

中图分类号：TU528.59

作者简介：刘娟(1974-)，女(汉)，河南南阳，硕士，讲师

基金项目：江苏省高校自然科学研究面上项目(14KJB560004)

收稿日期：2016-02-03

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2016.01.005

主要研究新型建筑材料。