再生骨料取代率对混凝土强度的影响规律研究

李绍鹏， 寇建岭， 汪 亮， 王建强， 肖俊呈

(中建西部建设 湖南有限公司，湖南 长沙 410000)

再生骨料取代率对混凝土强度的影响规律研究

李绍鹏， 寇建岭， 汪 亮， 王建强， 肖俊呈

(中建西部建设 湖南有限公司，湖南 长沙 410000)

为研究再生骨料取代率对混凝土强度的影响规律，采用一组C30混凝土配比作为基准配比，然后分别用再生粗、细骨料按不同比例(20%、40%、60%、80%、100%)单独取代普通骨料成型试件进行抗压与抗折强度试验。通过对抗折与抗压强度数据的分析，得到了再生粗、细骨料取代率变化对混凝土抗折与抗压强度的影响规律，并通过非线性拟合分别得到了再生粗、细骨料混凝土7 d、28 d抗折和抗压强度与再生粗、细骨料取代率之间的关系方程。

再生混凝土；再生粗骨料取代率；再生细骨料取代率；影响规律

0 引 言

目前，混凝土材料的广泛使用主要带来了两类问题：一是有限的石料、矿产资源被迅速消耗；二是每年各种工程建设中拆旧建新，产生大量的建筑垃圾，其中就包括数目庞大的废弃混凝土[1]。然而，采用废弃混凝土经过破碎、加工及筛分等工艺制备得到的再生骨料，对普通砂石骨料进行全部或部分取代，同时按相应的配合比加入胶凝材料、水、外加剂等成分配制而成的再生混凝土在一定程度上可以解决这两类问题[2-3]。

自再生混凝土问世以来，已有众多学者对其各项性能进行了研究，然而结果却不尽相同。就强度而言，一般认为再生混凝土的强度要低于普通混凝土，但也有研究者得出两者强度接近，甚至是再生混凝土强度更高的结论[4-6]。因此，本文以再生粗、细骨料的取代率为变量对再生混凝土强度影响进行试验研究，以期得到单掺再生粗、细骨料对混凝土抗压与抗折强度的影响规律。

1 原材料

本试验研究所使用的水泥为长沙坪塘水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥，其基本指标均满足规范要求。砂采用天然砂，细度为2.7，普通粗骨料为连续级配的5～25 mm碎石，水为自来水。再生骨料为某实验室废弃混凝土试块破碎加工而成，原试块强度等级为C30，其粗骨料为碎石，细骨料为天然砂。其中骨料的基本性能见表1所列。

表1 骨料基本性能

2 试验方案

采用天然骨料设计一组满足要求的C30混凝土配合比作为标准参考配合比(水泥∶水∶细集料∶粗集料=380 kg∶185 kg∶648 kg∶1 198 kg)，然后用再生粗、细骨料分别按5个不同的取代率(20%、40%、60%、80%、100%)单独取代普通砂石，分别得到5种不同的再生混凝土。对这10种再生混凝土及普通混凝土成型7 d、28 d抗折强度试件(100 mm×100 mm×400 mm)与抗压强度试件(150 mm×150 mm×150 mm)，经养生后检测其7 d、28 d龄期的抗折强度与抗压强度，并对试验结果进行分析，得出再生粗、细骨料的取代率对混凝土强度性能的影响规律。

考虑到再生骨料表面被一层硬化水泥浆体包裹，破碎加工过程中会产生裂缝，故而其吸水率较普通骨料显著增加[7-8]，如表1所列。所以，在掺再生骨料的混凝土配比中增加一项附加用水量，即在新拌混凝土中被再生骨料所吸收的不参加水化反应的用水量，附加用水量根据所掺再生骨料比例及其吸水率进行计算[9-10]。

3 试验结果与分析

3.1 再生骨料取代率对混凝土抗折强度影响分析

按现行检测标准中的方法测定混凝土梁式试件抗折强度，其试验结果如表2所列，单掺再生粗、细骨料混凝土的抗折强度与其取代率的对应关系如图1所示。

表2 再生混凝土抗折强度试验结果

图1 再生粗、细骨料混凝土抗折强度与其取代率的关系

结合表2及图1，可以看出如下规律：

(1) 再生混凝土7 d抗折强度总体上随再生骨料取代率的增长而降低，其中，再生粗骨料混凝土在取代率为0%～20%时强度下降较为明显，而再生细骨料混凝土整体下降相对较小。

(2) 再生混凝土28 d抗折强度则是先略有上升，然后逐渐下降最终趋于平缓。再生粗骨料混凝土在取代率为20%时达到最高，而再生细骨料混凝土在取代率为40%时达到最高。

对上述情况进行分析：

28d龄期再生混凝土试件在取代率不大的情况下抗折强度略有上升，主要原因是再生粗骨料表面包裹有部分水泥砂浆，造成表面粗糙，易与新拌水泥砂浆之间形成较强的粘结，且水泥净浆进入并填充骨料中的较大裂隙，强化了原本薄弱的部位，使混凝土试件在承受弯拉应力时不易在局部位置产生应力集中，从而提高了再生混凝土的抗折强度，而随着再生粗、细骨料所占的比例不断增加，骨料缺陷造成的不利影响超过其增强度作用，从而导致抗折强度不断下降。而再生混凝土的7 d抗折强度之所以未表现出与28 d相同的规律，主要是再生混凝土强度形成较普通混凝土而言要慢，其早期强度相对较低。

采用EXCEL软件自带的多项式拟合功能对表2中的抗折强度数据与取代率进行非线性拟合，得到如下关系：

再生粗骨料混凝土28d抗折强度(y2)与再生粗骨料取代率(x1)之间的相关关系为：

再生细骨料混凝土7d抗折强度(y3)与再生细骨料取代率(x2)之间的相关关系为：

再生细骨料混凝土28d抗折强度(y4)与再生细骨料取代率(x2)之间的相关关系为：

拟合方程的相关性系数均在0.9以上，说明拟合方程均能较好地反映再生混凝土7d和28d抗折强度与再生骨料取代率之间的相关关系。

3.2 再生骨料取代率对再生混凝土抗压强度影响

按现行检测标准中的方法测定混凝土立方体试件抗压强度，其试验结果如表3所列，单掺再生粗、细骨料混凝土的抗压强度与其取代率的对应关系如图2所示。

表3 再生混凝土抗压强度试验结果

图2 再生粗、细骨料混凝土抗压强度与其取代率的关系

结合表3与图2可以看出：

(1) 当再生粗骨料取代率在0%～40%之间时，再生混凝土7 d抗压强度基本保持稳定不变，由40%增加到60%时有较为明显的下降趋势，取代率大于60%后再次趋于稳定。

(2) 当再生粗骨料取代率在0%～20%之间时，28 d抗压强度呈上升趋势，取代率为20%时达到最高；当取代率在20%～40%时，又呈现下降趋势，取代率超过60%后，抗压强度略有增长但趋于稳定。

(3) 再生细骨料混凝土7 d抗压强度总体上呈现逐渐下降的趋势。

(4) 再生细骨料取代率在0%～40%之间时，28 d抗压强度呈现上升趋势，在20%～40%之间达到最高，当取代率在40%～60%之间时，又呈现下降趋势，取代率超过60%后，变化趋于平缓。

由上述规律可知，再生骨料取代率对再生混凝土的抗压强度影响规律与抗折强度类似，其原因也基本一致。当有利因素起主导作用时，抗压强度呈现增长趋势，当不利因素起主导作用时，抗压强度呈下降趋势，当两种因素所起作用相当时，抗压强度趋于平稳。

同理，采用EXCEL软件自带的多项式拟合功能对表3中的抗压强度数据与取代率进行非线性拟合，得出结果如下：

再生粗骨料混凝土7 d抗压强度(y5)与再生粗骨料取代率(x1)之间的关系方程为：

再生粗骨料混凝土28 d抗压强度(y6)与再生粗骨料取代率(x1)之间的关系方程为：

再生细骨料混凝土7 d抗压强度(y7)与再生细骨料取代率(x2)之间的关系方程为：

再生细骨料混凝土28 d抗压强度(y8)与再生细骨料取代率(x2)之间的关系方程为：

拟合方程的相关性系数均在0.9以上，说明拟合方程均能较好地反映再生混凝土7 d、28 d抗压强度与再生骨料取代率之间的相关关系。

4 结 论

(1) 再生混凝土7 d抗折强度总体上随再生粗、细骨料取代率的增长呈下降趋势，28 d抗折强度则是先略有增长，然后逐渐下降最终趋于平缓。

(2) 再生粗骨料混凝土7 d抗压强度随着取代率的增加，呈现出先保持基本稳定再下降最后再次趋于稳定的规律，而28 d抗压强度则表现出先增长再下降最后略有增长且趋于稳定的规律。

(3) 再生细骨料混凝土7 d抗压强度随取代率的增加总体上呈现逐渐下降的趋势，而28 d抗压强度则表现出先增加再下降最后略有增长且趋于平缓的规律。

(4) 通过对再生粗、细骨料的取代率与抗压抗折强度进行非线性拟合，得到了其相关关系的方程表达式，且其相关性系数均在0.9以上。

[1] 李清海,孙 蓓.国内外建筑垃圾再生利用的研究动态及发展趋势[J].中国建材科技,2009(4):119～122.

[2] 吕智英. 混凝土再生骨料的研究动态与发展趋势[J]. 混凝土,2010(6):77～82.

[3] 梁 芮,于 江,秦拥军. 废弃混凝土再生骨料的研究综述[J]. 混凝土,2013(5):93～96，100.

[4] 姚 磊. 建筑垃圾的再生利用及其产业化研究[D].西安：长安大学,2012.

[5] 全洪珠,袁传鹏,迟玉锦. 再生粗骨料取代率对混凝土各项性能的影响[J].青岛理工大学学报,2011(4):12～17.

[6] Jianzhuang X, Jiabin L，Ch Z.Mechanical Properties of Recycled Aggregate Concrete Under Uniaxial Loading, Cement and Concrete Research,2004(12):1～8.

[7] 马 静,王振波.再生混凝土的基本性能研究[J].混凝土与水泥制品,2012(3):18～21.

[8] 李绍鹏,刘良骏,李谟忍.再生骨料的关键特性分析[J].北方交通,2015(11):65～67，71.

[9] 崔正龙,路沙沙,汪振双.再生骨料特性对再生混凝土强度和碳化性能的影响[J].建筑材料学报,2012(2):264～267.

[10] 吴祖达.再生骨料混凝土性能研究[D].泉州：华侨大学,2014.

2016-09-21；修改日期：2016-09-27

李绍鹏(1990-)，男，湖南新化人，硕士，中建西部建设湖南有限公司助理工程师．

TU528.59

A

1673-5781(2016)05-0663-04