再生骨料混凝土自生收缩预测模型

王雅思

(1.福建江夏学院工程学院　福建福州　350108；2.福建省环保节能型高性能混凝土协同创新中心　福建福州　350108)



再生骨料混凝土自生收缩预测模型

王雅思1,2

(1.福建江夏学院工程学院福建福州350108；2.福建省环保节能型高性能混凝土协同创新中心福建福州350108)

以市政道路破碎混凝土为再生粗骨料，以再生粗骨料、粉煤灰掺量、复掺粉煤灰和矿渣总量为影响因素配制再生骨料混凝土。在混凝土自生收缩试验的基础上，分析现有常用自生收缩预测模型与试验值的区别，选取欧洲规范BSEN模型作为基准模型，结合所研究的自生收缩试验结果提出修正参数，建立适用于再生骨料混凝土的自生收缩预测模型。

再生骨料混凝土；自生收缩；预测模型

0　引言

随着经济发展，巨大的混凝土生产量使资源、能源、环境以及相关的社会问题越发突出，可持续发展和环境保护战略迫切需要有效合理地利用废弃混凝土，再生骨料混凝土也因此应运而生[1]。近年来国内外已有关于再生骨料混凝土的研究[2-3]，但鲜见关于再生骨料混凝土自生收缩的研究[4]。混凝土早期的自生收缩是引起其开裂的主要原因之一，故研究自生收缩对于控制混凝土早期的开裂具有重要意义。而混凝土的自生收缩主要发生在早龄期，这给自生收缩的测量带来很大困难[5]，因此有必要根据理论研究和试验数据基础建立自生收缩的预测模型。由于影响再生骨料混凝土自生收缩的因素有很多，国内外对于混凝土自生收缩的预测尚无广泛适用的模型[6]。本文主要在分析国内外混凝土自生收缩预测模型的基础上，选择合适的模型，考虑再生粗骨料、粉煤灰掺量、复掺粉煤灰和矿渣量这几个因素对于再生骨料混凝土自生收缩预测模型的影响，建立再生骨料混凝土自生收缩预测模型。

1　原材料及试验方法

本文采用的再生粗骨料为市政道路工程废弃的混凝土，经砂石骨料加工厂破碎、分级后形成，粒径5～20mm。水泥为福建省顺昌水泥厂生产的炼石牌42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰是福建省福州朝军工贸有限公司生产的II级粉煤灰；矿渣为福建省中联建材微粉有限公司生产，产品等级S95；细骨料选用天然细骨料，为福建省闽江中砂；减水剂为福建省建筑科学研究院生产的聚羧酸高效减水剂(TW-JS)。

本文试验以再生粗骨料、粉煤灰掺量、复掺粉煤灰和矿渣总量为影响因素，配制10组水胶比0.4、砂率40%的C30混凝土(包括天然骨料混凝土，再生骨料混凝土，掺加粉煤灰的再生骨料混凝土，粉煤灰和矿渣复掺的再生骨料混凝土)探讨各因素对混凝土自生收缩的影响规律。

以各组混凝土配合比分别制作自生收缩试验试件，试件为100mm×100mm×515mm棱柱体，共10组，每组3个试件。在浇筑混凝土试件前，先在试模上安装反射靶预埋件，后浇筑混凝土，确保反射靶在浇筑过程中不发生移位偏斜现象，浇筑后立即密封试件，保证自生收缩试件的密封性。采用电涡流位移传感器测试反射靶间的位移差，试验装置为非接触式，进而确保试验数据可靠性[7]。自生收缩试验在室内恒温恒湿的条件下进行。其中，实验室温度由两台冷热空调控制，湿度由抽湿机控制，温度控制为20℃±3℃，相对湿度为60%±3%。试验数据采集频率为30min，采集60d。由各组混凝土的自生收缩发展可知，各组混凝土的自生收缩总体发展趋势一致，在早期都发展迅速，而后期则趋于平缓，即早龄期是混凝土自生收缩发展的关键时期。

2　混凝土自生收缩预测模型分析

混凝土自生收缩模型一般可分为理论模型和经验模型两类。因此，就本文的试验，选择考虑多因素影响的经验模型作为混凝土的自生收缩预测模型。

现有常用自生收缩预测模型有：Dilger等针对高性能混凝土的模型、法国建筑行业规范建议的AFREM模型、欧洲规范(Eurocode)BSEN1992-1-1模型、欧洲标准委员会建议模型(Eurocode)、日本土木工程协会JSCE建议模型[7]。综合现有的混凝土自生收缩预测模型，一般将自生收缩表达为最终收缩和时间系数的乘积，并在此基础上考虑影响自生收缩的因素，如水灰比、水泥品种、矿物掺合料等的影响，引入相关的修正系数。由于这些模型都是基于本地的混凝土自生收缩试验结果，鉴于混凝土原材料地域性的差别，各个预测模型都有其局限性，并且模型的考虑因素和适用范围也各有不同，表1为各个模型的考虑因素和时间系数采用的函数形式[8]。

残差百分比即实际试验值和模型值之间差的绝对值与实际值的百分比，可用来表征模型预测值的可靠度。以RAC及RAC-F15-S15为例，见图1和图2，本文各组混凝土试验值与各模型的残差百分比变化相差较大。其中预测模型Dilger、Eurocode、日本JSCE与本文试验值的残差百分比相差较大，且随着龄期的增长，变化幅度较大。而欧洲规范BSEN模型虽然与本文各个试验值的残差百分比都比较大，但是各组混凝土残差百分比随着龄期的增长变化幅度都较小，整体较稳定。综上，本文借鉴欧洲规范BSEN模型预测再生骨料混凝土的自生收缩，并在试验的基础上引入参数对预测模型进行修正。

表1　自生收缩模型所考虑的因素比较

3　再生骨料混凝土自生收缩预测模型

以欧洲规范BSEN模型为模型基础，参照课题组已有成果[8-9]，本文的预测模型在原有模型基础上，引入再生粗骨料品种和矿物掺合料对混凝土自生收缩的影响系数，以试验值进行拟合，对原有模型预测值进行修正即得各影响系数取值，最终建立考虑多方面影响因素的再生骨料混凝土自生收缩预测模型。

本文自生收缩表达式为：

ε(t)=ε(∞)·β(t)

(1)

式中：ε(t) ——时间t天时的自干燥收缩(×10-6)；

ε(∞)——最终自生收缩(×10-6)；

β(t)——时间影响因子。

最终自生收缩ε(∞)，主要随混凝土的抗压强度变化，并考虑矿物掺合料种类及掺量的影响：

ε(∞)=γcγyγrγaγsd(fck-10)×10-6

(2)

式中：γc——基本修正系数，考虑到原有模型试验中掺入30%的粉煤灰，原模型系数应去除粉煤灰的影响，经本文试验参数Bsd修正后，取γc=5.335；

γy——预处理工艺修正系数，对净浆裹石法γy取为0.834；

γr——再生粗骨料影响系数，

γr=1+4.77×10-3α-6.73×10-6α2

其中α为再生粗骨料的取代率百分数，对于本文再生粗骨料取代率百分数70，拟取γr=1.3；

γa——再生粗骨料品种系数，受本文试验所限，仅对比课题组原有模型试验所用的再生粗骨料与本文试验再生粗骨料，并根据本文试验数据进行拟合，取γa=1.521；

Bsd——矿物掺合料种类、掺量的影响系数；

fck——混凝土28天立方体抗压强度(MPa)。

矿物掺合料种类、掺量的影响系数Bsd，其中α为矿物掺合料的掺量百分数：

①单掺粉煤灰时：

Bsd=-0.159 5+0.097 9α-0.002 75α2+2.384×10-5α3

(3)

②复掺粉煤灰、矿渣时：

Bsd=2.041 6-0.074 8α+0.001 573α2-5.863×10-6α3

(4)

自生收缩随时间变化的函数β(t)：

β(t)=1-exp(-at)b

(5)

式中：t——混凝土的自生收缩测试时间(d)，即从混凝土出现膨胀峰值点的时刻开始算起的测试时间；a，b为常数，本文取a=0.2，b=0.5。

4　再生骨料混凝土自生收缩预测模型验证

经计算对比，各组混凝土的试验值与本文提出的模型值的发展趋势一致，以RAC及RAC-F15-S15为例，如图3～图6，可见模型预测值的准确性。从试验值和模型值的残差百分比图中可知，自生收缩实测值与模型预测值的残差百分比在混凝土的早龄期较大，除了RAC-F60和RAC-F30-S30在前3d将近40%，其余各组均在20%以内，而随着混凝土龄期的增长，残差百分比显著降低，并维持在较低水准(5%以内)。考虑到混凝土早期的不稳定性，预测模型整体表现出良好的拟合效果。由此可见，本文的再生骨料混凝土预测模型对自生收缩值的拟出良好的拟合效果。由此可见，本文的再生骨料混凝土预测模型对自生收缩值的拟合效果良好，该模型考虑的影响因素多且具有普遍性，故该模型具有广泛的适用性。

5　结论

(1)各组混凝土的自生收缩在早期都发展迅速，而后期则趋于平缓，即早龄期是混凝土自生收缩发展的关键时期。

(2)现有的混凝土自生收缩预测模型，一般将自生收缩表达为最终收缩和时间系数的乘积，并在此基础上考虑影响自生收缩的因素。

(3)本文各组混凝土试验值与现有模型的残差百分比变化相差较大，但是欧洲规范BSEN模型值与试验值残差百分比随着龄期的增长变化幅度都较小，整体较稳定。

(4)本文各组混凝土的试验值与本文提出的模型预测值的发展趋势一致，该模型对自生收缩值的拟合效果良好，考虑的影响因素多且具有普遍性，故该模型具有广泛的适用性。

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王雅思(1989-)，女，博士研究生，助教。

Thecalculationmodelofautogenousshrinkageofrecycledaggregateconcrete

WANG Yasi1,2

(1.CollegeofEngineering,FujianjiangxiaUniversity,Fuzhou350108;2.FujianjiangxiaUniversityCoordinativeinnovationcenterforenvironmentallyfriendlyandenergysavingHPCofFujianProvince,Fuzhou350108)

Therecycledaggregatebrokenfrommunicipalroadwasusedtomakerecycledaggregateconcrete.Themixingamountofrecycledaggregateandmixingamountofflyashandmixingamountofflyashandslagwastookastheinfluencefactors.Basedontheautogenousshrinkagetestofdeferentconcrete,analyzingandcomparingseveralcommonlyusedautogenousshrinkagecalculationmodelwithexperimentalvaluesofthispaper,selectingamoreappropriateoneasreference.Inheritingtheoriginalautogenousshrinkagemodelofresearchgroup,combinedwiththeautogenousshrinkagetestresultstoadjustparameters,thenasuitableautogenousshrinkagecalculationmodelforhigh-performancerecycledaggregateconcreteisputforward.

Recycledaggregateconcrete;Autogenousshrinkage;Calculationmodel

校青年科研人才培育基金项目(JXZ2014012)

王雅思(1989-)，女，助教。

E-mail:435682853@qq.com

2016-03-03

TU528

A

1004-6135(2016)03-0098-04