多因素条件下烧结砖再生骨料混凝土力学性能研究

2017-01-10牛会涛

湖南交通科技 2016年4期

关键词：烧结砖砂率水灰比

牛会涛

(石家庄市公路桥梁建设集团第五公路工程处，河北石家庄 050000)

多因素条件下烧结砖再生骨料混凝土力学性能研究

牛会涛

(石家庄市公路桥梁建设集团第五公路工程处，河北石家庄 050000)

烧结砖再生骨料混凝土力学性能受到的影响因素较多，通过混凝土抗压强度试验与劈裂抗拉强度试验，研究了水灰比、砂率、再生骨料掺量、再生骨料的强度处理方式4种因素对混凝土力学性能的影响。研究表明：再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度随着水灰比的增大而降低，水灰比取0.75到0.80较为合适；在一定范围内，再生骨料混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度随着砂率增大而降低，砂率取35%～40%为宜；对再生骨料混凝土强度要求较高时，利用烧结砖再生骨料替代天然骨料的比例应控制在30%以内；对烧结砖再生骨料用水泥浆进行包裹处理可有效提高骨料的性能。

烧结砖; 再生骨料混凝土；力学性能

随着城镇化进程的不断深化，旧城改造、城中村拆除等工程产生了大量的建筑垃圾，仅郑州市2015年产生的建筑垃圾就近1亿t[1-3]。建筑垃圾的“围城”、“堆山”现象日益严重，不仅污染环境占用耕地，而且存在的滑坡危险也是重大安全隐患。建筑垃圾资源化利用是解决此问题的唯一途径，其中将建筑垃圾破碎筛分形成再生骨料制备再生骨料混凝土是一个热门方向[4,5]。目前研究主要集中在利用废旧混凝土制备再生骨料混凝土，建筑垃圾中烧结砖含量大，破碎筛分时较难将烧结砖骨料与混凝土骨料分开，废旧烧结砖骨料的性能相对于废旧混凝土骨料比较差，因此研究烧结砖再生骨料混凝土的性能是非常必要的。文章研究了烧结砖再生粗骨料的水灰比、砂率、再生骨料掺量、再生骨料的强度处理方式4种因素对再生骨料混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度的影响。

1 原材料及试验方法

1.1 试验原材料

再生骨料为民用建筑中砖混结构拆除后，废旧烧结砖破碎筛分而得，原砖的等级经测试可达Mu10级，粒径为5～20 mm；天然骨料为石灰岩碎石，骨料的主要性能指标见表1。水泥为强度等级为32.5的矿渣硅酸盐水泥，砂为河砂，水为自来水。

表1 骨料主要性能指标骨料表观密度/(kg·m-3)含水率/%吸水率/%压碎值/%天然骨料2660088065162再生骨料24102211421186

1.2 试验方法

按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的有关要求，制备150 mm×150 mm×150 mm的标准立方体试件，每组制作3个试件。试件振动台振动成型，24 h拆模后标准养护28 d，然后进行相应的试验。本文主要研究再生骨料混凝土的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度，分别按照相应的试验方法进行试验。

2 水灰比对再生骨料混凝土性能的影响

利用烧结砖骨料，设计水灰比为0.70、0.75、0.80、0.85的4个对照组，砂率取36%，配合比见表2。制备4组混凝土标准试件进行对比试验。

图1为不同水灰比对烧结砖再生骨料混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度的影响。

表2 不同水灰比时再生骨料混凝土配合比水灰比用水量/kg水泥用量/kg砂率/%07034048636075340453360803404253608534040036粗骨料/kg砂/kg配合比9958201∶07∶169∶20511208521∶075∶188∶2479758801∶08∶207∶22910989051∶085∶226∶275

图1 水灰比对混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的影响

由图1a可知，水灰比对再生骨料混凝土抗压强度的影响较为明显，整体呈波动性，水灰比在0.75到0.85之间时，混凝土抗压强度较为稳定，且出现了一定程度的上升，当水灰比超过0.85时，混凝土抗压强度急剧下降。由图1b可知，再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度随着水灰比的增大而降低，且水灰比在0.70到0.75之间时降低的幅度比较大，水灰比大于0.75时降低的幅度较小。考虑到砖骨料具有较大的吸水性，水灰比取0.75到0.80较为合适。

原因分析：水灰比对水泥浆的稠度具有直接影响，当水灰比增大时，水泥浆的稠度降低，其自身的流动性显著提高，混凝土拌合时和易性较好。但水灰比过大时，水泥浆与骨料之间的粘聚作用减弱，且多余的水分蒸发后在混凝土中形成大量空隙，导致混凝土强度降低。

3 砂率对再生骨料混凝土性能影响

砂率是混凝土中砂的比例，砂率对混凝土中集料级配、空隙率和总表面积有很大影响。设计水灰比在0.75条件下，再生骨料制备砂率分别为35%、40%、45%、47%的4组混凝土标准试件进行试验，4组试件其配合比如表3所示。

表3 不同砂率时再生骨料混凝土配合比水灰比用水量/kg水泥用量/kg砂率/%07533044035075320427400753504674507534045347粗骨料/kg砂/kg配合比9349641∶075∶219∶21210037581∶075∶178∶23512006491∶075∶139∶25711755321∶075∶117∶259

图2为不同砂率对烧结砖再生骨料混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度的影响。

图2 砂率对混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的影响

由图2a可知，再生骨料混凝土抗压强度随着砂率增大而降低，砂率从35%升高到47%时，抗压强度值降低了约3 MPa，降低的幅度不大。由图2b可知，当砂率从35%增大到45%左右时，劈裂抗拉强度随着砂率的增大而降低，当砂率增大到47%时，强度又出现了一定程度上的增大，增大的幅度约0.03 MPa，不太明显。因此，砂率取在35%到40%之间较为合适。

原因分析：在一定范围内，砂率增大时混凝土中粗骨料比例降低，细骨料比例增加，但水泥用量是不变的，此时水泥浆比较稀，拌合物容易出现离析和泌水现象，造成骨料与浆体界面黏聚力变弱，形成的混凝土密实度较差，所以混凝土的抗压强度与劈裂抗拉强度整体上随着砂率的增大而降低。

4 烧结砖再生骨料取代率对再生混凝土性能的影响

设计再生骨料掺量为0、30%、50%、70%、100% 5种规格，砂率取36%，水灰比取0.75，配合比如表4所示。

表4 不同再生骨料掺量再生骨料混凝土配合比编号掺量/%水泥用量/kg用水量/kg砂/kg再生骨料/kg天然骨料/kg1039721171401270230426251696333889350444278683554635470462303670775381510049034365111070

图3为烧结砖骨料掺量对再生混凝土28 d龄期时的抗压强度试验结果。

图3 再生骨料掺量对混凝土抗压强度的影响

由图3可知，随着烧结砖再生骨料掺量的增加，再生混凝土抗压强度总体呈下降趋势，烧结砖再生骨料掺量在30%、50%、70%、100%时，再生混凝土抗压强度分别降低了2%、13.8%、12.2%、18.1%。

原因分析：烧结砖再生骨料与天然骨料相比，强度值较低，吸水率和压碎值较大。同时再生骨料在制备时出现的裂隙及与原砂浆的清理不干净问题，都对骨料的性质造成了较大的影响。再生混凝土在受到外部荷载作用时，再生骨料的高孔隙率及裂隙容易在混凝土内部形成应力集中，宏观上造成了混凝土试件强度的降低，且随着再生骨料掺量的增加，这种劣化效应更为明显。当烧结砖再生骨料的掺量在30%以内时，再生混凝土抗压强度变化不明显，因此当对再生混凝土强度要求较高时，利用烧结砖再生骨料替代天然骨料的比例应控制在30%以内为宜。

5 骨料强化对再生混凝土性能的影响

由于烧结砖再生骨料表面具有很多空隙，有较高的吸水性，骨料缺陷明显，利用水泥浆对骨料进行包裹处理可以显著提高骨料的性能。一次处理指的是对骨料水泥包裹处理一次，二次处理为在一次处理后，待骨料干了再用水泥浆包裹处理一次。分别对一次处理和二次处理的骨料制作混凝土试件进行试验，骨料的含水率情况与混凝土抗压强度如图4、图5所示。

图4 不同龄期下处理方式对骨料含水率的影响

图5 不同龄期下处理方式对抗压强度的影响

由图4可知，包裹处理后的砖骨料含水率随着时间的延长而逐渐降低，前4天下降的趋势比较明显，第4～6天，下降趋势逐渐平稳；在0～6 d，二次处理的砖骨料的含水率低于同等条件下一次处理的骨料，6 d以后，一次处理和二次处理的骨料含水率较为接近。由图5可知，随着时间的延长，包裹处理的再生混凝土的抗压强度逐渐变大，且砖骨料二次处理的混凝土抗压强度基本上大于砖骨料一次处理的混凝土，其中包裹处理后4～6 d时，混凝土抗压强度值较为稳定。因此选取二次水泥浆包裹处理的砖骨料在处理4～6 d后进行混凝土的制备较好。

原因分析：烧结砖微观上是多孔结构，因此再生砖骨料孔隙率大，且表面粗糙，具有较多棱角，骨料制备时破碎造成骨料可能存在一定的裂隙，进一步劣化了骨料的各项力学性能。采用水泥浆对骨料进行包裹，浆体进入骨料的空隙中，对骨料的微观结构和力学性能进行了强化，在制备混凝土时处理过的骨料与新的水泥浆的结合度更好，所以包裹处理可以降低烧结砖骨料的含水率，提高再生混凝土的强度。且随着包裹处理时间的延长，包裹效果更好，这种效应随之变强，二次处理相对于一次处理，水泥浆对砖骨料的包裹更为彻底，因此混凝土的强度也相对更高。