流动性再生混凝土力学性能实验研究

李丹丹, 海 然, 李乐峰， 王文迪， 王帅旗

(中原工学院 建筑工程学院， 郑州 450007)

在我国现代城市化进程中，每年几十亿吨建筑垃圾的堆放给环境造成了巨大的负担。为了缓解建筑垃圾的持续堆放带来的环境压力，利用建筑垃圾制备再生骨料，制成再生混凝土，成为建筑垃圾处理的重要途径之一。

近年来，对再生骨料和再生混凝土的研究和应用引起了国内外相关专家学者的广泛关注。与天然骨料相比，再生骨料的表观密度和堆积密度较低、吸水率大、压碎指标高[1-2]。再生混凝土配合比设计比普通混凝土更加复杂，对再生混凝土配合比进行设计时，一般主要考虑再生骨料的高吸水率[3-5]。通过预先吸水饱和，计算再生骨料吸水量，利用吸水量多的再生骨料进行混凝土配合比设计，如此制备的再生混凝土拌合物的工作性明显改善。研究还发现，再生骨料经物理或者化学强化后，制备出的再生混凝土性能得到改善。如：Vivian W Y等[6]等采用二次搅拌工艺显著提高了再生混凝土的抗压强度；张学兵[7]等采用DSP浆液预处理的方法获得的再生骨料混凝土的强度优于基准再生混凝土；朋改非等[8]证明采用“加热剥离附着砂浆”的方法对再生骨料进行改性，所得再生混凝土力学强度更优。

综上所述，关于再生混凝土的配合比和再生骨料改性的研究已相当成熟，但是关于再生骨料取代率对再生混凝土工作性和力学性能影响的研究相对较少。本文旨在研究再生骨料取代率对再生混凝土抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响，分析再生混凝土拉压比和折压比的变化规律。

1 实 验

1.1 实验材料

水泥：P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，性能参数见表1；细骨料：市售河砂，表观密度为2 600 kg/m3，堆积密度为1 580 kg/m3，细度模数为2.48，含泥量为5.3%；粗骨料：市售河砂，5～25 mm连续级配，表观密度为2 890 kg/m3，堆积密度为1 600 kg/m3，吸水率为1.9%；再生骨料：许昌金科再生资源有限公司生产，5～25 mm连续级配，表观密度为2 550 kg/m3，堆积密度为1 460 kg/m3，吸水率为8.9%，红砖质量占比25%；水：普通自来水；减水剂：德国西卡生产，减水率为30%。

表1 普通硅酸盐水泥P.O42.5的性能参数

1.2 实验设计

本实验利用坍落度为200 mm的C60普通混凝土作为基准混凝土。选取的再生骨料质量取代率为0、20%、30%、40%、50%、60%。再生混凝土，配合比见表2。

表2 再生混凝土的配合比

实验采用的混凝土抗压、劈拉试块的尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，抗折试块尺寸为100 mm×100 mm×400 mm。按照《普通混凝土拌合物性能实验方法标准》(GB/T50080-2011)，用坍落度筒法对混凝土拌合物工作性进行测试，确定其流动性，用观察法判断其保水性和粘聚性。按照《普通混凝土力学性能实验方法》(GB/T50081-2011)，用最大压力值为1 000 kN的液压式压力机对混凝土试块进行抗压、劈拉和抗折强度测试。

2 结果与讨论

2.1 再生骨料取代率对再生混凝土工作性的影响

不同再生骨料取代率的再生混凝土坍落度实验结果见图1。

图1 取代率与坍落度的关系曲线图

由图1可知，随着再生骨料取代率的增加，坍落度呈迅速下降趋势，混凝土由200 mm的大流动性混凝土降至10 mm的低塑性混凝土。其原因是，再生骨料自身的孔隙率和吸水率较大，自身需要大量的自由水。随着再生骨料取代率的增加，用于混凝土拌和的自由水逐渐减少，导致混凝土拌合物的流动性降低，坍落度下降。此外，再生骨料自身携带的水泥浆与新的水泥浆同时水化，基体的粘结性增强，也会导致混凝土拌合物坍落度下降。

2.2 再生骨料取代率对再生混凝土抗压性能的影响

不同再生骨料取代率的再生混凝土力学性能实验结果见表3。

表3 不同再生骨料取代率的再生混凝土的力学参数

由于再生混凝土内部薄弱界面相对较多，相比普通混凝土，强度略有降低。但是，随着再生骨料取代率的增加，在再生骨料取代率小于30%时，再生混凝土28 d抗压强度基本没受影响；当再生骨料取代率为30%～50%时，再生混凝土的抗压强度略低于再生骨料取代率小于30%时的再生混凝土；当再生骨料取代率为60%时，它的28 d抗压强度较基准混凝土下降了19%。再生骨料自身未水化的水泥浆加水后会继续水化，从而与基体接触得更紧密，增强了骨料与水泥浆界面的粘结能力，因此再生骨料取代率低的再生混凝土抗压强度与基准混凝土差别不大。对于再生骨料取代率高的再生混凝土，因为再生骨料是由混凝土块破碎而来，自身强度较天然骨料低，用它们制配的再生混凝土抗压强度较基准混凝土低。对于再生混凝土的早期强度，随着再生骨料取代率的增加，再生骨料孔隙率增大，为早期的混凝土水化提供空间和水分的能力降低，从而造成再生混凝土早期强度较基准混凝土差。

另外，随着再生骨料取代率的增加，当再生骨料取代率小于50%时，它们的抗折强度可以达到C50级混凝土国家标准；当再生骨料取代率为60%时，再生混凝土的抗折强度较基准混凝土降低了52%。这是因为随着再生骨料取代率的增加，再生骨料表面失去活性的老化水泥浆数量也相应增加，无法与基体更好地结合，而混凝土的抗折强度主要依赖于水泥浆与集料界面的结合强度，所以再生骨料取代率为60%的再生混凝土抗折强度降低。对于再生混凝土的抗拉强度而言，当再生骨料取代率为20%、30%时，再生混凝土的抗拉强度分别高出基准混凝土的1.8%、0.7%。这是因为:一是再生骨料收缩变形较大，能承受较大的劈拉变形[9-10]；二是再生骨料表面机械啮合力和化学作用力提高了再生混凝土承受竖直变形的能力。

2.3 再生骨料取代率对再生混凝土弯拉性能的影响

再生混凝土的折压比和拉压比与再生骨料取代率的关系见图2。

图2 不同再生骨料取代率的再生混凝土的折压比和拉压比

由图2可以看出，随着再生骨料取代率的增加，再生混凝土的折压比整体呈下降趋势，除取代率60%之外，由其他取代率再生骨料所得再生混凝土的折压比均满足要求。再生混凝土的拉压比在取代率为0～40%时呈上升趋势。在取代率为40%时超过基准混凝土拉压比的6.7%，这是因为此时再生骨料收缩与基体收缩同步，再生骨料与水泥砂浆粘结强度最大。

3 结 论

随着再生骨料质量取代率的增加，再生混凝土拌合物的坍落度由200 mm降到10mm。当再生骨料取代率在50%以内时，配制的再生混凝土的力学性能与基准混凝土差别不大；当再生骨料取代率大于50%时，配制的再生混凝土的力学性能较基准混凝土有所下降。随着再生骨料取代率的增加，再生混凝土的拉压比表现平稳，折压比逐渐下降。综合分析可知，当再生骨料取代率小于50%时，配制的再生混凝土的脆性特征得以改善。根据不同再生骨料取代率的再生混凝土的力学性能和工作性，在再生骨料取代率为30%～50%时更适合发挥再生混凝土的优势。

[1] 张向冈, 陈宗平, 薛建阳. 再生混凝土的物理与力学性能实验研究[J].硅酸盐通报， 2015, 34(6): 1684-1689.

[2] Kou S C, Pooh C S. Enhancing the durability properties of concrete prepared with coarse recycled aggregate[J]. Construction and Building Materials, 2012(35): 69-76．

[3] 张学兵, 方志, 邓寿昌,等. Additional water use influencing strength and fluidity of recycled concrete[J].中南大学学报(英文版), 2008, 15(s1):221-224.

[4] 孙跃东, 肖祥, 庞俭,等. 再生骨料混凝土的配合比实验研究[J].山东科技大学学报(自然科学版), 2009, 28(1): 25-29.

[5] Liu X H, Liu Z L, Zhang X B. The calculation of unit water use in recycled concrete[J]. Advanced Materials Research, 2011, 217-218:539-543.

[6] Vivian W Y, Tam C M. Diversifying two-stage mixing approach for recycled aggregate concrete：TSMAs and TSMAsc[J]. Construction and Building Materials, 2008(22): 2068-2077．

[7] 张学兵, 方志, 郭雪怡,等. DSP强化与预处理的再生骨料混凝土强度及破坏机理分析[J].工业建筑, 2012, 42(4):15-20.

[8] 朋改非, 黄艳竹, 张九峰. 骨料缺陷对再生混凝土力学性能的影响[J].建筑材料学报, 2012, 15(1):80-84.

[9] Kou S C, Poon C S. Properties of concrete prepared with crushed fine stone, furnace bottom ash and fine recycled aggregate as fine aggregates[J]. Construction and Building Materials, 2009, 23(8): 2877-2886.

[10] 郝彤, 赵文兰. 不同再生细骨料取代率混凝土的抗压及干燥收缩实验研究[J]. 新型建筑材料, 2011(2): 29-31.