膨胀剂及砖含量对再生混凝土影响研究

董 博 南

(兰州交通大学土木工程学院，甘肃 兰州 730070)

混凝土作为当代用量最大的人造建筑材料，我国每年的用量在13亿m3以上，居全球之冠，而在混凝土的几种原材料中，砂石骨料用量占混凝土总量的70%以上，每生产1 m3混凝土大约需要1 700 kg～2 000 kg骨料，用量十分巨大[1]。如果将砂石骨料的一部分替代为再生骨料，既有较好的经济价值又有很好的环境价值。再生粗骨料主要来源是建筑垃圾，其中，石块、混凝土块、泥土、碎砖和木料占主要部分[2,3]。目前关于再生混凝土的性质与应用已有较多研究成果[4-7]。但是目前关于膨胀剂对再生混凝土影响的研究较少并且大家对于碎砖最优取代率有明显异议，本试验设计了10个对比组通过和以往资料进行对比，来研究上述两个问题。

1 试验

1.1 原材料性质

水泥：为祁连山牌普通硅酸盐水泥，性质见表1。

表1 水泥的检测结果

细骨料：为天然河砂，性质见表2。

表2 砂子的检测结果

粗骨料：性质见表3；再生骨料：为兰州交通大学家属院旧楼拆迁时所产生的废弃砖块，收集后对其进行破碎、分级、清洗处理，性质见表4。

表3 石子检测结果

表4 碎砖检测结果

水：为兰州安宁区自来水；

粉煤灰：为Ⅰ级粉煤灰，密度为2.4 g/cm3，经检验各项技术指标符合GB/T 1596—2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰；

减水剂：为聚羧酸系高效减水剂，减水率为25%；

膨胀剂：为UEA膨胀剂。

1.2 试验方法

表5 试验配合比表

2 试验的结果与分析

2.1 试验结果

在用多功能试验机对试块进行抗压强度试验时，经过观察发现：1)当轴向荷载接近极限荷载时，试件上部棱边出现裂纹并向下端棱边蔓延；2)裂纹转向试块中心后试块表面开始出现鼓裂剥落；3)膨胀剂掺量大于4%的试块在出现如2)所述现象后会突然“炸裂”开来，有些混凝土碎片飞出了4 m,5 m远，并发出巨大声响。试块破坏形态如图1所示。试验完成后得到了如表6所示的数据。在对表6所示的数据进行处理后得到如图2，图3所示的抗压强度和膨胀剂掺量关系曲线、抗压强度和碎砖掺量关系曲线。

2.2 试验结果分析

首先在对试验现象进行分析后得到：当膨胀剂掺量大于4%时，试块内部应力较大，荷载在达到极限荷载时会发生“炸裂”现象。在张卫东，TOMII M等人[9,10]的研究中可以得知膨胀剂在合适的掺量下可以提高混凝土试块自身应力，增加钢管混凝土中核心混凝土和钢管内壁的粘结滑移作用。这也佐证了“炸裂”现象和膨胀剂的联系。膨胀剂掺量与试块的抗压强度也有关系。1)掺量在4%～8%时，龄期在7 d,14 d,28 d时，试块的抗压强度都增长最快；2)当掺量在8%～12%时，龄期在7 d和14 d的试块抗压强度都有下降的趋势，龄期在28 d时抗压强度几乎不变。掺量由8%增加到12%时，膨胀剂增加了4%，而抗压强度仅提升了0.09 MPa。

表6 两组试验组抗压强度表

当变量为碎砖掺量时，可得在龄期为7 d,14 d,28 d时试块的抗压强度随碎砖的掺量增加而减小，但是在碎砖掺量少于30%时试块强度的下降较为缓慢，且碎砖含量与试块抗压强度成线性关系。大于30%后抗压强度开始快速的下降，这与肖建庄等人的研究数据吻合[11]。碎砖掺量由0%增加到30%，试块抗压强度只降低了10.1%；当掺量由30%增加到50%时，试块的抗压强度却降低了24.6%。当掺量达到70%时，由C50混凝土拌制的试块在龄期28 d时，其抗压强度只有37.80 MPa。并且碎砖掺量为30%时，在每1 m3混凝土中替代了296.4 kg的石子，相比碎砖掺量为20%时替代的197.6 kg石子具有更好的经济与环保价值。

3 结语

1)膨胀剂的添加对于再生混凝土提升抗压强度和自身应力有帮助。这点可以使再生混凝土的应用更为广阔。

2)当掺量为4%～8%时，试块在7 d,14 d,28 d龄期下的抗压强度均增长最快，而当掺量为8%～12%时，龄期在7 d和14 d的试块抗压强度均有下降的趋势，龄期在28 d时抗压强度几乎没有变化。得出膨胀剂掺量为8%左右时效益最好。

3)碎砖掺量为30%的再生混凝土为最优设计，它具有良好的抗压强度和经济、环保意义。

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