再生混凝土强度试验正交分析

王丕祥 李凤鸣

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

随着社会的快速发展，时间的推移，大量混凝土建筑逐步拆除、重建、翻新，产生大量废旧混凝土，导致建筑垃圾日积月累，逐步增多,同时我国的混凝土建筑的最大服役年龄已接近70年[1-3]。在拆除重建过程中产生大量建筑垃圾，而我国平均每年产生的建筑垃圾在1.3×109t以上[4-7]，同时这些垃圾的处理主要是靠掩埋或者送到郊外等人烟稀少的地方堆积，很少的一部分才会被再利用。废旧混凝土作为再生资源，可制作成骨料用于再生骨料混凝土，再生骨料可分为再生粗骨料和再生细骨料两种[8-10]。将再生骨料代替天然骨料掺入混凝土中，形成的混凝土被称为再生混凝土。张世民等[11]对再生混凝土进行了抗压强度、弹性模量等力学性能研究。徐萌波等[12]做了再生混凝土的劈裂抗拉强度等试验并进行研究分析。刘合敏[13]对再生混凝土的应用形式进行了研究分析。魏丽[14]进行了再生混凝土水灰比的影响研究。

本文基于对再生混凝土进行力学性能的试验，对强度进行了正交试验分析，以确定影响因素，变量为减水剂、砂率和再生骨料(粗骨料)取代率，减水剂为1.1%，1.2%和1.3%，砂率为37%，38%和39%，取代率为30%，50%和70%。

1 试验

废旧混凝土选用服役一年的实验室混凝土试件，强度为C40，进行鄂式破碎，制作成粗骨料，压碎值为24.22%。水泥选用小岭牌水泥，型号为P.O42.5普通硅酸盐水泥，天然骨料选用石灰石碎石，砂子为中砂。外加剂选用高效减水剂。本试验通过9组54个试块研究了不同取代率及不同外加剂量下，抗压强度变化规律。

2 试验分析

2.1 C30强度分析

设计强度为C30再生混凝土的正交试验，确定因素波动范围及指标：再生骨料取代率：30%，50%，70%；外加剂：1.20%，1.35%，1.50%；砂率：37%，38%，39%；考察指标：再生混凝土抗压强度。确定强度和各因素相对应正交表的对应关系见表1。

通过表1，对取代率等三个因素进行对比分析，当取代率为30%时，最高强度为51.20 MPa，对应的砂率为38%，外加剂含量为1.50%；当取代率为50%时，最高强度为49.42 MPa，此时对应的砂率为37%，外加剂含量为1.35%；当取代率为70%时，最高强度为41.58 MPa，与其相对应的砂率为37%，外加剂含量为1.50%，将整个取代率所得结果制作成表2。砂率与外加剂含量以此类推，分别作出在砂率的影响下的最高强度表3以及在外加剂含量的影响下的最高强度表4。

表1 强度与取代率、砂率及外加剂含量正交表的对应关系

表2 在取代率下的各水平最高强度 %

表3 在砂率下的各水平最高强度 %

表4 在外加剂含量下的各水平最高强度 %

根据表2～表4每个因素及各水平出现的次数进行统计，得出表5。

表5 各因素及水平最高强度时出现的次数

由表5可以得出，当取代率为30%时出现的次数最多，砂率在37%的时候出现的次数最多，外加剂含量在1.5%的时候出现的次数最多，所以最优方案为取代率30%，砂率为37%，外加剂含量为1.5%，还需要与取代率30%砂率38%外加剂含量1.5%进行对比，选择最优配合比，最终试验结果选择砂率37%为最优，强度为51.31 MPa。确定首要影响因素为再生骨料取代率，对再生混凝土的强度有直接的影响，取代率在30%时可以达到最高，而随着取代率的提高，强度随之下降；而砂率与外加剂的含量是影响强度的第二因素，强度随着砂率的提高而降低，随着外加剂的增加而增强。

2.2 C40强度分析

根据C30强度分析情况继而对C40进行分析，看是否情况一致。

表6 强度与取代率、砂率及外加剂含量正交表的对应关系

通过表6，对表中的取代率等三个因素进行对比分析，当取代率为30%时，最高强度为53.57 MPa，对应的砂率为38%，外加剂含量为1.3%；当取代率为50%时，最高强度为51.32 MPa，对应的砂率为39%，外加剂含量为1.3%；当取代率为70%时，最高强度为48.59 MPa，对应的砂率为37%，外加剂含量为1.3%，将整个取代率所得结果制作成表7。砂率与外加剂含量以此类推，分别作出在砂率的影响下的最高强度表8以及在外加剂含量的影响下的最高强度表9。

表7 在取代率下的各水平最高强度 %

表8 在砂率下的各水平最高强度 %

表9 在外加剂含量下的各水平最高强度 %

根据表7～表9每个因素及各水平出现的次数进行统计，得出表10。

表10 各因素及水平最高强度时出现的次数

由表10得出，出现次数最高的是取代率30%和外加剂含量1.3%，次数均为5次，砂率的每个水平均出现2次。据分析得出，影响此次再生混凝土强度试验的主要因素是再生骨料的取代率和外加剂含量，取最优方案为30%取代率，1.3%外加剂含量，37%砂率。

3 结语

通过本次再生混凝土强度正交分析，影响再生混凝土强度的主要因素是再生骨料取代率，其次是外加剂的含量，第三是砂率的大小。分析得出：1)再生骨料为主要因素是因为再生骨料本身经过再次破碎参入了再生混凝土，骨料结构在破碎过程中遭到破坏，不完整，强度不能达到本身性能的最优值，随着取代率的增加，再生骨料在再生混凝土中成为主要的承重因素，所以强度随之下降；2)其次是外加剂，高效减水剂本身对混凝土有增高强度的作用，再加上再生骨料吸水性较大，所以再生混凝土本身所需水量大，大大增加了混凝土的强度;3)砂率在混凝土强度中也是有很大的影响，本次试验由于再生骨料等因素影响较大，所以砂率对再生混凝土的强度影响相对较小。