大流动性再生骨料混凝土试验研究★

徐宝军 赵 欢 刘海园 李旭旭 李 明 孟宏睿

(陕西理工大学土木工程与建筑学院，陕西 汉中 723000)

1 概述

目前，国家提出了节能减排的方针政策，大力推动绿色循环低碳发展、加快生态文明建设的新型经济发展模式，全面建成小康社会的宏伟目标。我国对再生混凝土的研究起步较晚，但是研究势头较猛，国内数十家大学和研究机构开展了大量的研究工作，涉及范围广泛[1]。

为了充分利用废弃物，以废砖骨料替代废混凝土骨料，全部利用废弃物，配制大流动性混凝土(坍落度大于160 mm的混凝土)的研究成果较少。本文利用废弃的粘土砖和混凝土经粉碎、筛分作为粗骨料配制大流动性混凝土，粗骨料配比对大流动性再生混凝土的容重、立方体抗压强度、劈裂强度的影响；为废弃混凝土与废弃粘土砖的再利用提供理论依据和应用参考。

2 实验内容

2.1 材料选取

水泥：试验中所采用的水泥型号均为P.O42.5 级。

细集料：采用细度模数为2.27的机制砂。

骨料：试验中骨料有废弃砖骨料和废弃混凝土骨料。

废弃砖骨料：采用废弃砖块，经颚式破碎机破碎再经筛分得到粒径在(5～26.5)mm级配良好的连续级配碎砖骨料。

废弃混凝土骨料：采用结构试验破坏掉的搁置四五年的废弃梁，经人工破碎并筛分得到粒径在(5～31.5)mm级配良好的连续级配碎混凝土骨料。再生骨料物理性能见表1。

表1 再生骨料性能

等体积取代法以0%，20%，40%，60%，80%替代率的废弃砖骨料替代废弃混凝土骨料见表2。

表2 再生骨料筛分试验

高效减水剂：试验采用实测减水率为14.8%的聚羧酸系高效减水剂。

拌合水：自来水。

2.2 试验设计

由于实验中的骨料为废混凝土骨料和废弃砖骨料，其的空隙都相对比较大，吸水能力相对较强试验用水量应严格控制。 再生粗骨料的高吸水性会造成坍落度过低、流动性过小、黏聚性变差,不利于实际工程的施工[2]。因此，在试验中采用附加用水量的方法。首先用1 h吸水量粗骨料拌和均匀，减小拌合初期粗骨料吸水过快的影响。

本次试验用碎砖骨料分别以0%,20%,40%,60%,80%的体积替代率替代废弃混凝土骨料，按照JGJ 55—2011普通混凝土配合比设计规程制备C30混凝土，水灰比为 0.53，坍落度为大于160 mm的大流动性混凝土。

2.3 试件制作

按不同的骨料分成5组，用等体积取代法以0%,20%,40%,60%,80%替代率的废弃砖骨料替代废弃混凝土骨料的B0,B1,B2,B3,B4这5组试验，配制尺寸为100 mm×100 mm×100 mm立方体抗压试块和尺寸为150 mm×150 mm×150 mm抗劈裂拉伸强度试块，两种试块每组各3个，共计30块。

2.4 实验设备及试验方法

碎砖骨料破碎采用颚式破碎机；骨料筛分分别使用摇筛机；再生混凝土拌和采用HJW60型混凝土试验搅拌机；混凝土立方体抗压强度和劈裂强度实验采用TYE-200型压力测试机，最大压力2 000 kN。

先将两种粗骨料分别加入附加用水量(骨料1 h吸水量)进行预处理静置3 min～5 min 拌和均匀，再将减水剂加入水中搅拌均匀随之分别将粗骨料、水泥、细集料、水(加有减水剂的水)倒入混凝土试验搅拌机中，开启机器拌120 s将拌和混凝土倒置铁板，测出空试模质量，加入试模并插捣、震荡(掂起一角轻微震荡)密实抹平清理完试模贴上标签并称量后放置于室温(20±5)℃环境下静置(24±2)h后脱模，将试块放在(20±2)℃，相对湿度95%以上的标准养护室养护至28 d。根据GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准[3]的相关规定:“取3个试件强度的算术平均值作为每组试件的强度代表值，”得到其立方体抗压强度与劈裂强度数据。

3 试验结果与分析

表3 大流动性再生混凝土配合比和强度

由表3得知随着替代率的增加再生骨料混凝土的表观密度呈现下降趋势，反映出由于碎砖骨料比例的增大，骨料的孔隙随之增多，从而增加了混凝土自身的孔隙，致使所配置的混凝土的表观密度下降；碎砖骨料比例的增大，骨料的孔隙增多，骨料本身的强度随之也有所降低，同时从胶骨比的角度来看，随着碎砖替代率的增加胶骨比降低，骨料的减少也会导致混凝土强度的降低。

不同碎砖替代率下的抗压强度、劈裂强度列于表4。

表4 立方体抗压强度、劈裂强度

由表4与图1可知：碎砖骨料等体积取代废弃混凝土骨料，最大立方体抗压强度和劈裂强度分别为36.3 MPa，3.9 MPa；由图1的变化趋势来看，当碎砖骨料的替代率由0%变到40%时，立方体抗压强度和劈裂强度显著下降；碎砖骨料的替代率由40%变到60%时，立方体抗压强度和劈裂强度略有回升；碎砖骨料的替代率60%以后立方体抗压强度和劈裂强度又呈现出显著的下降趋势；表明砖骨料的替代率在40%～60%是比较合适的且60%时最优。再生骨料混凝土强度的变化主要是由两个方面的因素影响：一方面是胶骨比的降低、骨料强度的降低致使再生骨料混凝土强度降低，另一方面是骨料吸水引起水胶比的降低导致再生骨料混凝土强度升高；由于这两个方面的相互作用，致使再生骨料混凝土强度发生图1的变化趋势。碎砖骨料的替代率由0%变到40%时，前者影响因素占据主导地位导致强度显著下降；碎砖骨料的替代率由40%变到60%时，后者因素起决定性作用致使再生骨料混凝土强度略有回升；碎砖骨料的替代率60%以后，随着碎砖骨料替代的较多，骨料的强度的降低对再生混凝土强度的影响远大于碎砖骨料吸水对再生混凝土强度的影响，致使再生骨料混凝土的强度又迅速开始下降。在水灰比为0.4,0.45和0.5时, 再生混凝土的抗压强度随着再生粗骨料取代率的增加, 呈现出逐渐降低的趋势[4]，但由于碎砖骨料的吸水作用也改变了所配再生混凝土的水胶比，进而影响了再生混凝土的强度。因此骨料的吸水很大程度也影响着大流动性再生骨料混凝土强度。

4 结论

1)随着取代率的增大表观密度呈现下降趋势。

2)随着取代率的增大表观密度呈现下降趋势，立方体抗压强度与劈裂强度大致为下降趋势。

3)当取代率在40%～60%时立方体抗压强度、劈裂强度略有回升，废砖骨料与再生混凝土骨料比值为6∶4时立方体抗压强度和劈裂较高，砖骨料体积取代率为60%时最优。

4)再生骨料混凝土质轻，环保，在砖、混凝土骨料为6∶4时相对高强，在建筑垃圾综合利用方面占有优势。