自密实再生骨料混凝土的基本力学性能*

2019-05-31姚大立胡绍金

沈阳工业大学学报 2019年3期

余芳，姚大立，胡绍金

(沈阳工业大学建筑与土木工程学院，沈阳 110870)

结合我国提出“节能减排”的基本国策，大力推广应用再生混凝土具有重要的现实意义.再生骨料混凝土技术是将废弃混凝土经过破碎、清洗、分级后，按一定的比例混合形成再生骨料，部分或全部代替天然骨料配制新混凝土的技术[1-2].目前再生骨料混凝土在国内已有较多研究和工程应用，但多为用再生骨料做部分替代[3-6].截止目前为止，以100%再生骨料作为粗骨料的再生骨料混凝土的试验研究和工程应用还鲜有报道.

此外，自密实混凝土作为高性能混凝土的一种，具有良好的工作性能，在越来越多重要建筑工程中得到广泛应用[7-9]，但是通过现有文献检索，在科学试验研究和工程应用中还鲜有以再生骨料作为粗骨料的自密实再生骨料混凝土的相关报道.

本文以100%再生骨料作为粗骨料，研究抗压强度等级为C30～C50的自密实再生骨料混凝土(RA-SCC)的基本力学性能，并比较其与天然骨料混凝土(NA-C)、自密实天然骨料混凝土(NA-SCC)力学性能之间的差异，具有重要的现实意义和应用价值.

1 试验概况

1.1 试验原材料

试验用水泥为山水工源牌水泥，配制C30和C40混凝土时采用PS32.5级矿渣硅酸盐水泥，配制C50混凝土时采用PO42.5级普通硅酸盐水泥，其表观密度为3 100 kg/m3；粉煤灰采用沈西热电厂生产的1级粉煤灰，其表观密度为2 200 kg/m3；细骨料均采用含泥量小于1%的天然水洗中砂，其表观密度为2 620 kg/m3；天然粗骨料采用辽宁抚顺生产的石灰石碎石，再生粗骨料为试验室强度等级为C50的废弃混凝土试块，首先通过最大粒径为20 mm的颚式破碎机破碎，经过180 L的立式搅拌机20 min强力搅拌，打磨去除骨料表面旧水泥浆，然后筛分而成，其实测主要性能如表1所示.减水剂采用辽宁省建筑科学研究院生产的LJ612型聚羧酸高效减水剂.

表1 粗骨料的基本性能Tab.1 Fundamental properties of coarse aggregate

1.2 试件设计与制作

本文试验设计了3种强度(C30、C40、C50)、3种类型(天然骨料混凝土NA-C、天然骨料自密实混凝土NA-SCC、自密实再生混凝土RA-SCC)，共9种混凝土试件，试件配合比如表2所示.

表2 混凝土配合比Tab.2 Mixing proportions of concrete

基本力学性能试验的加载制度参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)[10].采用130 L强制式搅拌机搅拌5 min后，将拌合物装入试模中，NA-C混凝土置于振动台上振实，NA-SCC和RA-SCC混凝土装入试模后放置于水平地面，24 h后拆模，将拆模后的试件立即置于标准养护室内进行养护至28 d后再进行试验.

2 试验及结果分析

2.1 劈拉强度

本文试验采用劈拉试验测定试件劈拉强度，采用试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的立方体，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)测定混凝土的28 d劈拉强度ft，试验结果如表3所示，其中，fcu为混凝土立方体抗压强度.由表3可知，RA-SCC的劈拉强度发展规律与NA-C和NA-SCC相似，均随着抗压强度的提高而增大.将试件的劈拉强度与抗压强度比值记作拉压比[11]，由表3可以看出，抗压强度等级为C30～C50的RA-SCC的拉压比在1/17.4～1/15.4之间，比NA-SCC的拉压比(1/15.2～1/12.9)降低了15.3%～21.9%，意味着RA-SCC的脆性比NA-SCC更大，表明粗骨料的自身特性对混凝土拉压比有较大影响.与NA-C(1/13.0～1/12.6)相比，RA-SCC的拉压比降低更多，达到23.4%～33.3%，这表明与NA-C相比，RA-SCC的脆性更加明显，因此，普通混凝土抗震规范不宜直接用于RA-SCC的结构设计中，在高烈度地震区使用RA-SCC结构应采取必要的构造措施以保证结构的抗震性能.

表3 劈拉强度试验结果Tab.3 Test results of splitting tensile strength

2.2 棱柱体强度

棱柱体强度是混凝土构件设计的主要指标之一.本文采用试件尺寸为100 mm×100 mm×300 mm的棱柱体，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)测得棱柱体强度fc，试验结果如表4所示.由表4可知，RA-SCC的棱柱体强度随抗压强度的提高而提高，这与NA-C和NA-SCC的棱柱体强度发展规律一致.将各组试件的棱柱体强度与抗压强度比值记作αc1，可以看出，抗压强度等级为C30～C50的RA-SCC的αc1在1/1.28～1/1.20范围内，与NA-C的αc1(1/1.40～1/1.28)和NA-SCC的αc1(1/1.35～1/1.24)相比略有提高，这说明自密实再生混凝土棱柱体强度与抗压强度的差异最小.

表4 棱柱体强度试验结果Tab.4 Test results of prism strength

2.3 抗折强度

抗折强度是评价混凝土构件受弯性能的一个重要指标.本文采用试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)测得混凝土28 d抗折强度fw，试验结果如表5所示.由表5可知，随着立方体抗压强度的提高，RA-SCC的抗折强度缓慢提高，这与NA-C和NA-SCC的抗折强度发展相似.将抗折强度与立方体抗压强度之比记作折压比，可知抗压强度等级为C30～C50的RA-SCC(1/18.2～1/18.0)和NA-SCC(1/18.7～1/18.1)的折压比均约为1/18.0，这说明粗骨料的性质对折压比几乎无影响.但与NA-C的折压比(1/17.2～1/16.2)相比，RA-SCC的折压比(1/18.2～1/18.0)较低，这意味着在相等抗压强度下，RA-SCC的抗折强度明显较小，因此，简单地按普通混凝土规范进行自密实再生混凝土受弯构件设计是不合适的.

表5 抗折强度试验结果Tab.5 Test results of flexural strength

2.4 弹性模量

弹性模量是评价混凝土变形性能的主要指标，反映了混凝土抵抗变形的能力.为了比较RA-SCC与NA-C、NA-SCC的变形性能，采用试件尺寸为100 mm×100 mm×300 mm的棱柱体，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)测定混凝土28 d弹性模量Ec，试验结果如表6所示.根据以往文献成果，不同学者对于普通混凝土建立的弹性模量计算公式分别为

(1)

(2)

我国规范[12]采用的是式(1)形式，文献[13]采用的是式(2)形式.根据本文得到的RA-SCC弹性模量试验结果按以上各式进行拟合，发现用式(2)形式的计算值与试验值吻合较好，其相关系数为0.998 8，表达式为

表6 弹性模量试验结果Tab.6 Test results of elastic modulus

(3)

图1为弹性模量与抗压强度关系，表6为弹性模量试验结果.由图1和表6可知，NA-C与NA-SCC对应的数据点均位于RA-SCC拟合曲线上方，这说明NA-C和NA-SCC的弹性模量均大于RA-SCC，这是由于再生骨料的弹性模量低于天然骨料而造成的.当抗压强度等级不小于C40时，NA-C的弹性模量相对RA-SCC拟合曲线的偏离程度远大于NA-SCC，而当抗压强度等级小于C40时，NA-C的弹性模量相对RA-SCC拟合曲线的偏离程度与NA-SCC相近.这是因为当水胶比较小(抗压强度等级不小于C40)时，混凝土的弹性模量主要取决于骨料的弹性模量和含量，骨料含量越高，混凝土的弹性模量越大；而当水胶比较大(抗压强度等级小于C40)时，混凝土的弹性模量主要取决于水泥石的弹性模量，即水胶比的大小，此时骨料含量对弹性模量的影响较小.