再生混凝土和易性及强度受砂率影响研究

郭维维

（山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002）

随着经济建设的快速发展，建筑垃圾也在大量增加。废弃的建筑垃圾大多采取掩埋的方法进行处理，容易造成二次污染，严重影响环境，如何处理建筑垃圾已成为众人关注的问题。通过破碎、分级将废弃的混凝土块替代天然骨料而配成的再生混凝土是发展绿色混凝土非常重要的途径，在其配制过程中，为了保证混凝土有足够强度，砂石比例尤为重要，并通过砂率来体现，因为其会对混凝土的和易性、质量等产生影响。目前，学者研究了再生粗骨料替代率、粗骨料种类、水灰比等的不同对再生混凝土各方面性能的影响，但较少在砂率影响再生混凝土的和易性及强度方面进行研究探讨。本文研究C30再生混凝土在不同砂率影响的情况下和易性及强度的变化规律。

1 试验材料及方案设计

1.1 试验材料

1.1.1 再生粗骨料制备

将石材市场拆除产生的混凝土废料用作制备再生粗骨料的原料，经测试平均强度为28.9MPa。通过粉碎和筛分，所得再生骨料粒径为5.5～25.5mm。为比较再生混凝土与普通混凝土在强度及收缩性能的差异，同时进行普通混凝土试验作为参考。不同骨料的基本性质见表1。

表1 骨料的基本性质

1.1.2 混凝土配合比设计

本试验的研究对象是制备C30再生粗骨料混凝土，同时通过普通混凝土试验进行比较，分别用Z和P表示。试验期间，再生混凝土试件中的粗骨料均为再生粗骨料，细骨料选自河砂。试验时两种混凝土的砂率分别为22%、27%、32%、37%、42%。在混凝土配合比设计中，使用P·O 42.5水泥，其密度为3.15g/cm3。天然河砂的表观密度为2640kg/m3，天然粗骨料表现密度2730kg/m3，吸水率0.63%。减水剂选用高效减水剂，固体含量18.9%，用量为水泥用量的0.45%。设计配合比见表2。

表2 设计混凝土配合比

2 试验过程与结果分析

2.1 混凝土坍落度受砂率变化的影响

根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2016），测试C30再生混凝土和普通混凝土在不同砂率下的坍落度。试验结果见图1，从图1中可以看出，随着砂率的增加，两种不同类型的混凝土坍落度值均呈先增大后减小的趋势，普通混凝土坍落度达到最大值时砂率在27%左右，再生混凝土坍落度达到最大值时砂率在32%左右。由于混凝土在保证不泌水的情况下坍落度大，可以有较好的工作性能，因此，普通混凝土砂率及再生混凝土砂率分别取在27%和32%左右较为合适。当砂率分别为22%、27%、32%、37%、42%时，再生混凝土坍落度值分别为141mm、148mm、150mm、146mm、139mm，与再生混凝土相比，普通混凝土具有较大的坍落度值，其增加幅度分别为4.2%、4.1%、0.7%、1.4%、2.9%，这是因为粗糙的再生粗骨料吸附了更多的水泥砂浆，同时天然骨料的吸水率低于再生骨料，这增加了混凝土的用水量，降低了混凝土的稠度。

图1 不同砂率条件下混凝土坍落度变化情况

2.2 混凝土强度受砂率变化的影响

制作不同砂率情况下边长为150mm的普通混凝土和C30再生混凝土试件，依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002），将试件置于标准条件下养护，测定其在龄期28天的抗压强度。

制备边长为150mm的不同砂率试件，在标准条件下养护28天后，进行450mm净跨度和双支点荷载下的弯曲和拉伸破坏试验。

制备边长为150mm的不同砂率试件，在标准条件下养护28天后，加载对应的条形荷载，将试件沿立方体中心劈裂破坏的力值进行换算，求得其轴心抗拉强度。

以上试验结果见表3。从表3中可以看出，在增加砂率的条件下，C30再生粗骨料混凝土和普通混凝土的抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度均发生了变化，但变化幅度不大，表明混凝土力学性能受砂率变化的影响不明显。普通混凝土相比再生粗骨料混凝土，以上三项力学指标均略大，随着砂率增加，抗压强度分别提高7.8%，7.5%，8.3%，8.4%，抗折强度分别提高9.3%，8.0%，8.5%，10.4%。劈裂抗拉强度分别提高14.8%，15.1%，16.1%，14.4%，这是因为水泥砂浆强度低且附着在再生粗骨料表面，当混凝土受荷载时，由于薄弱的过渡区存在，同时因为积累形成的细裂纹存在于再生骨料中，使得再生粗骨料混凝土强度有所降低。

表3 不同类型混凝土试验强度

砂率对普通混凝土及再生混凝土拉压比的影响见图2、图3。从图2、图3中可以看出，砂率的增大使得普通混凝土拉压比呈先增大后减小的趋势，而再生混凝土拉压比呈一直增大的趋势，但砂率达到一定值后，拉压比增大的幅度减小。

图2 砂率对普通混凝土拉压比的影响

图3 砂率对再生混凝土拉压比的影响

2.3 砂率影响下的混凝土干燥收缩率变化情况

分别制作普通混凝土和C30再生混凝土试件。依据试验规程，将试件在温度（20±2）℃、相对湿度（60±5）%的条件下进行养护，同时测定试件在不同龄期的干燥收缩率。其结果见表4。

表4 混凝土干燥收缩率变化情况 单位:10-4

从表4的试验结果可以看出，砂率的增大使得C30再生粗骨料混凝土及普通混凝土的干燥收缩长度变化率均以较小的幅度增加，在龄期大于128天后呈平稳变化，这主要是因为细骨料的吸水率较大，砂率的增加使得细骨料的用量增加，因此，在水分蒸发后发生大的干收缩变形。与再生粗骨料混凝土相比，普通混凝土有较小的干燥收缩率变化率，因为其表面吸附的水泥砂浆相对较少，因而吸水量也少，在干燥的过程中水蒸发量也较少，这又导致了较小的干燥收缩变化率。而砂率的增大，会使得混凝土吸水率受再生粗骨料的影响程度减小，因此，混凝土呈平稳的干燥收缩变化趋势。

3 结 语

a.C30强度等级的再生混凝土和普通混凝土同时进行试验，砂率的增加将导致坍落度先增大后减小，砂率分别取在32%和27%左右较为合适，但再生混凝土的坍落度值比普通混凝土小。

b.在提高砂率的条件下，C30再生粗骨料混凝土和普通混凝土的抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度变化幅度不大。与再生粗骨料混凝土相比，普通混凝土的上述三个力学指标略大。砂率的增大使得普通混凝土拉压比呈先增大后减小的趋势，而再生混凝土拉压比呈一直增大的趋势，但砂率达到一定值后，拉压比增大的幅度减小。

c.在砂率不断增加的情况下，C30再生粗骨料混凝土及普通混凝土干燥收缩长度变化率均以较小的幅度增加，在龄期大于128天后呈平稳变化，再生粗骨料混凝土的干燥收缩变化率相对较大。