基于强度的再生混凝土配合比设计探讨

尹磊 江李伦 庄锦亮

摘要：再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例与级配混合，部分或全部代替砂石等天然集料，再加入水泥、水等配制而成的新混凝土。但是目前再生混凝土的强度较低，导致工程应用较少。拟从设计原理、材料选择、配合比计算、等方面进行研究，设计出能够满足工程要求的再生混凝土配合比方案。

关键词：强度;再生混凝土;配合比

0  引言

每年因为废旧混凝土的堆放、处理不当都会引起严重的环境污染问题。利用废弃混凝土制备再生骨料，既能节省天然骨料，保护骨料产地生态环境，又能减轻混凝土废弃物造成的生态环境恶化等问题，走一条人与自然和谐相处的可持续发展道路。充分利用废弃混凝土制备再生骨料，能减轻混凝土废弃物造成的生态环境恶化等问题。目前目前再生混凝土的强度较低，导致工程应用较少。因此研究如何提高再生混凝土的强度，探讨配合比设计方案，可为实际工程应用提供参考。

1  设计原理

混凝土的强度主要取决于骨料本身的强度、水泥石强度及其与集料间的粘结强度，又与水泥标号、水灰比有密切关系。配制高强度混凝土的关键在于提高混凝土的密实度。在满足混凝土工程應用强度的前提下，设计不同的再生骨料取代率获得满足混凝土表观密度和抗压强度要求的再生混凝土。

2  材料选用

2.1粗骨料

混凝土强度是由胶凝材料和骨料的强度以及它们之间的胶结力保证的，因此要采用强度高的骨料。再生混凝土的各项指标与骨料粒径有着密切关系：随着骨料粒径的增大，其内部的孔隙率增大，胶凝材料的胶结能力降低，而抗压强度则下降得较多。骨料的强度、粒径、级配对再生混凝土的性能具有很大影响。因此骨料选择为具有连续级配的普通粗骨料掺加再生混凝土骨料。

2.2细骨料

用普通河砂作为细骨料，试验所用级配连续的河砂。

2.3矿物掺合料

在配制混凝土时，加入矿物掺和料不仅能节约水泥，降低混凝土的水化热，改善混凝土的和易性。而且由于掺合料的形态效应、微集料效应和火山灰效应能改善混凝土工作性，增进混凝土的后期强度，改善混凝土的内部结构，提高混凝土的抗裂性及耐久性的作用。

本设计方案加入的矿物掺合料有：

硅灰：四川朗天公司生产，细度为0.8μm，平均粒径在0.1～0.3μm，表观密度为2100kg/m?。

粉煤灰：湖南省四通化建有限公司生产，干灰含水率<1%，平均粒径在0.1～0.4μm，表观密度为1060kg/m?。

2.4胶凝材料

混凝土的强度随集料的强度增加而增加，水泥石的强度与混凝土的强度密切关联。水泥用量和强度是影响混凝土强度及其它性能最主要的参数之一。因此，水泥用量的选择尤为重要。拟采用强度较高、混合材料掺量较少的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，在保证强度的前提下采用最小水泥用量为原则。本设计方案使用的水泥等级为42.5R的普通硅酸盐水泥，实验室测出的表观密度为3100kg/m?。

2.4减水剂

减水剂能够在保持混凝土坍落度基本不变的条件下，减少拌合用水量。减水剂加入后，混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的和易性。天津雍阳生产的聚羧酸减水剂聚羧酸高效减水剂，减水率为20%，掺量为胶凝材料总量的1.5%。

3设计思路

3.1 硅灰用量和粉煤灰用量

使用内掺法加入硅灰和粉煤灰。

硅灰：根据（包志刚《硅灰在在普通混凝土中的应用初探》）硅灰的掺量范围为5%-15%，最佳掺量在10%左右，根据实验进行试配，本次设计方案掺硅灰的量为胶凝材料的10%。

粉煤灰：采用I级粉煤灰，根据（文献《JGJ28-86粉煤灰在混凝土与砂浆中应用技术规程》）以及（刘志勇《土木工程材料》西南交通大学出版社）综合实验室进行试配，本设计方案中，粉煤灰的用量为胶凝材料的10%。

3.2 水胶比

通过大量实验可得水胶比在0.2-0.3之间比较适宜。对于实验结果的分析，考虑到强度，质量，以及是否均质等因素。在0.2-0.3之间以0.01为一个梯度，设置了一系列梯度进行试验，最终确定水胶比为0.21。

3.3 配合比设计理念

本次设计的再生混凝土首先考虑的是混凝土的质量和抗压强度。在本设计中要求使用再生混凝土骨料取代部分粗骨料，通过设置不同的取代率，得到交友的方案。胶凝材料将骨料包裹住的同时，保证混凝土中空隙小而少，且混凝土不分层，骨料在混凝土中分布均匀，具有一定的流动性，混凝土振捣后没有出现泌浆的现象，具有较好的粘稠性。根据混凝土配合比设计相关规程和（刘志勇《土木工程材料》西南交通大学出版社）中配合比设计方法，本配合比设计计算方法与普通混凝土配合比设计相似，运用体积法。根据每立方中各种材料质量/材料表观密度所得的体积相加为1，骨料间的孔隙被胶凝材料和砂所填充，以达到混凝土理论上密实的效果。本次配合比设计参数主要有强度、质量、水胶比等。

4配合比计算

（1）确定混凝土配制强度，设计要求混凝土强度fcu，k = 40 Mpa，设计强度等级大于C30，按照大于C30的混凝土公式计算，混凝土配制强度为：

fcu，0 = 1.15 fcu，k

（2）计算水胶比。

①计算胶凝材料

fce = γcfce，g

本设计方案中，粉煤灰的用量为胶凝材料的10%，而未掺粒化高炉矿渣。所以粉煤灰影响系数γf 、粒化高炉矿渣影响系数γs

fb =γfγs fce =0.9×1×49.3 = 44.37 （ Mpa ）

②按强度计算要求水胶比。已知fcu，0 ，αa、αb代入得：

水胶比满足混凝土耐久性要求。

（3）单位用水量（mw0）。

① 根据高强混凝土坍落度T =10～30mm，砂子为中砂，骨料为0～10mm的预湿页岩陶粒，计算混凝土单位用水量为。

②外加剂为掺减水剂，减水率为β=20%，所以每立方混凝土用水量（mw0）：

（4）计算单位胶凝材料用量（mb0）。按强度要求计算单位用灰量，混凝土单位胶凝材料用量为：

①本配合比设计掺入硅灰、粉煤灰，掺量都为βf= 10%，计算单位硅灰用量

②计算单位减水剂用量（ma0）。掺量为βa=1.5%，计算单位减水剂用量

（5）计算单位水泥用量（mc0）。

mc0=mb0-mf0-msi

确定砂率（βs）。

（7）计算各组分用量。

5  结语

本文从设计原理、材料选择、配合比计算等方面进行了研究，初步设计出基于强度的再生混凝土配合比设计方案，通过掺加粉煤灰和硅灰，促进混凝土强度增长，减少孔隙率，提高密实度，强度得到了一定提高。

通过大量的实验表明再生骨料的取代率与混凝土的抗压强度和密切相关，当再生骨料取代率在23%以下时，再生骨料混凝土的强度与普通混凝土抗压强度相差不大;再生骨料取代率继续提高，再生骨料混凝土抗压强度随着再生骨料取代率的增大而降低。

参考文献：

[1][包志刚，硅灰在普通混凝土中的应用初探[J]. 商品混凝土， 2010，07

[2]《再生骨料混凝土应用技术规程》（DG/TJ08-2018）

[3]《混凝土再生骨料》[M].北京：中国建筑工业出版社，2011

[4]杜辉，缓释减水剂对再生骨料混凝土性能影响研究性[J].四川建材，2019，04

[5]刘志勇.土木工程材料[M].成都：西南交通大学出版社，2017