【摘 要】 对再生骨料混凝土27 组立方体试件和5 组棱柱体试件进行了试验,主要研究了再生骨料混凝土的水灰比与立方体抗压强度的关系,以及立方体抗压强度与棱柱体抗压强度和弹性模量之间的换算关系。结果表明:相对于普通混凝土,再生骨料混凝土立方体抗压强度和弹性模量有所降低,但棱柱体抗压强度略为升高。
【关键词】 再生骨料混凝土;立方体抗压强度;弹性模量
【中图分类号】TU528.041【文献标识码】A【文章编号】 1001 - 6864(2008) 02 - 0004 - 030
前言
近年来,随着建筑业高速的发展,许多废旧混凝土建筑物和构筑物被拆除,随之产生了大量的废弃混凝土。传统的废弃混凝土处理方式既没有做到资源的合理利用,又污染了环境。将废弃混凝土块经过加工、破碎、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而成的新混凝土称为再生骨料混凝土。再生骨料混凝土技术可以实现废弃混凝土的有效回收利用,对于保护环境、节约资源、发展生态建筑具有重要意义。
近年来,国内外在该领域进行了一系列的研究,再生骨料混凝土技术的研究还主要局限在材料层次,即便如此,要形成较为完善的理论体系还有较大距离[1 ,2 ] 。肖建庄[3 ] 、宋灿[4 ]对再生骨料混凝土的立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、弹性模量进行了研究,但其再生骨料为不同取代率,而且骨料的来源均不同。本文在试验的基础上,采用100 %的骨料取代率,研究了再生骨料混凝土的水灰比与抗压强度的关系,以及抗压强度与棱柱体和弹性模量之间的关系,丰富了再生骨料混凝土材料领域研究。
1 试验设计
1.1 试验原材料
本试验水泥采用江南水泥厂出产的钟山牌42.5R 普通硅酸盐水泥,砂为普通黄砂,天然骨料为碎石,最大粒径为30mm。再生粗骨料由某小区住宅楼废旧梁人工破碎而成,水为普通自来水。粗骨料的基本性能见表1 所示。
1.2 再生骨料混凝土配合比
本试验配置了C20、C25、C30、C35 及C40 五种强度的再生骨料混凝土,砂率均为0.37 ,采用蒋业浩[5 ] 建议的配合比进行试配,根据JGJ55 - 2000《普通混凝土配合比设计规程》最终确定再生骨料混凝土的配合比。混凝土的最终配合比见表2。立方体试块尺寸为150mm×150mm×150mm ,棱柱体试块尺寸为150mm ×150mm ×300mm ,测定其弹性模量和轴心抗压强度。
2 试验现象
2.1 立方体试块破坏形态
加载初期,再生骨料混凝土试块表面未发现有裂缝出现。随着荷载的增大,试块内的应力不断增加。试块中开始出现垂直裂缝。起初出现的垂直裂缝靠近试块的侧表层,随着荷载的继续增加,新的垂直裂缝逐渐向里发展,并且原来的裂缝宽度不断扩大,表面混凝土开始外鼓、剥落。最终的破坏形态为正倒相连的四角锥,这与普通混凝土立方体试块破坏形态相同。再生骨料混凝土试块的破坏断面主要是再生粗骨料界面,同时也有少许天然粗骨料断裂情况,因在废旧混凝土破碎过程时,骨料砂浆本身就产生了较多的微裂缝,且有较多的粉尘,导致在原始砂浆与新砂浆胶结面处形成薄弱层[6 ] 。
2.2 棱柱体试块破坏形态
加载初期,再生骨料混凝土棱柱体试件表面未发现有裂缝出现。随着施加荷载逐渐的增大,再生骨料混凝土棱柱体试件内的应力不断增加,试件开始出现裂缝。初始出现的裂缝靠近再生骨料混凝土棱柱体试件高度中央为垂直方向,随着荷载的继续增加,裂缝数量逐渐增加,并且原来的裂缝宽度不断扩大,裂缝沿斜向往上、下端两端发展至加载面处转向试件角部,表面的再生骨料混凝土开始外鼓、剥落。试验表明,随着再生骨料混凝土立方体抗压强度的增加,再生骨料混凝土棱柱体的延性越来越差,在破坏前,再生骨料混凝土棱柱体裂缝变化不是很明显就会出现破坏,表现出脆性,并且再生骨料混凝土骨料也出现破裂现象。由此可以看出,再生骨料混凝土骨料的强度对再生骨料混凝土强度有一定的影响,
3 试验结果及分析
3.1 立方体抗压强度
试验测定了再生骨料混凝土立方体28d 抗压强度。图1为在砂率为0.37 情况下,再生骨料混凝土抗压强度与水灰比的关系。从图中可以看出,抗压强度基本随着水灰比的减小而不断增大,较好地符合线性关系。再生骨料混凝土28d龄期抗压强度( f cu ) 与水泥实际强度( f ce ) 及水灰比( WPC) 之间的关系可以写成普通混凝土经验公式的形式:
通过数据回归,再生骨料回归系数A = 0.41 , B = 0.49 ,而普通混凝土采用碎石为A = 0.48 , B = 0.52 ,文献[ 5 ]中A= 0.47 ,B = 0.71。在相同的水灰比及水泥强度条件下,28d龄期抗压强度再生骨料混凝土抗压强度要比普通情况约降低12.4 % ,这可能是由于水泥石与骨料间的粘结不够良好,且再生粗骨料本身存在大量的初始裂缝[7 ] ,从而再生骨料混凝土抗压强度的下降。而与文献[5 ]中回归公式相比较,抗压强度要小于7 %。由此可见,再生骨料混凝土骨料来源不同,对再生骨料混凝土强度也有较大影响。
3.2 棱柱体抗压强度
试验设计了5 组棱柱体试件,每组3 个试件,分别测定C20、C25、C30、C35 和C40 的棱柱体抗压强度。同时分别对应浇筑了5 组立方体试块,每组3 个试件,测定其抗压强度。
从图2 可以看出再生骨料混凝土立方体抗压强度与棱柱体抗压强度成线性关系,这与普通混凝土类似结果。与本课题其他组试验结果相比较,试验结果相差6 % ,主要是由于再生粗骨料来源不同造成的。试验结果见表3 ,从表中可以看出棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值变化较小,借鉴普通混凝土棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的关系,可以得到再生骨料混凝土棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的关系:
而规范规定普通混凝土棱柱体抗压强度与立方体抗压强度关系:
从以上数据分析可知,当再生骨料取代率为100 % ,混凝土强度等级小于C40 时,再生骨料混凝土两种强度指标间的换算在0.73～0.81 之间,且再生骨料混凝土棱柱体强度比普通混凝土棱柱体强度高出约为2.6 %。由于试验中所做试件还不够多,所得试验数据还具有一定的离散性。但许多研究机构试验结果均表明:相同立方体抗压强度条件下,再生骨料混凝土棱柱体抗压强度比普通混凝土棱柱体抗压强度有所增加。
3.3 弹性模量
根据试验结果,得到再生骨料混凝土弹性模量与抗压强度之间的关系如图3 所示。
从图中可以看出,随着抗压强度的增加,弹性模量也增加,这与普通混凝土相同,但是线性关系不是很明显。试验结果详见表4。对数据进行回归,得到再生骨料混凝土抗压强度与弹性模量的关系为:
对普通混凝土弹性模量与立方体抗压强度关系:
从表4 可以看出,相对于普通混凝土,再生骨料混凝土的弹性模量平均降低20 %左右。因再生骨料混凝土骨料表面是孔隙率较大的砂浆层,其相对于碎石的致密程度小很多,从而在相同轴向荷载下,棱柱体的变形要大很多,抵抗外力变形的能力较弱,故弹性模量较低,许多学者也得出了类似结果[7 ,8 ]
4 结语
(1) 再生骨料混凝土28d 龄期抗压强度和水灰比有着良好线性关系,抗压强度随着水灰比增大而减小。在相同配比条件下,再生骨料混凝土抗压强度低于普通混凝土。
(2) 再生骨料混凝土棱柱体抗压强度与立方体强度之比较普通混凝土要略高。
(3) 再生骨料混凝土弹性模量比普通混凝土弹性模量低20 %左右。
(4) 由于再生粗骨料来源不同及数据的离散性,再生骨料混凝土强度指标还需大量试验研究。
参考文献
[1] M Etxeberria ,A R Mari′,E Va′zquez.Recycled aggregate concrete asstructural material [ J ] . Materials and Structures , 2007 , ( 40) : 529 -541.
[2] 肖建庄,李佳彬,兰阳. 再生混凝上技术最新研究进展与评述[J ]. 混凝土,2003 ,25(10) :17 - 20.
[3] 肖建庄,李佳彬. 再生骨料混凝土强度指标之间换算关系的研究. 建筑材料学报,2005 ,8(2) :197 - 201.
[4] 宋灿,邹超英,徐伟. 再生骨料混凝土基本性能试验研究[J ].低温建筑技术,2007 , (3) :15～16.
[5] 蒋业浩. 再生骨料混凝土抗压强度及配合比设计研究[D]. 南京:南京航空航天大学,2005.
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[8] 刘数华,冷发光. 再生骨料混凝土技术[M]. 北京:中国建材工业出版社,2007.
