再生混凝土的抗压强度研究

收稿日期:2003-07-29基金项目:上海市科学技术委员会基金资助项目(02DZ12104)作者简介:肖建庄(1968-),男,山东沂南人,教授,工学博士.E 2mail :jzx @再生混凝土的抗压强度研究肖建庄,李佳彬,孙振平,郝眩明(同济大学建筑工程系,上海　200092)摘要:设计并完成了264块再生混凝土立方体试块抗压强度试验,系统地研究了再生混凝土的抗压强度与再生粗骨料取代率、水灰比、龄期以及表观密度之间的关系.通过对比分析,得到如下结论:再生粗骨料的取代率对再生混凝土各龄期抗压强度影响很大;再生粗骨料取代率不同,再生混凝土抗压强度与水灰比的关系不尽相同;再生混凝土的抗压强度的发展规律不同于天然混凝土;再生混凝土的抗压强度与其密度之间基本上为线性关系;通过调整水灰比可以使再生混凝土获得满足设计要求的抗压强度.最后结合试验结果给出了各种再生粗骨料取代率时能够达到设计强度为30MPa 的水灰比.关键词:再生混凝土;再生粗骨料取代率;抗压强度中图分类号:TU 528.09 文献标识码:A 文章编号:0253-374X (2004)10-1558-04Study on Compressive Strength of Recycled Aggregate ConcreteX IA O Jian 2z huang ,L I Jia 2bi n ,S U N Zhen 2pi ng ,HA O X uan 2m i ng(Department of Building Engineering ,Tongji University ,Shanghai 200092,China )Abstract :Experimental work for the compressive strength of recycled aggregate concrete was designedand performed with 264cubes.The results indicated that the recycled coarse aggregate (RCA )re 2placement ratio has a remarkable influence on the compressive strength of recycled aggregate concrete ,the relationships between the compressive strength and the m w /m c ratio are also different for different RCA replacement ratios and the developments for the compressive strength of recycled aggregate con 2crete are not exactly the same as that of normal concrete.Nevertheless ,the compressive strength of re 2cycled aggregate concrete can achieve the target compressive strength by adjusting the m w /m c ratio.Finally ,based on the test results ,the m w /m c ratio for achieving a target strength of 30MPa for con 2crete with different RCA replacement ratios is presented.Key words :recycled aggregate concrete ;recycled coarse aggregate replacement ratio ;compressivestrength 废弃混凝土块经过破碎、清洗、分级后,按一定的比例混合形成再生粗骨料,部分或全部代替天然骨料配制而成的新混凝土称为再生混凝土[1].以往针对再生混凝土的抗压强度的研究大多集中在粗骨料全部采用再生粗骨料的情况,研究结果表明[2],与配合比相同的普通混凝土相比,再生混凝土的抗压强度降低,降低幅度一般为5%～32%.为了实现再生粗骨料的有效利用,有必要研究不同再生粗骨料取代率下再生混凝土的性能,进而实现对再生粗骨料取代率的优化.国内外已进行了一些这方面的第32卷第12期2004年12月同济大学学报(自然科学版)JOURNAL OF TON G J I UN IVERSITY (NATURAL SCIENCE )Vol.32No.12　Dec.2004研究,但是,由于再生粗骨料的随机性和变异性、试验方法以及混凝土的配合比等的差异,导致不同研究者的研究结果表现出较大的差异[3].因此,这一问题有待于进一步系统研究.1　试验设计1.1　试验原材料水泥为海螺牌32.5R普通硅酸盐水泥;砂为普通天然黄砂;拌和水为自来水;天然粗骨料为天然碎石,最大粒径31.5mm,连续级配;再生粗骨料由上海某机场跑道废弃混凝土破碎加工而成,粒径分5～15mm和15.0～31.5mm两种,质量比为3∶2,基本性能见表1.表1　粗骨料的基本性能T ab.1　B asic properties of naturaland recycled coarse aggregates骨料类型堆积密度/(kg・m3)表观密度/(kg・m3)吸水率/%压碎指标/%天然145328200.40 4.04再生129025209.2515.201.2　混凝土的配合比[3]定义再生粗骨料取代率r为混凝土中再生粗骨料与全部粗骨料质量比.本文共考虑了5种再生粗骨料取代率,即r=0,30%,50%,70%和100%. r=0时即为普通混凝土,作为基准混凝土.由于再生粗骨料的吸水率较高,需适当增加用水量对其进行一定补偿.这部分水称为附加水,即使再生粗骨料达到饱和面干状态所需的水,用量根据再生粗骨料的实测有效吸水率(自然干燥状态到饱和面干状态的吸水率)确定.混凝土的配合比见表2.1.3　试块的制作与试验方法试块的制作在混凝土材料研究国家重点实验室进行.再生混凝土拌和物采用人工搅拌.参照文献[4]进行.24h后拆模,在标准条件下养护至一定试验龄期时测其抗压强度.试块尺寸均为100mm×100mm×100mm.抗压强度试验按文献[5]进行,主要设备为一台YE-1850型液压式压力试验机,其最大量程为2MN.2　试验结果与分析2.1　再生混凝土试块的破坏形态随着荷载的增大,再生混凝土试块内的应力不表2　混凝土的配合比T ab.2　Mix proportions of concrete编号1)水灰比2)单位体积用量/(kg・m-3)水泥砂粗骨料天然再生水拌和水附加水NC-10.434305551295185NC-20.473905581301185RC-30-10.3552950983135618514 RC-30-20.3947452385536618515 RC-30-30.4343053487237418515 RC-30-40.4739054488838118515 RC-30-50.5136355290138618516 RC-30-60.5533655991239118516 RC-50-10.3552949758058018523 RC-50-20.3947451159659618524 RC-50-30.4343052260960918524 RC-50-40.4739053262162118525 RC-50-50.5136354063063018525 RC-50-60.5533654763863818526 RC-70-10.3552948534079218532 RC-70-20.3947449934981418533 RC-70-30.4343051035783218533 RC-70-40.4739051836384718534 RC-70-50.5136352636885918534 RC-70-60.5533653337387018535 RC-100-10.35529469109418544 RC-100-20.39474482112418545 RC-100-30.43430492114918546 RC-100-40.47390501116718547 RC-100-50.51363508118618547 RC-100-60.55336515120118548 1)NC表示普通混凝土;RC表示再生混凝土,其后数字表示再生粗骨料取代率(%),最后数字为组号.2)水灰比均为有效水灰比.断增加.试块开始出现裂缝.起初裂缝靠近试块侧表层,在试块高度中央为垂直方向,沿斜向往上、下端发展,至加载面处转向试块角部,形成正、倒相连的“八”字型.随着荷载的继续增加,新的裂缝逐渐向里发展,表面混凝土开始外鼓、剥落,最终为正、倒相连的四角锥.从破坏形态来看,再生混凝土的破坏基本上均为粗骨料和水泥凝胶体面之间的粘结破坏,未发现有粗骨料被劈开的情况、表明再生混凝土的破坏形态与普通强度天然混凝土比较接近.图1给出部分再生混凝土试块的典型破坏形态.图1　再生混凝土典型破坏形态Fig.1　T ypical failu re p attern of recycled aggreg ate concrete9551　第12期肖建庄,等:再生混凝土的抗压强度研究 2.2　再生混凝土抗压强度与粗骨料取代率的关系图2给出了水灰比(m w /m c )为0.43和0.47时,龄期至90d 不同再生粗骨料取代率与再生混凝土的抗压强度试验结果.由图中可以看出,再生粗骨料的取代率对再生混凝土的抗压强度影响很大.总体而言,再生混凝土的抗压强度随着再生粗骨料的增加而降低.当再生粗骨料取代率为30%,70%和100%时,再生混凝土的28d 抗压强度分别较普通混凝土平均降低24%,28%和30%左右.再生混凝土抗压强度下降的原因可能是由于再生粗骨料与新旧砂浆之间存在的粘结较为薄弱;同时,再生混凝土本身的用水量也有所增加,再者由于再生粗骨料孔隙率高,在承受轴向应力时,容易形成应力集中,这些都可能导致再生混凝土的强度降低.但是,当再生粗骨料的取代率为50%时,再生混凝土的抗压强度反而高于普通混凝土,其原因可能是此时再生与天然粗骨料两者形成的级配较优,也可能是由于试验结果的随机性造成的.这一现象有待于进一步从微观的角度进行研究.附带指出,这个结论可能仅适用于本文的试验条件.以往的试验表明[6],当水灰比降低时,再生混凝土的抗压强度将明显低于普通混凝土.图2　再生混凝土抗压强度与再生粗骨料取代率的关系Fig.2　R elationships betw een f cu and r2.3　再生混凝土的抗压强度与水灰比的关系再生混凝土的28d 抗压强度与水灰比的关系如图3所示.由图中可以看出,当再生粗骨料的取代率为30%,70%和100%时,再生混凝土的28d 抗压强度随着水灰比的增加而降低,两者呈现出良好的线性关系;当再生粗骨料的取代率为50%时,两者则呈现出非线性关系,这与Gupta [7]针对粗骨料全部采用再生粗骨料再生混凝土的研究结论较为一致.这一现象的原因也有待从微观角度进一步研究.2.4　再生混凝土抗压强度的发展规律图4给出了水灰比分别为0.43和0.47时再生混凝土抗压强度随龄期的发展规律.由图中易见,再生混凝土的抗压强度随龄期的增加而增长,这一点和普通混凝土相同.当龄期少于28d 时,普通混凝土抗压强度的增长速度较再生混凝土快;但龄期超过28d 后,再生混凝土的强度增长速度则快于普通混凝土,其原因是在拌和过程再生粗骨料中吸收的一部分拌和水会随着水泥水化的进行,释放出来,从而促进了再生混凝土抗压强度的发展,表现为再生混凝土的长期抗压强度增长较普通混凝土快.图3　再生混凝土的28d 强度与水灰比的关系Fig.3　R elationships betw een f cu,28and m w /m cratio图4　再生混凝土的抗压强度与龄期的关系Fig.4　R elationships betw een f cu and ages2.5　再生混凝土的抗压强度与表观密度的关系再生混凝土的28d 抗压强度与其表观密度的关系见图5所示.从图中可见,再生混凝土的抗压强度与其表观密度之间基本上呈线性关系.2.6　能够达到设计强度的水灰比根据再生粗骨料取代率,将不同水灰比的28d 抗压强度用平滑曲线连接,即可得到一族关于再生混凝土28d 抗压强度随水灰比的变化曲线,见图6.由图中可见,为了使不同再生粗骨料取代率的再生混凝土能够达到同一抗压强度,可以通过调整水灰651 同济大学学报(自然科学版)第32卷　比加以实现.表3给出了可以达到设计强度为30MPa 的水灰比.图5　28d 抗压强度与表观密度的关系Fig.5　R elationship of f cu,28versusdensity图6　28d 抗压强度与水灰比曲线Fig.6　Curves of f cu,28versus m w /m c ratio表3　能够达到30MP a 设计强度的水灰比T ab.3　m w /m c ratios required to achievethe target compressive strength项目r /%0305070100m w /m c 0.470.370.370.350.35f cu ,28/MPa31.332.131.731.331.93　结论(1)再生混凝土的破坏过程和破坏模式与普通混凝土基本一致.从破坏形态来看,再生混凝土的破坏基本上始自粗骨料和水泥凝胶体面的粘结破坏.(2)再生粗骨料取代率对再生混凝土各龄期的抗压强度影响很大.当再生粗骨料取代率为30%,70%和100%时,再生混凝土的抗压强度较普通混凝土降低;当再生粗骨料取代率为50%时,再生混凝土的抗压强度较天然混凝土反而有所增加.这一现象有等于进一步从微观角度研究.(3)当再生粗骨料的取代率为30%,70%和100%时,再生混凝土的28d 抗压强度与水灰比呈现较好的线性关系;当再生粗骨料的取代率为50%时,两者则呈现出二次抛物线关系.(4)再生混凝土的长期抗压强度发展规律与普通混凝土有所不同.在28d 龄期后,再生混凝土的抗压强度仍有较大的增长.(5)再生混凝土的抗压强度与其表观密度之间基本上为线性关系.(6)通过调整水灰比可使不同再生粗骨料取代率的再生混凝土抗压强度满足一定的设计要求.参考文献:[1]　肖建庄,李佳彬,兰　阳.再生混凝土技术最新研究进展与评述[J ].混凝土,2003,25(10):17-20,57. 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