再生混凝土配合比设计及强度试验研究

浅谈再生混凝土配合比设计及强度试验研究
摘要: 对华东地区再生骨料的基本性质进行检测，采用自由水灰比方法进行再生混凝土配合比设计，讨论不同水灰比对抗压强度的影响，建议净水灰比取 0. 4。

通过对 90 组再生混凝土不同龄期的抗压强度分析，回归不同取代率再生混凝土的强度换算公式，公式计算结果与试验结果符合良好，为该地区再生混凝土工程应用和结构早龄期强度推算提供强度指标。

关键词: 再生混凝土; 抗压强度; 水灰比; 强度换算
中图分类号：tu37 文献标识码：a 文章编号：
利用废弃混凝土经破碎处理后形成再生骨料制作而成的混凝土称为再生骨料混凝土。

由于其可以有效地处理城市发展过程中产生的建筑固体废弃物，减少对天然砂石等自然资源的需求，减轻环境的破坏和污染，因此对废弃混凝土的再生利用在国外得到广泛重视，我国在近几年也有很多学者对此开展了相关研究。

实际工程中受工期等条件限制，需要加快施工进度并准确预测混凝土不同龄期时的强度值，对于不同混凝土的强度增长规律研究提出了较高要求。

再生混凝土由于再生骨料来源广泛，受废弃混凝土龄期、原始强度、使用环境、产地等因素影响较大，各地区生产出的再生混凝土会存在较明显的性能差异。

1 再生骨料基本性能
再生骨料由某工程废弃混凝土块经腭式破碎机破碎筛分后制成粒径为 5 ～ 20 mm 自然级配的粗骨料。

参考 jgj 52—2006《普
通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》，分别测得再生粗骨料的级配、含水率、吸水率、压碎指标等，结果见表 1。

试验所用砂为天然河砂，属中砂; 水泥为 32. 5 级复合硅酸盐水泥; 拌合水为普通自来水。

2 再生混凝土配合比设计
2. 1 配合比设计方法
国内外对于再生混凝土配合比设计方法大致有几种思路。

一种是考虑到再生骨料的高吸水率特性，采用骨料预吸水工艺，将拌制混凝土的用水量分别按不考虑吸水的总用水量和扣除骨料吸水消耗的净用水量，计算与之相对应的总水灰比和净水灰比( 净用水量这部分水主要对水泥水化和流动性起作用，总用水量则是包括再生骨料吸水在内的混凝土总用水量) ，来分别探讨更合理的经验公式表达式。

均采用这种方法进行了相应的配合比试验，而且得到了令人满意的结果。

另一种设计思路是将再生骨料视为一类特殊的混凝土骨料，确定各主要影响因素和水平，采用正交试验方法可减少试验组合数目，确定最显著影响因
素，并利用回归分析方法确定再生混凝土的强度和各因素间的数学关系，得到设计经验公式。

采用 4 因素、3 水平的正交试验设计方法对高性能混凝土的配合比进行了试验，研究了水泥、硅灰、粉煤灰和外加剂等不同试验因素对高性能混凝土强度的影响，分析了每个因素水平对高性能混凝土配合比的作用及各个水平之间的差异。

结果表明，对混凝土强度的影响因素依次为外加剂、硅灰、
水灰比和粉煤灰。

并用正交试验结果进行了线性回归，给出了预测模型。

采用 3 因素、3水平的正交试验设计方法对再生骨料混凝土的配合比进行了试验设计，分析了每个因素水平对再生骨料混凝土配合比的作用及各个水平之间的差异，探讨了水胶比、再生骨料掺量、超细粉煤灰掺量等试验因素对再生骨料混凝土强度的影响规律和机理，并与基准混凝土对比。

采用多元回归分析的方法，建立了再生骨料混凝土强度与水胶比、再生骨料掺量、超细粉煤灰掺量的经验公式。

粉煤灰、高效减水剂等外加剂在工程中可有效降低混凝土用水量，提高施工和易性。

国内学者对于利用外加剂改善再生混凝土性能，如提高其强度等方面取得了很多有意义的成果。

全部采用再生骨料作为粗骨料，用粉煤灰与高效减水剂配制出强度达 54.
6 mpa 再生混凝土。

采用基体强度为 c20—c25 的废弃混凝土骨料，通过掺加高效减水剂配置出了强度为 40. 4 mpa的再生混凝土。

由此可见，高效减水剂的运用，可以有效提高再生混凝土的强度，但同时应注意，减水剂的使用可能导致混凝土强度与现行基于保罗米水灰比公式的配合比设计结果出现较大偏差。

2. 2 净水灰比对再生混凝土强度的影响
分别用 3 种水灰比制作了 18 组取代率为100% 的再生混凝土标准试块，分别测得 14 d 和28 d龄期强度统计值，见图 1。

—●— 14 d 龄期; —■— 28 d 龄期
注: 图中各点对应的均值( mpa) 、方差及变异系数分别为:
a( 35. 9 ，1. 23 ，0. 034 ) 、b( 33. 1 ，1. 13 ，0. 034 ) 、c( 25. 7 ，
0. 74，0. 029) 、d( 30. 8，0. 70，0. 022) 、e( 30. 2，0. 73，
0. 024) 、f( 24. 8，0. 64，0. 026) 。

图 1 不同净水灰比对抗压强度影响
fig． 1 effection of w，c on compressive strength
当净水灰比不大于 0. 5 时，全部采用再生骨料制作的混凝土试块在 14 d 和 28 d 龄期时的抗压强度都表现为随着净水灰比的增大而降低。

净水灰比为 0. 5 左右时，再生混凝土的 28 d 强度与14 d 强度接近，总体表现为强度较低，说明过多的富余用水量导致混凝土内部产生较大缺陷，不利于后期强度的增长。

因此，确定本文中后续的试验研究采用净水灰比为 0. 4 的再生混凝土试件。

3 不同替代率再生混凝土早龄期强度规律
3. 1 试件制作及试验
采用净水灰比为 0. 4 的 a1组，配合比结果按照粗骨料质量替代率分别为 50% 、70% 和 100% 制作90 组共计 270 个标准试块。

所有试块均按照 gb /t 50107—2010《混凝土强度检验评定标准》规定方法分别进行标准养护 3，7，14，21，28 d 后检测其立方体抗压强度。

试验过程严格按照上述标准要求进行，各龄期不同替代率混凝土立方体抗压强度测试换算后平均值见表 3。

表 3 不同取代率再生骨料混凝土立方体抗压强度平均值
table 3 average cubic compressive strength of
rac with different replacement ratio
注: 骨料取代率为 0% 的普通混凝土各龄期抗压强度值引自文献。

其中，21 d 龄期强度根据 c30 试块拟合公式 fcu( t) =13. 5t0. 28推算得到。

3. 2 不同龄期再生混凝土强度增长规律不同取代率再生混凝土
在不同龄期阶段的抗压强度增长情况见图 2。

再生混凝土的早期( n ≤7 d)强度与普通混凝土大致相当，7 d 龄期以后强度增长相比同样设计强度的普通混凝土逐渐变小。

标准养护 28 d 后，50% 、70% 和 100% 取代率的再生混凝土试块强度分别比普通混凝土降低 7. 8% 、3. 8% 和12. 5% 。

说明采用 70% 的再生骨料取代天然骨料
制备混凝土能够较好地满足混凝土 c30 的强度和经济性要求。

—■—普通混凝土; —●—取代率 50% ;
—▲—取代率 70% ; ——取代率 100%
图 2 不同置换率再生混凝土各龄期强度
fig． 2 compressive strength of rac with different replacement ratio in designated ages
以普通混凝土立方体试块在各龄期的强度为基准进行归一化处
理后，得到不同取代率再生混凝土与普通混凝土在各龄期的强度比( 表 4) 。

置换率为50% 和100% 时，再生混凝土早期强度略高
于普通表 4 不同取代率再生骨料混凝土与普通混凝土抗压强度比table 4 compressive strength ratio between
nac and rac in different replacement ratio
混凝土，而后期强度相比普通混凝土降低较多。

70% 取代率的再生混凝土的强度增长规律与普通混凝土基本一致，其强度约为普通混凝土的 95% 左右。

4 结语
对 108 组混凝土试块分别进行了 5 个龄期的标准试块抗压强
度试验研究。

总结了华东地区再生骨料混凝土的配合比设计规律和不同再生骨料取代率对不同龄期混凝土强度的影响，并以普通混凝土强度增长规律为基准，回归了不同取代率再生混凝土28 d龄期内的强度经验公式，相关系数均在 0. 9 以上。

可为再生混凝土的推广应用及早期强度推测计算提供参考依据。