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基于力学性能试验探究再生粗骨料混凝土早期性能

2020-04-02 402 上传者：管理员

摘要：再生混凝土的在拆除垃圾、建筑垃圾管控力度越来越强的情况下得到了广泛应用，有效降低了对环境的影响。再生混凝土的应用等级普遍较低，迫切需要对再生混凝土新的高价值应用进行探索。未来再生混凝土的发展方向是预制混凝土构件，在此过程中对再生混凝土骨料预制混凝土早期力学性能进行研究具有重要意义。在使用5mm~10mm小粒径再生粗骨料的条件下，兼顾混凝土工作性能、强度和经济性，系统研究了再生粗骨料取代率为100%时再生混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量等力学性能，希望对未来再生混凝土的工程应用提供参考。

关键词：
再生骨料
弹性模量
抗压强度
早期力学性能
预制混凝土
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1、工程概况

本文工程背景为银吴高铁护坡用再生混凝土预制砌块试点项目，要求再生粗骨料最大粒径10mm，再生混凝土最低强度等级C25,坍落度160mm~200mm。在使用5mm~10mm小粒径再生粗骨料的条件下，兼顾混凝土工作性能、强度和经济性，系统研究了再生粗骨料取代率为100%时再生混凝土的早期力学性能，主要包括抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量。

2、试验程序

2.1 实验原材料

实验时水泥采用宁夏赛马公司生产的低碱硅酸盐水泥,其标号为42.5；砂采用本地河砂,粒径为0mm~5mm，细度模数为2.9，中砂；粗骨料全部采用由拆除银川机场大桥产生的废弃混凝土破碎、分级所得的5mm〜10mm再生粗骨料;减水剂为山西格瑞特高效减水剂;水为项目用普通自来水。表1中给岀了再生粗骨料的基本性能。从中可知，再生骨料的密度低、吸水率高，表明再生骨料空隙率高，强度低。图1中给岀了再生粗骨料和砂的级配曲线，可知实验时采用的骨料级配能较好地满足有关标准对混凝土用骨料的级配要求。

2.2 再生混凝土配合比

该铁路护坡砌块长期在土中，环境类别为碳化环境,环境作用等级为T1,设计使用年限30年，最大水胶比0.6,最小胶凝材料用量260kg/m3。配合比设计时考虑到经济性，首先取最低水泥用量260kg/m3，最大水胶比0.6。砂和再生粗骨料的体积设计采用精细化设计方法，使水泥充分包裹粗细骨料并填充混凝土中的空隙，以保证其工作性能。再生混凝土100%米用5mm〜10mm小粒径再生粗骨料，当兼顾混凝土工作性能、强度和经济性指标时，其配合比见表2。

2.3 试样制备

实验室用机械搅拌的方式完成了混凝土的拌合工作。经测试，按设计配合比生产的混凝土，其坍落度在180mm〜200mm范围内，和易性满足要求。完成坍落度测试后,开始浇筑测试龄期为1d，2d，3d，7d，14d和28d的试件，为减少再生混凝土离散性的影响，各测试内容的各测试龄期均浇筑6个试件。抗压强度和劈裂抗拉强度试件为(150x150x150)mm标准立方体试块；弹性模量为(150x150x300)mm棱柱体试块，并将所有试块放入20兀、相对湿度为95%的养护室进行养护。

3、早期力学性能结果及分析

混凝土试块养护后，按国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》GB50081—2002，测试各力学性能在相应龄期的6个试件，取其平均值作为该组配合比在该养护龄期的抗压强度值。测试结果见表3。

3.1 抗压强度

由表3可知，再生骨料混凝土抗压强度增长趋势与普通混凝土强度增长趋势相吻合，即抗压强度随养护龄期增长而增强,且主要增长发生在前7d。第7d时，强度达到其28d抗压强度的77%。值得注意的是，再生混凝土早期抗压强度低于普通混凝土，这与相关研究吻合[1-2]o这主要是由于再生骨料表面附着有旧砂浆,其表面积大，吸附性强,一定程度上抑制了水化反应。标准养护条件下普通混凝土抗压强度模型见公式(1),式中,对于普通硅酸盐水泥,取s=0.25：

式（1）中为混凝土当期强度沈心为标样28d强度;exp为自然常数;s为修正系数;t为时间。图2展示了依据测试数据，运用该公式做岀的预测结果比较，从中看岀，依据公式预测的数值与测量数值能很好地吻合，表明该模型同样适用于本项目中的小粒径再生粗骨料混凝土。

3.2 劈裂抗拉强度

再生骨料的使用对再生混凝土抗拉强度的影响，与对抗压强度的影响不尽相同，反而存在差异。如表3所示，再生混凝土劈裂抗拉强度也随龄期的增加而增长,但发展速度较抗压强度慢。数据表明，与普通混凝土相比，再生混凝土的劈裂抗拉强度有所提升，主要是因为抗拉强度受骨料和砂浆之间的粘结能力的影响大，而再生骨料因表面具有棱角，与砂浆之间的粘结能力比天然骨料更好，故再生混凝土早期劈裂抗拉强度比普通混凝土稍高。一般采用下列模型计算普通混凝土早期劈裂抗拉强度：

式（2）中,对于普通硅酸盐水泥，取s=0.25。从图3可看岀，用该公式预测的数值与实测数值有差异。在前3d,实测数值〉预测数值。第3d时，强度达到其28d强度的63%。从第3d开始，实测数值＜预测数值。此时，再用该公式描述本项目中小粒径再生粗骨料混凝土的劈裂抗拉强度偏于不安全％对实验数据进行回归分析，建议采用下列优化式计算小粒径再生粗骨料混凝土早期的劈裂抗拉强度：

3.3 弹性模量

弹性模量作为评价混凝土结构、构件变形特征的重要力学参数,其量值随水化作用的进行而逐渐增长，最终趋于定值。研究再生混凝土早期的弹性模量增长变化，对预制再生混凝土构件的运输、吊装具有重要意义。当5mm〜10mm再生粗骨料取代率为100%时，分析再生混凝土静弹性模量随龄期的发展可知：同抗压强度和劈裂抗拉强度,静态弹性模量也随龄期的增加而增强。龄期为1d,2d,3d,7d和14d时，强度分别达到其28d强度的31%,43%,46%,62%和91%。相关模式规范CEB-FIPMC90建议采用下列公式计算普通混凝土早期的弹性模量：

式（4）中,对于普通硅酸盐水泥，取s=0.25。将RAC早期弹性模量计算值与实验值对比可知,100%采用小粒径再生骨料对混凝土早期弹性模量有明显影响。该公式预测的早期弹性模量数值与实测数值相差很大，且预测值〉实测值。用该公式计算小粒径再生混凝土的早期弹性模量不安全。基于本文实测数据，经回归分析，得到下列优化式,s值仍取0.25：

4、结语

本文依托银吴高铁护坡用再生混凝土预制砌块试点项目，研究了100%采用小粒径再生粗骨料时再生混凝土早期的抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量的性能，得到以下结论。小粒径再生粗骨料混凝土的早期力学性能随龄期的增加而增强。其中，弹性模量早期的发展最快，劈裂抗拉强度发展最慢；普通混凝土用于预测劈裂抗拉强度发展的计算公式，不再适用于小粒径再生粗骨料混凝土O基于试验结果，对计算公式做了优化；粗骨料全部采用小粒径再生骨料时，混凝土的早期弹性模量受影响较大，用普通混凝土早期弹性模量的公式计算结果偏不安全。基于实测数据,建立了该指标的计算模型；本文仅对小粒径再生粗骨料混凝土早期的力学性能做了研究。为更好地发展预制再生混凝土，需要更进一步的研究再生混凝土的早期特性，以更好的建立预测其早期行为的模型。

参考文献：

[1]周军,王欣,朱平华,王思源.混凝土骨料再生设备及工艺研究[J].混凝土,2008(1):125-127.

[2]侯永利,郑刚.再生骨料混凝土不同龄期的力学性能[J].建筑材料学报,2013(4):683-687.

[3]李佳彬,肖建庄,孙振平.再生粗集料特性及其对再生混凝土性能的影响[J].粉煤灰,2005(5):15-18.

李洋.小粒径再生粗骨料混凝土早期力学性能研究[J].北方建筑,2020,5(1):51-54.