（材料学专业论文）建筑废料再生混凝土的试验研究.pdf

曲北工业太举硕士学位论文摘要 摘要 隧_ 饕建筑业翦逐逮发疑，国建筑业产生豁建筑垃圾当空憨增招，匿量黪 建筑垃圾除处理费用相当惊人外，且由此引发的环境问题和社会公害也很多。 黧就，建筑垃圾豹秀生零l 蠲已受翻毽界备鏊建筑雩亍监帮环凌保护熬 1 敬离菠重 视。再生混凝土魁将废弃混凝土经过清洗、破碎、分级和按一定比例相互配合 稻得到豹“再生静料”作为部分残全都甏料配剃的混凝土。这静混凝一方面 解决了大最混凝废弃物处理困难和由此引发的对环境的负面影响等闯题，同 时又节省了大量的垃圾清运费用和处理赞用；另一方面可以减少对天然砂石的 开采，像妒了生态坯境，保护了人类社会的霹持续发展；再生溅凝完全潢是 世界环境组织提出的“绿色”的三大含义：( 1 ) 节约资源、能源：( 2 ) 不破坏环境， 羹应有弱予繇凌； 图2 2辩生骨料鼗换率与混凝土表观密度及禽气量的关系 n 天然骨料；c 再生骨料；g 粗骨料；s 细骨料；数字表示其百分含量 每立穷米渥凝土用瘩爨： 再生骨料为碎石状，孔隙率大，因此混凝土的砂率较高。鼠随着再生骨料 饕捺率豹疆离，移率龟淹之提离。翔图2 3 舔示。鑫予砂率裔，达到穗瓣舞落 度时比基准混凝土多用水，难以形成性熊良好的混凝土。 抗嚣强度： 如图2 4 所示，哇妊线为以溺砂、涎卵石为骨料蛇基准混凝，图中示出 了用部分再生骨料霞换河砂、河卵石配制的混凝土抗压强度。由图可见，再生 8 6 唾 2 0 ： s 删酽舔 西北工业大学硕士学位论文第二章文献综述及本丈研克思路的确定 骨料的置换率在3 0 以内，抗压强度降低较小，但置换率超过3 0 后，含再生 骨料的混凝土强度降低很大。 n g n 8 5 n t 0 c g c g i 一 单方月l 水量i - r ，一 j 7， 砂率 ，、， j- 。 c 夕 再生昔料置换率( ) 图2 3再生骨料置换率、砂率与单方混凝土用水量关系 6 5 6 0 口 5 5 口 5 0 d 鑫 僻 4 5 口 4 0 口 3 5 灰水比( c w ) 图2 4再生骨料混凝士灰水比与抗压强度关系 基准混凝士；一再生骨料置换率1 5 ：一置换率3 0 ：一再生粗骨料、 天然砂混凝十：一再生骨料( 1 0 0 ) 混凝士 2 7 ， (暑喜州葵骅代蚪 西北工业大学硕士学位论文 第二章文献综述及本交研究恩路的确定 抗拉强度： 再生骨料混凝土的抗拉强度特性与普通混凝土相比，其变化趋势和其抗压 强度相同。见图2 5 。 灰水比( c w ) 图2 5灰水比与抗拉强度关系 钢筋黏结强度： 钢筋水平放置，置换率在3 0 以内，下部钢筋黏结强度不受影响，但上部 钢筋黏结强度约降低3 0 。 弹性模量与最大变形： 再生骨料的置换率增大，混凝土的弹性模量降低，几乎呈直线关系下降， 如下页图2 6 中的曲线所示。置换率在3 0 以内时，弹性模量比基准混凝土 约降低1 5 左右。最大变形也随着再生骨料置换率增大而缓慢增大。如图中曲 线所示。 徐交和收缩： 随着再生骨料的置换率的增大，干缩值大幅度增大。再生骨料置换率为 3 0 以内时，干缩值约增大2 0 ，影响较小。压应力为混凝土抗压强度的1 3 左右，在两周龄期时，抗压徐变特性如图2 - - 7 。从再生骨料置换率的相对影响 来说，与干缩的情形大体相同。但是，再生粗骨料的用量不会影响再生混凝土 西北工业大学硕士学位论文 第二章文献综述厦本文研究思路的确定 的抗冻性。 、 。陛模量 ，r - 一一一 弋： 1 o 一 最大应变度 r 再生骨料置换率( v 0 1 ) 图2 6再生骨料置换率与弹性模量和的关系 4 0 2 0 1 0 苒生骨料置换率( v 0 1 ) ( 混凝土水灰比加6 0 2 0 ( 3 ，相对湿度蜡 件下养护) 图2 7再生骨料置换率与干缩、徐变关系 2 9 一善*蜊制域k哨 如3 2 一目乱十。【v删w骅圳一机斛 占h x ) 斟好巾 西北工业大学硕士学位论文 第二章丈献综连及本文研究思路的确定 吸水率和透水性： 随着再生骨料置换率增大，含再生骨料混凝土的吸水率几乎呈直线增大。 再生骨料置换率在5 0 以内时，其透水量与基准混凝土相比，增加极少。超过 5 0 时，开始迅速增加，且增量很大。分别见图2 8 ，2 9 。 2 1 g 槲 - * 肇 n 1 i l i w c5 0 l w c6 0 纱 w c7 0 多 ，二譬 彩 多 。j 6 2 0 再生骨料置换率v o l ( ) 图2 8再生骨料置换率和吸水率关系 n gn 8 5n 7 0 c g c g n sc 1 5c 3 0n sc s i i i o w c5 0 一w w l ，c ，6 0 。 r一 夕 j舻参 k，“ 嘭 l 再生骨料置换率v o l ( ) 幽2 9再生骨料置换率和透水率关系 哇 一# 一斟* 划 西北工业大学硕士学位论文第二章又献综述及本文研究思路的确定 和易性： 和易性是指混凝土拌和物易于施工操作( 拌和、运输、浇灌、捣实) 并能 获质量均匀、成型密实的混凝土的性能。和易性是一项综合的技术性质，它包 括拌和物的流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。 目前，尚没有能够完全反映混凝土拌和物和易性的测定方法。在工地和实 验室，通常用测定拌和物的坍落度来评价混凝土的流动性，而粘聚性和保水性 主要靠直观经验来评定。 由于再生骨料的存在，降低了新拌混凝土的坍落度，即在保持相同用水量 的情况下，再生骨料混凝土的坍落度随再生骨料的比例增加而逐渐下降。再生 骨料混凝土的坍落度还随水灰比的变化而变化，其变化规律和天然骨料混凝土 是一致的。但再生骨料表面粗糙，却增大了拌和物在拌和浇筑时的摩阻力，因 此再生骨料混凝土的保水性和粘聚力要比天然骨料混凝土好。 其它性能： 混凝士作为重要的建筑材料，除满足必要的强度和性能外，还应以适宜生 产生活为条件，我们通过试验测定热导率发现，再生骨料混凝土能够有效地提 高建筑物的保温隔热性能，且综合考虑，再生骨料混凝土的抗裂性比天然骨料 混凝土好。 2 4 新拌混凝土工作性的概念及涵义 新拌混凝土可以描述为粒子悬浮体。其连续介质是水泥浆体，也就是液相。 在所有的粒子悬浮体中，流动性与粒子离析间的平衡是必需的。新拌的再生混 凝土作为粒子悬浮体，必须具有良好的稳定性与流动性才能充分填实混凝土模 板中的一切空隙，并在不需任何外部能量的作用下达到密实固化。 为获得高流动性，首要的机理就是要减小颗粒间的摩擦阻力。要达到此目 的，掺入超塑化剂以减小颗粒的表面张力固然十分重要，但是需掺入的超细物 料的物理和矿物性质也是十分重要的。 为得到良好的稳定性不离析，其液相必须具有适当的流变性，也就是 既不产生泌水又防止离析。要达到此目的，须掺入适量的细填料，有时还需掺 入粘度改性剂( 增粘剂) 。 3 1 西北工业大学硕士学位论丈 第z - 章文献综述及本文研究思路的确定 流变学应用在新拌混凝土中表现得最为突出的一种性能就是工作性，或称 为和易性。经一定的搅拌工艺获得的混凝土拌合物是，颗粒状的骨料分散在水 泥浆中所形成的分散体系，固体颗粒之间彼此保持着一定的距离。随着水化的 进行，固、液、气相的比例发生变化，固体间距离逐渐减小，逐渐形成硬化混 凝土的内部结构。工作性是反映新拌混凝土性质的概念，是指混凝土拌合物从 搅拌开始到抹平整个施工过程中易于运输、浇注、振捣，不产生组分离析，容 易抹平，并获得体积稳定、结构密实的混凝土的性质。 根据上述定义，混凝土的工作性应包含流动性、可塑性、稳定性和易密性 等四个方面的性能。而这些性能不仅仅取决于混凝土拌台物自身的性质，还因 施工条件而异。考虑结构物的种类、断面形状、配筋状态、施工方法及工期等 因素，混凝土拌合物存在着一个最佳工作性。例如，用于建筑物的梁、墙体等 钢筋密集构件的混凝土工作性适宜，并不一定适合于大坝、道路碾压混凝土。 所以混凝土的工作性是在一定的施工条件下对混凝土拌合物性能的综合评价。 通常从以下几个方面测量并评价混凝土拌合物的工作性。 ( 1 ) 流动性 混凝土拌合物的流动性是表示拌合物在自重或外力的作用下，易于流动、 填充模板的难易程度。 混凝土材料的特征之一，就是浇注到模板中可以获得任何形状的构件。因 此粒径从数十微米至数十毫米的各种固体颗粒与水的混合物就必须具有类似于 液体的流动性。流动性在混凝土的搅拌、运输直到振实的施工中是一个很重要 的性质。混凝土拌合物的流动性有很大差别，有的在自重作用下几乎不发生任 何变形，非常峰硬，也有的就像液体一样呈现出非常高的流动性，即具有自流 平的特性。 ( 2 ) 可塑性 混凝土拌合物的可塑性是指能够容易填充模型，形成所需尺寸和形状的构 件，组成材料不产生离析的性质。 ( 3 ) 稠度( 柔软程度) 稠度是指混凝土拌合物流动性和可塑性的重要指标。稠度较小的混凝土容 易变形而后流动，叫做塑性混凝土，常用坍落度作为衡量指标。而稠度较大的 西北工业大学硕士学位论丈第二章文献综述及夺文研究思路的确定 混凝土非常干硬，不容易变形和流动，叫做干硬性混凝土，常用维勃稠度值作 为衡量指标。 ( 4 ) 稳定性 稳定性通常叫做抗分离性或抗离析性，是指分散体系中固体粒子的重力所 产生的剪切应力能否超过浆体的屈服应力的性能。对混凝土而言，就是在外力 作用下骨料在浆体中保持均匀分布的能力，它不仅影响混凝土的组分均匀性， 而且影响硬化后混凝土性能的均匀性。 ( 5 ) 抹面性 抹面性是指混凝土浇注后进行最后一道工序，即表面抹平施工的难易程度。 该性质取决于粗骨料的最大粒径、砂率、细骨料的粗细程度、黏性等因素。为 了获得抹面性良好的混凝土拌合物，必须设法降低混凝土拌合物的屈服值。但 是屈服值小的混凝土一般塑性黏度也小，易产生组分离析现象。因此，要尽量 保持混凝土其它性能不变，而仅仅降低屈服值。为了达到此目的不能单单采取 增加用水量的办法，而应在混凝土中掺入能降低屈服值的减水剂，其中多元醇 类减水剂对改善混凝土的抹面性效果很好。 ( 6 ) 泵送性 混凝土的泵送性是表示新拌混凝土在泵压力作用下被压送的难易程度的性 质。所谓泵送性好的混凝土，即不产生组分离析，具有适当的黏性。高强混凝 土单位水泥用量多，使用高效减水剂，单位用水量少，所以呈高黏性，泵送比 较困难。目前已经开发出大功率的高压泵，混凝土泵送性好的范围将进一步扩 大。 ( 7 ) 易浇注性 混凝土拌合物的易浇注性表示将拌合物浇注到模板中，并能充分、密实地 填充模型的难易程度。它是拌合物的流动性、可塑性、黏性的综合反映。在浇 注混凝土时，进行适当的振捣，有助于拌合物填充到模板的各个角落，很好地 包裹钢筋表面，起到保护钢筋的作用。为了使混凝土构件不产生蜂窝、麻面等 填充缺陷，进行配合比设计时要注意选用适当的粗骨料最大粒径、砂率、水泥 浆量等原材料和配比参数。 ( 8 ) 易密实性 西北工业走学硕士学位论之第二章丈献综述厦本王研宄思路的确定 混凝土施工中对浇注后的混凝土要充分地进行振捣使之密实，对于硬化后 混凝土的强度、耐久性，以及构件的外观质量等，这是十分重要的施工环i ，。 即使是坍落度值在2 4 c m 以上，具有自流平性能的极柔软的混凝土，施加轻微的 振捣对形成密实的混凝土结构也是有利的：而对于碾压混凝土那样干硬性的拌 合物，则需要用重量很大的碾辊非常仔约l 地进行碾压振实。混凝土的振实方法 有插捣棒、振动、离心力法等多种，必须根据混凝土的振实难易程度选择适当 的振实器械和方法，同时确定合理的振捣时问。 ( 9 ) 坍落度损失 坍落度损失是表示混凝士拌合物的坍落度值，随搅拌后时问的延长逐渐减 小的性质。由于现代混凝土施工技术逐步趋向于商品混凝土，直接从搅拌站运 输至工地，所以搅拌以后的混凝土拌合物不能马上浇注，一般要经过1 2 h 的 运输时问，所以坍落度损失是反映混凝土拌合物在一定时间延长的条件f 能否 保持所需的工作性的性质。 2 5 影响混凝土工作性的主要因素 2 5 1 水泥浆数量与稠度的影响 混凝土拌合物在自重或外界振动力的作用下要产生流动，必须克服其内部 的阻力，拌合物内的阻力主要来自两个方面：是骨料问的摩阻力，二是水泥 浆的粘聚力。骨料间摩阻力的大小主要取决于骨料颗粒表面水泥浆层的厚度， 也就是水泥浆的数量：水泥浆的粘聚力大小辛要取决于浆体的稠度。 混凝土拌合物在保持水灰比不变的情况下，水泥浆用量越多，包裹在目料 颗粒表面的浆层越厚，润滑作用越好，使骨料间摩擦阻力越小，混凝土拌合物 易于流动，于是流动性就大，反之则小。但若水泥浆量过多，这时骨料用量必 然相对减少，就会出现流浆及泌水现象，致使混凝土拌合物粘聚性及保水性变 差，同时对混凝土的强度与耐久性也会产生不利影响，而且还多耗费了水泥。 若水泥浆用量过少，致使填满骨料问空隙或不够包裹表面时，则拌合物会产生 崩塌现象，粘聚性差。由此可知，混凝t 拌合物中水泥浆用量不能太少，但也 不能过多，应以满足拌合物流动性要求为度。 在保持混凝土水泥用量不变的情况下，减少拌合用水量，水泥浆变棚，水 3 4 西北工业大学硕士学住论文 第二章文收综述及拳文研究思路的确定 泥浆的粘聚力增大，混凝土拌合物不易产生流动，致使流动性变小，而粘聚性 和保水性良好。增加用水量则情况相反。当混凝土加水过少时，即水灰比过低， 不仅流动性太小，粘聚性也因混凝土发涩而变差，且在一定施工条件下难以成 型密实。但若加水过多，水灰比过大，水泥浆过稀，这时混凝土拌合物虽流动 性大，但将产生严重的分层离析和泌水现象，并且严重影响混凝土的强度及耐 久性。因此，决不可以采用单纯加水的办法来增大流动性，而应采取在保持水 灰比不变的条件下，以增加水泥浆量的办法来调整拌合物的流动性。 由以上讨论可以明确：无论是水泥浆数量的影响，还是水泥浆稠度的影晌， 实际上都是水的影响。因此，影响混凝土拌合物工作性的决定因素是其拌合水 用量的多少。实践证明，在配制混凝土时，当所用粗、细骨料的种类及比例一 定时，为获得要求的流动性，所需拌合用水量基本是一定的，即使水泥用量有 所变动( 1 m 3 混凝土水泥用量增减5 0 1 0 0 k g ) 时，也无甚影响。这一关系称为 “恒定用水量法则”，它为混凝土配合比设计时确定拌合用水量带来很大方便。 2 5 2 砂率的影响 砂率是指混凝土中砂的重量占砂、石总重量的百分比，即： 罅 卜磊1 0 蝴 砂率表示混凝土中砂子与石子二者的组合关系，砂率的变动，会使骨料的 总表面积和空隙率发生很大的变化，因此对混凝土拌合物的工作性有显著的影 响。当砂率过大时，骨料的总表面积和空隙率均增大，在混凝土中水泥浆量一 定的情况下，骨料颗粒表面的水泥浆层将相对减薄，拌合物就显得干稠，流动 性就变小，如要保持流动性不变，则需增加水泥浆，多耗用水泥。反之，若砂 率过小，则拌合物中显得石子过多而砂子过少，形成砂浆量不足以包裹石子表 面，且不能填满石子间空隙。在石子间没有足够的砂浆润滑层，这不但会降低 混凝土拌合物的流动性，而且会严重影响其粘聚性和保水性，使混凝土产生粗 骨料离析、水泥浆流失，甚至出现溃散等现象。 由上可知，在配制混凝土时，砂率不能过大，也不能太小，应选用台理砂 率值。所谓合理砂率值是指在用水量及水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌 合物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性能良好的砂率值。或者，当 西北工业大学硕士学位论文 第二章文献综述厦本支研究思路的确定 采用合理砂率时，能在拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性与保水性条 件下，使水泥用量最少。 2 5 3 组成材料性质的影响 ( 1 ) 水泥品种的影响 在水泥用量和用水量定的情况下，采用矿渣水泥或火山灰水泥拌制的混 凝土拌合物，其流动性比用普通水泥时为小，这是因为前者水泥的密度小，所 以在相同水泥用量时，它们的绝对体积较大，且在相同稠度下需水量要大一些， 因此混凝土就显得较稠。若要二者达到相同的坍落度，则前者每立方米混凝土 的用水量必须增加。 ( 2 ) 骨料性质的影响 骨料性质是指混凝土所用骨料的品种、级配、颗粒粗细及表面性状等。在 骨料用量一定的情况下，采用卵石和河砂拌制的拌合物，其流动性比用碎石和 山砂拌制的好，这是因为前者骨料表面光滑，摩阻力小：用级配好的骨料拌制 的混凝土拌合物和易性好，因为骨料级配好时空隙少，在水泥浆用量一定的情 况下，填充空隙的水泥浆就少，相对来说包裹骨料颗粒表面的水泥浆层就增厚， 和易性就好：用细砂拌制的拌合物的流动性较差，但粘聚性和保水性好。 再生骨料的特性：再生骨料为碎石状，7 l 隙率较大，因此混凝土的砂率 较高。且随着再生骨料置换率的提高，砂率也随之提高。由于砂率高，达到相 同坍落度时比基准混凝土多用水，难以形成性能良好的混凝土。且骨料中含有 各种杂质。表2 7 给出经过5 0 年使用的钢筋混凝土建筑物解体时，将混凝土 制成再生骨料，所含不纯物的种类和各种不纯物所占的比率。不纯物约占再生 骨料总量的6 7 左右。 表2 7再生骨料中岔有不纯物的种类及其比例 不纯物沥砖管人造金属 塑灰玻陶纸木 种类青道石类料渣璃器片 比例( ) 5 84 1 42 93 62 o1 1 82 l _ 8 5 23 00 91 6 再生骨料与河砂及河卵石相比，由于再生骨料中含有旧砂浆的成分，所以 吸水率明显提高。再生骨料的一般物理特性见表2 8 。 西北工业太学硕士学位论丈第二章丈献综述厦本文研究思路的确定 表2 8再生骨料的物理性质 骨料骨料密度吸水率堆积密实体积细度模 i 类别 种类代号 ( g c m 3 )( )度( t m 3 1率( )数( uf ) 河砂 n s2 ，5 14 11 5 76 673 o o c $ 4 52 0 31 1 91 2 96 3 53 9 9 细骨料 再生砂c s 5 52 0 81 0 91 3 36 3 939 4 c $ 6 82 0 61 1 61 3 06 3 23 8 9 河卵石n g 2 5 92 11 6 56 3 76 8 3 c g 4 52 - 3 16 41 _ 3 05 5 47 0 0 再生 粗骨料 c g 5 52 3 06 71 2 95 6 46 9 8 碎石 c g 6 82 3 26 21 3 35 7 46 9 3 ( 3 ) 外加剂的影响 混凝土拌合物多掺入减水剂或引气剂，流动性明显提高。普通减水剂有提 高混凝土和易性和减水的功能。引气剂还可有效地改善混凝土拌合物的粘聚性 和保水性，二者还分别对硬化混凝土的强度与耐久性起着十分有利的作用。 根据应用的目的，减水剂可以相应地具有三种功能： 1 不改变原来混凝土的配合比，提高混凝土拌和物的和易性。 2 对于某一规定和易性的混凝土，可降低水灰比，提高混凝土强度。 3 在混凝土和易性平1 1 2 8 天强度保持基本相同时，可降低水灰比，减少水泥 用量。在这种情况下，减水剂有时也被称为节约水泥剂。 在本次试验中，主要添加了高效减水剂。各种高效减水剂对水泥都有明显 地分散作用，而无副作用。高效减水剂的分散能力超过普通减水剂。一般认为 高效减水剂吸附在水泥颗粒上，使水泥颗粒带负电荷。由于高效减水剂阴离子 本身的相互作用，使水泥颗粒互相排斥，这种吸附和分散作用与普通阴离子减 水剂的作用相似。 试验表明，高效减水剂( 奈系) 的最佳掺量与混凝土或砂浆拌和物的表面 积成正比，这一事实使水泥一水一高效减水荆之间的吸附作用得到证实。 ( 4 ) 掺合料的影响 外加掺合料主要来源是硅灰，矿渣等。本试验中只掺加了硅灰。加入硅灰 西- j h - 业大学硕士季位论文 第二章文献综述及本丈研冤思路的确定 可以大大减少新鲜混凝土内部的泌水，从而减少界面水分的积聚，改善界面粘 结性能。加入硅灰产生的微填料作用和火山灰反应，使水泥浆与骨料界面过渡 区改善，并使孔结构细化，引起强度增加。在混凝土中掺入5 一1 0 的硅狄， 可以明显提高混凝土的抗压强度，尤其是同时掺入高效减水剂时，强度提高更 多。 ( 5 ) 拌合物存放时间及环境温度的影响 搅拌制各的混凝土拌合物，随着时间的延长会变得越来越干稠，坍落度将 逐渐减小，这是由于拌合物中的一些水分逐渐被骨料吸收，一部分水分被蒸发、 以及水泥的水化与絮凝结构的逐渐形成等作用所致。坍落度与拌合物存放时间 的关系见图2 1 0 所示。 2 0 0 1 6 0 高 占1 2 0 蓑8 0 霉4 0 0 l f i 1 6 0 名1 2 0 皇 刨8 0 转 岙4 0 0 - 、 最大粒径43 m r 、 、l 、 渤乏最jc 粒隆1 123哇551 01 52 02 53 03 54 0 r t - n ( h ) l 墨l2 1 0 珊落度j 拌和物存放时间的关系图2 1 1 温度对拌合物坍落度的影响 混凝土拌合物的工作性还受温度的影响。随着环境温度的升高，混凝土的 坍落度损失得更快，因为这时的水分蒸发及水泥的化学反应将进行得更快。据 测定，温度每增高1 0 ，拌合物的坍落度约减小2 0 4 0 m m 。温度对坍落度的 影响见图2 1 l 所示。 2 6 本文试验部分研究思路的确定 从以上的分析我们知道，再生混凝土既要求其拌合物具有高流动性，同时 又要求具有优异的抗离析性，流动性和抗离析性是一对矛盾的两个方面，但由 于再生集料中有大量粘附的水泥沙浆存在以及砂率高造成拌和水的需求量高于 普通集料的需水量。寻求这两个方面的平衡是配置再生混凝土的关键所在。 因此，在选用优质材料的基础上，本文首先采用证交试验，考查各影响因 一3 8 - 西北工业大学硕士学位论文第二章 丈献综述厦本文研究思路的确定 素对考核指标的影响程度，找出有利于再生骨料混凝土配合比的各组分的掺量。 然后在此基础上进行进一步的验证试验，最后配制出符合要求的再生混凝土。 西北工业大学硕士学位论丈第三章再生混凝土的试验研宄 第三章再生混凝土的试验研究 再生混凝土是将废弃混凝土经过清洗、破碎、分级和按一定比例相互配 合后得到的“再生骨料”作为部分或全部骨料配制的混凝土。同时添加外加荆 和掺合料进行调节，提高再生骨料和再生混凝土的强度，使其硬化后具有良好 的力学性能及耐久性能。我们借鉴在普通混凝土中掺入一定细度的微细矿粉的 这个高强途径，将水泥和外掺超细矿物质( 如：粉煤灰、纯水泥浆、硅粉等) 与水按比例调成浆液，分别对再生骨料进行浸泡、干燥等处理，期望浆液能直 接填充再生骨料的孔隙或与骨料中的某些成分( 如原混凝土中的水泥水化生成 物ca ( oh ) 2 ，3 cao 2 si o 2 3 h2 0 等) 反应的生成物能填充孔隙，或浆液 能将再生骨料本身的微细裂纹粘合，从而改善再生骨料孔隙结构，提高再生骨料 和再生混凝土的强度，并通过对比试验，从中发现再生混凝土高强的途径。在本文 试验中，我们考虑在实际工程施工中，不可能对大量的再生骨料预先进行处理， 所以在本文试验中，采取直接加入外掺料的方式，一次试验成型。由于再生骨 料中大量的粘附砂浆会吸收配合比中的部分水，所以将引入附加水的概念，对 配合比进行调整，将其试验结果与天然骨料混凝土进行比较分析。在加入高性 能超塑化剂和超细掺合料后，降低新拌混凝土的屈服应力和水胶比，提高新拌 混凝土的流动性，保持适度的粘度系数，经过合理的配合比设计，使再生混凝 土能够适当的高性能化，并采用合理便捷的方法，对再生混凝土工作性定量评 价。在配合比设计中，遵循流动性与抗离析性平衡的原则，尤其主要考虑再生 骨料对新拌混凝土的影响大小，所以选定了w b 、砂率、s f 掺量以及再生粗骨 料占全部集料百分比含量这四个因素，以混凝土坍落度、扩展度、2 8 天标准养 护强度为考核指标，建立正交试验表，对影响因素进行参数优化，寻求具有良好 工作性能的再生混凝土的配合比。 再生混凝土配合比设计与普通混凝土相比有很大的差别，至今并无统一 的设计方法，“附加水”形式的提出也只是在试验阶段。试验研究结果表明，本 文提出的正交试验设计的配合比设计方法是切实可行的。 西北工业大学硕士学位论文第三章再生混凝土的试验研究 3 。1 原材料及正交试验方案 3 1 1 原材料 ( 一) 水泥 本试验采用水泥为陕西秦岭水泥厂生产的秦岭牌4 2 5 r 普通硅酸盐水 泥。其2 8 d 抗压强度为4 7 7 m p a ，其它技术指标均为合格： 水泥比重：水泥比重的大小与水泥熟料的矿物成分和掺合料的种类有 关。同时水泥受潮也会影响比重的结果。因此，测定水泥的比重，可用来作为 鉴定水泥的质量和种类的参考。水泥比重测定依据g b t 2 0 8 - - 9 4 标准进行。( 李 氏瓶法) 表3 1 ：水泥比重测定 第一组试验第二组试验备注 李氏瓶初容积v t ( m l ) o 3o 5 李氏瓶初质量m l( g ) 2 8 2 52 9 4 8 李氏瓶初容积v 2 ( m l ) 2 0 42 0 6误差为0 2 4 0 2 李氏瓶初质量m 2 ( g ) 3 4 4 5 53 5 7 0指标合格。 比重 ( e , c m 3 ) 3 0 8 73 ，0 9 5 平均值 ( g c m 3 )3 0 9 ( g c m 3 ) 水泥标准稠度用水量：水泥标准稠度用水量是指水泥按照规定稠度与水 拌和所需水的数量。影响水泥标准稠度用水量的因素很多，如水泥熟料的成分， 水泥的细度，混合材料的种类合掺加量等。该普通硅酸盐水泥标准稠度用水量 测定按国家标准g b 厂r 1 3 4 6 2 0 0 l 进行。试验中采用调整水量方法测定。 表3 2 ：水泥标准稠度用水量测定 试样重 ( g ) 5 0 0p = 拌和用水量5 0 0 调整水量法用水( m 1 ) 1 2 6= 1 2 6 5 0 0 标准稠度用水量p ( ) 2 5 2 = 2 5 2 水泥净浆凝结时间：试验测得的凝结时间为初凝2 0 7 分钟，终凝为2 9 2 分钟，满足国标g b l 7 5 - - 1 9 9 9 ，g b l 3 4 4 - - 1 9 9 9 的规定，普通硅酸赫水泥的初凝 时间不得早于4 5 m i n ，终凝不得迟于1 0 h 。 西北工业大学硕士学位论文第三章再生混凝土的试验研究 水泥安定性：水泥体积安定性是水泥的重要性质之一。国标g b l 7 5 - - 1 9 9 9 g b l 3 4 4 - - 1 9 9 9 规定：所有品种水泥安定性检验必须合格，否则作为废品处理， 不能用于工程中。安定性检验分试饼沸煮法和雷氏夹，有争议时以雷氏法为准。 在本次试验中，直接采用雷氏夹法，取两个雷氏央试样，沸煮3 小时以上。 表3 3 ：水泥安定性检验( 雷氏夹法) 第一组第二组备注 指针尖端间距离a( c m )1 0 0 1 2o 0 7 5 1 3 5 0 9 1 。符合要求。 西北工业大学硕士学位论文第三章再生混凝土的试验研究 砂子含水率为0 4 2 。砂予表观密度为= 2 6 3 2k g m 3 第一组细度模数m 。= 2 0 4 ，第二组细度模数m ，= 2 0 3 ， 取平均值m ，= 2 0 4 ，属细砂，级配i i i 区，含泥量较大。 由于细骨料过细，所以粗细骨料的拌和要充分考虑到这个因素，以保持颗 粒级配连续性。 表3 1 0 ：砂的颗粒级配表 碲余筛余( )分计筛余( )累计筛余( )累计筛余平均( ) 筛号1 组2 组1 组2 组1 组2 组 4 7 5oooo 000 2 _ 3 66 96 91 3 81 3 81 3 81 3 81 3 8 11 81 1 21 3 32 2 42 6 63 6 24 0 43 8 3 o 67 8 38 4 41 5 6 61 6 8 81 9 2 82 0 9 22 0 1 5 0 33 1 1 13 l o 26 2 - 2 26 2 0 48 1 5 08 2 9 68 2 | 2 3 o 1 58 47 71 6 81 5 49 8 39 8 3 69 8 3 3 c 七s f 分含量) l0 。3 503 0e 20 4 03 03 25 3 0 ，4 55 03 5l o 4o s o 1 0 03 8l s - 4 7 * 西北工业大学硕士学位论文 第三章再生混凝上的试验研究 3 2 试验配合比及试验数据记录 3 2 1 试验配合比 根据正交表的试验安排，借鉴现有的资料，通过混凝土试拌初步确定按单 位用水量w = 1 7 5 k g m 3 来确定各组试验的配合比，减水剂采用最佳掺量1 5 1 ， 具体各组材料用量见表3 一1 3 。 表3 1 3 ：试验配合比 编c sg ” g z s fs pw附加w 、w b 号 ( k g m )( k g m )( k g m )( k g m )( k g m 3 )( k g m 3 )( k g m 3 )( k g m 3 ) 1 撑0 3 55 0 05 1 91 2 1 1oo7 51 7 50 2 撑o 3 54 7 55 5 03 5 08 1 82 57 51 7 53 5 2 3 撑o 3 54 5 05 9 75 5 45 5 45 07 51 7 5 2 3 8 4 撑o 3 54 2 56 4 301 0 5 07 57 5 1 7 54 52 5 拌0 4 03 9 45 6 41 1 9 9o4 4 6 61 7 5o 6 #0 4 03 7 25 2 63 6 88 5 96 66 61 7 5 3 6 9 7 群0 4 04 3 85 7 06 0 66 0 6o6 61 7 52 6 1 8 拌0 4 04 1 66 2 001 1 5 22 26 61 7 5 4 9 5 9 群0 4 53 3 16 2 91 1 6 8o5 85 81 7 5 o 1 0 拌0 4 53 5 06 8 63 3 67 8 43 95 81 7 53 3 7 1 1 #0 4 53 6 95 4 56 3 66 3 61 95 8 1 7 52 7 3 1 2 #0 4 53 8 95 8 4o1 2 4 l05 81 7 55 3 4 1 3 拌0 5 03 3 37 0 31 1 4 6o1 85 _ 31 7 5o 1 4 #o 5 03 5 06 5 03 6 28 4 5o5 31 7 5 3 6 3 1 5 拌o 5 02 9 85 8 76 2 36 2 35 35 31 7 52 6 8 1 6 拌o 5 03 1 55 5 3o1 2 9 03 55 31 7 55 5 5 注：表中b = c + s f ，胶凝材料总量。 3 2 2 新拌混凝土性能测试记录 各组拌合后，分别测试其表观密度，坍落度，观察其工作性能，主要是流 动性，粘聚性，保水性等方面，判断拌合物是否离析。具体试验结果见表3 1 4 。 西北工业走学硕士学位论文第三章再生混凝土的试验研究 表3 1 4 ：新拌混凝土性能测试结果记录 淤 表观密度坍落度 工作性能 ( k 1 ) ( c m ) 12 4 4 58 0粘聚性保水性都不错流动性差。 22 4 04 2粘聚性不好，但保水性和流动性还不错。 32 3 1 54 4粘聚性流动性保水性都不错，性能良好，但是坍落度偏小。 42 2 8 71 3 9流动性很好，保水性一般，但是粘聚性差。 52 4 2 91 0 0流动性和保水性还好但是粘聚性很差。 这组整体性能都非常好，粘聚性保水性流动性均不错，且 6 2 3 15 7 没有离析产生，坍落度大小在适中。 只有流动性还好，拌和物出现离析泌水现象，粘聚眭保水 7 2 3 91 9 9 性较差。 82 3 31 9 0流动性好，泌水较多。 92 4 2 2l o 6粘聚性和保水性均不错，流动性好。 1 02 3 91 5 8粘聚性差，保水性和流动性还不错。 1 1 2 3 21 8 3流动性很好，但是砂率过低。 1 22 3 1 2l o 5粘聚性流动性不错，但是保水性一般。 效果很好，除保水性一般以外，各项性能均不错，坍落度 1 32 4 - 3 64 3 适中。 1 42 3 9 41 9各项性能一般，但是坍落度很小。 1 52 3 61 8粘聚性差，流动性很好，保水性一般。 1 62 2 8 61 7 2砂率过小，除流动性好以外其他性能较差。 3 3 新拌混凝土性能测试结果及分析 根据正交试验设计的分析计算方法，对新拌混凝土的性能测试结果进行极 差和方差分析，得出所选各因素对考核指标的影响，并为下一步试验确定最优 配合比奠定基础。 4 9 西北工业太学硕士学位论文 第三章再生混凝土的试验研究 直接从试验结果来看，结合观察混凝土拌合物坍落后的形状，第6 、1 3 组 拌合物的和易性较为适宜，各项性能良好。且我们同时还发现，由于附加水的 存在，流动性一般都很好，但是整体看来，室内试验时水量似乎偏多，主要是 因为在拌和的过程中，再生粗骨料吸收附加水是一个逐渐的过程，但是整个拌 和过程是不允许等待它完全吸收的，所以虽然我们按照它的吸水率附加了额外 需要的水，但是这些水在拌和过程中并没有全部为再生骨料吸收，仍有一部分 是在成型入模等待养护的过程中逐渐再吸收的，在现场施工过程中当然不存在 这一问题。每组试验均成型1 5 1 5 x1 5 c m 立方体试件，标准养护，2 8 天之后， 对混凝士进行抗压强度测试。 3 4 硬化混凝土抗压强度测试结果及分析 3 4 1 硬化混凝土性能测试 每组拌合物成型时，标准振捣成型试件3 个，2 4 h 后拆模，放入标准养护室 养护2 8 d ，分别测试其立方体抗压强度。试验结果见下页表3 1 5 。 表3 1 5 ：抗压强度试验结果( 单位：m p a ) 组别平均强度组别平均强度 l5 4 1 595 3 7 8 25 3 6 31 04 5 0 4 34 9 0 41 13 5 6 3 44 6 8 91 23 7 4 8 55 0 5 21 34 1 4 1 64 9 4 81 42 8 0 7 74 2 ，4 41 54 1 2 6 83 7 6 31 63 2 3 7 3 4 2 测试结果极差分析 ( 一) 标准振捣成型试件2 8 d 抗压强度的极差分析 各组抗压强度试验数据进行极差计算后得出以下结果( 表3 1 6 ) 西北工业大学硕士学位论丈第三章再生混凝土的试验研究 表3 1 6 ：抗压强度极差分析 因素 w b 再生骨料百分含量砂率 s f 抗 k 1 2 0 3 7 11 9 9 ，8 61 7 1 6 31 6 2 1 4 l k 2 1 8 0 0 71 7 6 2 2l8 2 8 91 6 8 3 0 压 1 7 1 9 31 6 8 3 71 6 8 5 21 7 69 7 强 k 3 k 4 1 4 3 1 115 4 3 71 7 5 7 81 9 1 4 1 度 r6 0 64 5 4 91 4 | 3 72 9 2 7 根据极差计算的结果，可以绘出标准振捣成型试件抗压强度与各因素不同 水平之间的趋势图，如图3 一l 所示。 由极差分析可以看出： 对于标准振捣成型试件2 8 d 抗压强度：各因素作用的主次顺序为w b 再 生骨料百分含量 s f 砂率，考虑各种组合条件因素的主次作用，用“综合平 衡法”选出最优的组合条件为a i b i c 2 d 4 ，各因素的最优值分别是：w b = o 3 5 ； 再生骨料的百分含量为o 时强度最高，但是这个试验本身就是为了研究再生骨 料对强度的影响，所以在扩展试验中，按照再生骨料的含量为1 0 0 的情况来进 行试验测定：s a = 3 2 ，s f 取最大值1 5 ，能够有效提高混凝土强度。 3 4 3 测试结果方差分析 对硬化混凝土强度测试结果进行方差分析，分别考察各因素对相应考核指 标作用的显著性。 标准振捣成型试件抗压强度试验数据进行方差计算结果如表3 - 1 7 ： 西北工业大学硕士学位论文第三章再生混凝土的试验研究 表3 1 7 ：成型试件抗压强度方差分析 方羞来源变动平方和自由度均方f临界值 w b4 6 931 5 6 37 2 1 ( 十) f om ( 3 ，3 ) = 5 4 g z 百分含量 2 7 2 1 839 0 7 34 ，1 9 s a2 8 9 639 6 50 4 5 f o0 5 ( 3 ，3 ) = 9 3 s f1 2 0 7 734 0 2 61 8 6 误差6 5 0 132 1 6 7f oor ( 3 ，3 ) = 2 9 5 注：+ 壤示该因素对试验考查指标有一定的影响。 从方差分析结果来看：对再生混凝土强度影响显著的原因是水胶比，再生 骨料的影响相对较大，但是我们从前面叙述中会发现，当再生骨料的掺量小于 3 0 的时候，对混凝土拌和物的影响并不是很显著，但是，我们研究这个课题 的目的就是为了解决天然骨料匮乏的问题，而用再生骨料来替代，极大限度的 使用再生骨料是再生混凝土试验研究的主要目的，所以，在掌握添加部分再生 骨料混凝土的性能、试验方法后，可以进行再生骨料完全取代天然骨料的混凝 土拌和试验研究，以找到拌制再生骨料混凝土的实用途径。s f 对再生骨料混凝 土强度的影响与对普通混凝土的强度影响类似，可以改善混凝土的和易性，提 高强度。 3 5 正交试验小结 根据前面的试验结果及分析，可以得出以下结论： 1 试验表明，采用4 2 5 r 普通硅酸盐水泥与再生骨料，通过掺入硅粉超细 掺合料和减水剂可以成功配制抗压强度为5 0 m p a 以上的再生混凝土。 2 再生骨料混凝土与普通混凝土相比，在水胶比越小的情况下，强度越高， 再生混凝土的抗压强度随再生骨料的掺量而呈下降趋势，硅灰、高效减水剂和 砂率s a 对混凝土强度的影响不是主要因素。由于再生骨料的孔隙率较大，其砂 率的选择应稍大于普通骨料混凝土的砂率1 3 。 3 s f 对提高硬化混凝土的强度有着非常明显的作用。而且从混凝土拌合物 的工作性角度来看，s f 能够增强新拌混凝土的粘性。故要使新拌混凝土具有好 的和易性和较高的强度，s f 的掺量应取为最大限度值1 5 。 5 2 西北工业太学硕士学位论文第三章再生混凝土的试验研究 对再生混凝土的和易性影响最大的是拌和水的用量，在这部分试验中再生 骨料附加的水量是根据试验测得的骨料2 4 小时的吸水率增加的，但整个实验室 拌和过程只有半个小时，所以很多水并没有被完全吸收，造成流动性偏大。所 以在扩展试验中，可以考虑在一定硅灰掺量的条件下，用水量可重新调整，附 加水部分的吸水率也应先按照再生骨料半小时的吸水率柬考虑。 3 6 扩展试验 根据正交试验结果，采用“综合平衡法”进行参数优化选择。以再生骨料 用量作为主要试验因素，直接取为1 0 0 时来进行考虑。取s a = 3 5 ，s f = 1 5 ， s p = i 5 ，单位用水量调整为1 5 0 k g m 3 ，再生骨料的吸水率调整为3 6 ( 即附加 水部分) 。按此配合比进一步进行试验验证，具体各组材料用量见表3 1 8 。对应 各组配合比的新拌混凝土性能及混凝土硬化后2 8 d 抗压强度测试结果见表3 1 9 。 强度与胶水比之间的关系曲线如图3 2 。 表3 - 1 8 扩展试验配合比 cs g z s fs pw附加w 编号w ，b ( k g m ) ( k g m 3 )( k g r a 3 )( k g m 3 )( k g m )( k m 3 )( k g m ) 1 7 样0 3 53 6 46 3 51 1 7 96 4 36 41 5 04 2 4 1 8 拌0 4 03 1 96 5 21 2 1 15 6 3561 5 04 3 6 1 9 0 4 52 8 l6 5 91 2 2 35 05 01 5 04 4 0 2 0 #0 5 02 5 36 6 91 2 4 34 54 ，51 5 04 4 8 表3 1 9 扩展试验结果 编号坍落度工作性抗压强度( m p a )劈拉强度( m p a ) 1 7 撑6 4 m m各项性能均很好5 0 27 5 8 1 8 #1 0 m m各项性能均很好4 3 86 8 7 1 9 样5 l m m各项性能均很