（材料学专业论文）再生骨料混凝土性能的试验研究.pdf

西安建筑科技大学硕士毕业论文 再生骨料混凝土性能 的试验研究 专业：材料学 硕士生：李占印 指导教师：尚建丽 摘要 根据可持续发展对建筑业的要求，本文对建筑材料废弃物排放量最大者之一废 弃混凝土破碎后所配再生粗骨料混凝土的性能进行了系统的研究。 首先，详细测试了废弃混凝土破碎后的再生骨料特征性能指标，并据此分析再生骨 料特征性能的起因以及影响因素。 其次，系统的研究了再生粗骨料混凝土工作性、( 立方体) 抗压强度、棱柱体抗压强 度、干缩变形、弹性模量。并详细分析影响再生粗骨料混凝土工作性、强度、干缩变形 的因素。还测试了再生粗骨料混凝土的抗冻性和抗渗性，简要叙述了再生粗骨料混凝土 干缩变形、冻融作用、渗透作用的机理以及影响因素。并简要叙述了再生砂浆的强度与 干缩变形。 最后，文章归纳总结了有关再生粗骨料特征性能以及再生粗骨料混凝土工作性、力 学性能、变形性能、耐久性的普遍规律。 关键词：废弃混凝土；再生粗骨料；特征性能：再生( 粗骨料) 混凝土。 西安建筑科技大学硕士毕业论文 e x p e r i m e n t a l s t u d i e so np e r f o r m a n c eo f t h e r e c y c l e da g g r e g a t e c o n c r e t e s p e c i a l t y ：s c i e n c eo f m a t e r i a l s n a m e ：l iz h a n y i n i n s t r u c t o r ：s h a n g j i a n l i a bs t r a c t a c c o r d i n g t ot h ed e m a n d so fs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t o fc o n s t r u c t i o n f i e l d ，t h e p e r f o r m a n c eo fr e c y c l e dc o a r s ea g g r e g a t ec o n c r e t e ，p r o d u c e d 、v i mc r u s h e dw a s t ec o n c r e t e ， o n eo ft h em o s to fw a s t eb u i l d i n gm a t e r i a l s ，w a ss t u d i e di ns y s t e m l yi nt h i sp a p e r f i r s t l y , t h ec h a r a c t e r i s t i cp e r f o r m a n c ei n d e x e so fr e c y c l e dc o a r s ea g g r e g a t e ，m a d ef r o m c r u s h e dw a n ec o n c r e t e ，w e r et e s ti nd e t a i l c a u s e sa n d i n f l u e n c i n gf a c t o r so f t h ec h a r a c t e r i s t i c p e r f o r m a n c eo f r e c y c l e d c o a r s ea g g r e g a t ew e r e a n a l y z e db y t h e m s e c o n d l y , t h ew o r k a b i l i t y , t h e ( c u b e ) c o m p r e s s i v es t r e n g t h ，t h ec y l i n d e rc o m p r e s s i v e s t r e n g t h ，t h ed r y i n gs h r i n k a g ea n dt h em o d u l u s o f e l a s t i c i t yo f t h er e c y c l e dc o a r s ea g g r e g a t e c o n c r e t e ，w e r es t u d i e di ns y s t e m l yi nt h i sp a p e r a n dt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so f t h ew o r k a b i l i t y , t h es t r e n g t ha n dt h ed r y i n gs h r i n k a g eo f t h er e c y c l e dc o a r s ea g g r e g a t ec o n c r e t ew e r ea n a l y z e d i nd e t a i l t h ec o l dr e s i s t a n c ea n dt h ew a t e rp e r m e a b i l i t yr e s i s t a n c eo ft h er e c y c l e dc o a r s e a g g r e g a t ec o n c r e t ew e r ea l s ot e s t t h ep r i n c i p l ea n dt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r s o ft h ed r y i n g s h r i n k a g e ，t h ef r e e z et h a wa c t i o na n dt h ew a t e rp e r m e a t i o na c t i o no ft h er e c y c l e dc o a r s e a g g r e g a t ec o n c r e t ew e r eb r i e f l yn a r r a t e d c o m p r e s s i v es t r e n g t ha n dd r y i n gs h r i n k a g eo ft h e m o r t a rp r o d u c e dw i t hr e c y c l e df i n ea g g r e g a t ew e r ea l s on a r r a t e d t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t h a n dt h ed r y i n gs h r i n k a g eo f t h em o r t a r p r o d u c e dr e c y c l e df i n ea g g r e g a t ew e r e a l s on a r r a t e d ， l a s t l y , u n i v e r s a ll a w sa b o u tt h ew o r k a b i l i t y , t h ed y n a m i c a lp r o p e r t y , t h ed e f o r m a t i o n p r o p e r t y a n dt h e d u r a b i l i t y o ft h e r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t ec o n c r e t e ，a n d a b o u tt h e c h a r a c t e r i s t i cp e r f o r m a n c eo f r e c y c l e d c o a r s ea g g r e g a t ew e r es u m m a r i z e di nt h i se s s a y 西安建筑科技大学硕士毕业论文 k e yw o r d s ：w a s t ec o n c r e t e ；r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e ；c h a r a c t e r i s t i cp e r f o r m a n c e ； r e c y c l e d ( c o a r s ea g g r e g a t e ) c o n c r e t e 西安建筑科技人学硕士毕业论文 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位己 申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志 对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切相关 责任。 论文作者签名：秀占即曰期：弓，弓，。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文 被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名荡占耳舟师签名：若象翌砥日期：待亨 注：请将此页附在论文首页。 西安建筑科技大学硕士毕业论文 主要符号表 基本符号： e 静弹性模量( g p a ) ；p d 堆积密度( g c r a b ； e 。混凝土体系的弹性模量： 疋一压碎指标值( ) ： e p 一一水泥浆体基材弹性模量：w 一单位用水量( k g m 3 ) ： e 骨料的弹性模量； 乩一混凝土坍落度值( 哪) ： 匕水泥浆体基材体积分数。r 。一一粗骨料的最大粒径( r a m ) 。 圪骨料的体积分数。 f 加在试件上的荷载( k n ) ； 卜动弹性模量( g p a ) ；a 试件的横截面积( 叽f ) ： 卜剪切模量( g p a ) ；d o ，d 。千分表读数( p r o ) ； b 一体积模量( g p a ) ；l 。一测试仪刀口间距( m ) ； 正。一圆柱体抗压强度( ) a ) ：u 一应变能( k j ) ； 允一立方体抗嚼媛( ) a ) ；一收缩应变值( 1 0 4 ) ； 厶棱柱体抗压强度( m p a ) ：s 。极限收缩应变值( 1 矿) ： s f 一三轴形状系数； 厶：。立方体2 8 天抗压强度； a 骨料的长轴长度( 哪) ；h 一一相对湿度( 小数表示) ； b 骨料的中轴长度( r a m ) ： ，一一龄期； c 骨料的短轴长度( r a m ) ：乞或r 。养护时间( 天) ； h v 维氏硬度( m p a ) ；( v s ) 体积表面比( 哪) ； 入相对表面粗糙度( ) ；占尺寸效应系数； 形。粗骨料吸水率( ) ； a 一一再生粗骨料效应系数； 风表观密度( g c 一) ；y 最大粒径效应系数： p 蛐_ 吨和面干表观密度( g c m 3 ) ； 西安建筑科技大学硕士毕业论文 1 引言 1 1 课题的提出 据统计，工业固体废弃物中，建筑废弃物独占4 0 。其中废弃混凝土是建筑废弃物 排放量最大者之一。9 0 年代初，欧共体国家每年排放废弃混凝土1 0 0 0 0 万吨，美国6 0 0 0 万吨，日本约2 4 0 0 万吨。而且废弃混凝土的排放量还在逐年增加，增长速度快。欧共体 国家废弃混凝土的排放量从1 9 8 0 年的5 5 0 0 万吨增加到2 0 0 0 年的1 6 2 0 0 万吨，1 9 9 5 年 日本废弃混凝土的排放量约3 8 0 0 万吨。其增长速度基本是每l o 年翻一翻。 近二三十年来，随着世界范围内城市化进程的加快，对原有建筑物( 构筑物) 的拆 除、改造工程与日俱增。根据1 9 9 6 年在英国召开的混凝土会议上通过的资料，( 估计) 全世界从1 9 9 1 至2 0 0 0 年的l o 年间，废弃混凝士( 包括钢筋混凝土预制厂的不合格产品) 的总排放量将超过1 0 亿吨。事实上目前废弃混凝土的排放量比估计值大得多，几乎是估 计值的2 倍。 建筑废弃物量大面广，而且多数堆积在城市郊区的公路、河道、沟壑附近。如此做 法会恶化城市环境，带来非常严重的二次污染。另外，堆放混凝土废弃物会占用大片大 片的场地，对于土地和空间日趋宝贵的城市是一种极大的威胁，限制城市的发展空间， 渐有“垃圾包围城市”之势。 混凝土原材料中用量最大的砂石长期以来被认为是取之不尽、用之不竭，丽随意开 采，甚至滥采滥用。结果造成山体滑坡、河床改道，严重破坏自然环境，有碍于骨料原 产地生态环境的可持续发展，产生巨大的社会负面效应。并且在一定意义上讲天然砂石 属于不可再生资源，它们的形成需要经过漫长的地质年代。如果不加限制的采集，不久 我们将面临天然骨料短缺，就像目前面临煤炭、石油、天然气短缺一样。 从技术经济观点来说，我国优质的天然骨料( 河砂、卵石) 在有些地区己趋枯竭， 许多地区合格的混凝土用砂也供应紧张。一些大城市已经越来越找不到高性能混凝土所 需的级配良好的粗砂，而从外地远距离运输费用高，例如俄罗斯不少地区的混凝土用砂 运费为其采集成本的1 5 倍。 总之，废弃混凝土的再生利用己成为一项迫切需要解决的课题。将废弃混凝土破碎 作为再生骨科即能解决天然骨料资源紧缺的问题，保护骨料产地的生态环境，又能解决 城市废弃物的堆放、占地和环境污染等问题，实现混凝土生产过程中的物质循环闭路化， 如图1 1 所示。保证建筑业长久的可持续发展。 西安建筑科技大学硕士毕业论文 卵 石 混 凝 土 碎 石 混 凝 土 再生粗骨料混凝土 图1 1 再生混凝土循环利用示意图 因此，国内外许多专家、学者都将重点放在废弃混凝土作为再生骨料循环利用的研 究上。基于我国再生骨料混凝土研究领域存在着许多有待深入开展的问题，和陕西省工 程建设中再生混凝土的应用仍是空白而提出了本课题。同时也响应了西部大开发一定要 注意环境问题的号召。 1 ，2 关于再生骨料混凝土的术语 再生骨料：建筑物( 或者构筑物) 解体后的废弃混凝土经破碎、筛分、配合等工艺 2 西安建筑科技大学硕士毕业论文 加工而成的混凝土骨科，称为再生混凝土骨科( r e c y c l e dc o n c r e t ea g g r e g a t e ) ，简称 再生骨料( r e c y c l e da g g r e g a t e ) 。粒径小于5 m m 的部分被称为再生细骨料：粒径大于 5 m m 的部分被称为再生粗骨科( r e c y c l e dc o a r s ea g g r e g a t e ) 。 再生骨料混凝土：采用再生骨料配制的混凝土，简称再生混凝土。 原生粗骨料：首次作为混凝土骨科使用的卵石和碎石，通常称为原生粗骨料。 原生细骨料：首次作为混凝土骨料使用的河砂和山砂，通常称为原生细骨料。 原状骨料：再生骨料的颗粒组成之一，是指再生骨料中与废旧砂浆完全脱离( 或者 大部分脱离) 的、性能与原生骨料相近的骨料颗粒。 次生骨料：再生骨料的颗粒组成之，是指再生骨料中大部分表面附着废旧砂浆的 骨料颗粒。 原生混凝土：采用原生骨料配制的混凝土。 粒形：是指颗粒材料的宏观几何形状。 表面粗糙度( s u r f a c er o u g h n e s s ) ：物体表面上有峰、谷和间距构成的微观几何形状 ( 机械行业术语) ；本文是指骨料表面曲率变化的总称。 维氏硬度( v i k e r sh a r d n e s s ) ：将个顶角为1 3 6 。的正四棱锥体的金刚石压头，用 定的负荷p 压入被测物体的表面，保持一定时间后，卸去载荷。测出压痕两对角的长度 d ，则单位压痕面积上的载荷即为被测物体的维氏硬度： 娜：o 1 8 1 9 p d 2 ( m p a ) 。( 公式1 2 1 ) 1 3 再生骨料混凝的研究历程 再生骨料混凝土的研究最早开始于二战后的欧洲。二次世界大战后，整个欧洲成为 一片废墟，在他们重建家园时已经注意到废弃混凝土的再生利用。因为再生骨料循环利 用不仅可以减少处理废弃混凝土的费用，而且可以节约有限的天然矿产资源。因此，各 国从自己的实际情况出发，相继开展了这一方面的研究工作。现分述如下： 1 9 7 7 年4 月a d b u c k 在a c l c o n c r e t ei n t e r n a t i o n a l 上发表了r e c y c l e d c o n c r e t ea sas o u r c eo fa g g r g a t e “1 文中首次提出再生骨料混凝土2 8 天抗压强度与 水灰比的关系以及抗压强度随龄期的变化。分别见图1 2 、图1 3 。 1 9 8 3 年1 月t o r b e nc ，h a n s e n 和h e n r i kn a r u d 在a c i c o n c r e t ei n t e r n a t i o n a l 上发表了s t r e n g t ho fr e c y c l e d c o n c r e t em a d e f r o mc r u s h e dc o n c r e t ec o a r s e a g g r e g a t e ”1 ，文中首次提出高强、中强、低强度混凝土破碎的再生粗骨料的性能特征， 以及相应再生骨料混凝土的强度。见表1 1 。 西安建筑科技大学硕士毕业论文 表1 1原生混凝土及相应再生混凝土的强度 类 养护抗压强度( m p a ) 型制度 hh r hh r mh r lmm r hm r mm r lll r hl r ml r l 4 9 55 4 44 6 33 4 6 2 6 2 2 7 7 2 7 o2 3 29 11 0 2 l o 39 6 1 b5 6 4 6 1 24 9 33 4 63 4 43 5 13 3 02 6 91 3 81 4 81 4 51 3 4 5 1 25 0 72 5 22 7 1 8 08 5 2 b6 1 26 0 73 6 o3 6 2 1 4 51 3 6 注：表中“a ”表示自然养护1 4 d ，“b ”表示加速养护3 8 d ；h 、m 、l 分别表示高中低强度原 生混凝土：r h 、r m 、r l 分别表示原生混凝土破碎后配制的高中低强度再生混凝土。 2 l 7 5 0 4 0 量 萋s o 幽 蝠 2 0 1 0 图1 2 再生骨料混凝土2 8 天强度与水灰比的相关曲线 72 85 69 01 8 03 6 0 9 0 0 龄期天 图1 3 再生骨料混凝土强度随龄期的变化曲线 4 受=越隈坦蠕 h 帐n 一米米 方方 立立一 一 克克一千千一 一町一 3 3 仁竺 一的蛄 一0 0 。一仁堂 吖吖母 西安建筑科技大学硕士毕业论文 1 9 8 5 年3 月r s r ir a v i n d r a r a j r h 和c d t a m 在混凝土研究杂志上发表了 p r o p e r t i e so fc o n c r e t em a d ew i t hc r u s h e dc o n c r e t ea sc o a r s ea g g r e g a t e 文中 首次提出再生骨料混凝土的静、动弹性模量以及2 8 天强度与弹性模量的关系。 静弹性模量：e = 4 6 3 、丙 、 e = 7 7 7 v 石 ( 公式1 3 1 ) 动弹性模量：e 。= 6 1 9 万 、 e 。= 1 0 4 5 v 万 ( 公式1 3 2 ) 式中：e 、e 广一表示静、动弹性模量( g p a ) ； f 。f 。一表示圆柱体、立方体抗压强度( m p a ) 。 并提出l o o x l o o x 4 0 0 m m 棱柱体在温度为3 0 1 、相对湿度为7 7 5 条件下 的干缩应变，见图1 4 。 甲 宝 制 目 4 0 0 j 1 0 0 o - h - m l - - ；- 一h h _ l _ m h pl h 02 04 06 08 0 龄期天 图1 4 原生再生混凝土的干缩应变 注：图中h 、m 、l 分别表示高中低强度原生混凝土；h h 、m h 、l h 分别表示高中低强度原生 混凝土破碎后配制的高强度再生混凝土。 1 9 9 6 年1 1 月m o s t a f at a v a k o l i 和p a r v i zs o r o u s h i a n 在a c i c o n c r e t e i n t e r n a t i o n a l 上发表了d r y i n gs h r i n k a g eb e h a v i o ro fr e c y c l e da g g r e g a t ec o n c r e t e 。文中详细讨论了3 8 个配合比方案，以及各自的收缩应变。 1 9 9 7 年i b t o p c u 在水泥与混凝土研究上发表了p h y s i c a la n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fc o n c r e t e sp r o d u c e dw i t hw a s t ec o n c r e t e 哺1 。文章总结了在此以前的 研究成果。1 9 9 8 年5 月孙振平等人将其译为中文，发表在混凝土杂志上n 3 。其结果 详见表1 2 。 西安建筑科技大学硕士毕业论文 表i 2再生粗骨料的性能指标 项目 h a n s e n 和n a n r u d b c s j t u r a n l ih a n s a b a 粒径m m 4 81 6 3 2 51 5 3 05 2 5 表观密度k g m 3 2 3 4 02 4 9 01 9 7 0 2 1 4 02 1 2 0 一2 4 3 02 4 l o 吸水率 9 73 88 3 1 2 13 6 - 3 87 1 9 9 9 年4 月邢锋、冯乃谦、丁建彤在混凝土与水泥制品上发表了再生骨料混 凝土”1 ：2 0 0 1 年8 月王武祥等人在混凝土与水泥制品上发表了再生混凝土骨料 的研究“。 2 0 0 1 年1 1 月k k s a g o e c r e n t s i l 、t b r o w n 和a n t a y l o r 在水泥与混凝土研 究上发表了p e r f o r m a n c eo fc o n c r e t em a d ew i t hc o m m e r c i a l l yp r o d u c e dc o a r s e r e c y c l e dc o n c r e t ea g g r e g a t e 凹1 文中首次提出：混凝土在早期收缩过程中，在发生收 缩变形之前，先发生膨胀变形。其时间大致与湿养护时间相当，以试验证明了养护条件 对混凝土收缩变形的延迟作用。 2 0 0 2 年2 月j s r y u 在混凝土研究杂志上发表了a ne x p e r i m e n t a ls t u d y o nt h e e f f e c to fr e c y c l e da g g r e g a t eo nc o n c r e t ep r o p e r t i e s t o o 文中采用显微硬度仪测 试天然骨料和再生骨料混凝土界面处维氏显微硬度( 相当于强度) 的变化。 2 0 0 2 年( 台湾) 苏南、曾郁文在“中国土木水利工程学会一一土木水利半月集”上发 表了废混凝土回收粗粒料品质与再生混凝土工程性质之探讨“。文中提出普通混凝 土和再生混凝土2 8 天抗压强度随水灰比的变化曲线，如图1 5 所示。 i l f | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 口r e c y c l e n o r m a l ll 厂_ 1 一 西安建筑科技大学硕士毕业论文 所不同。所以，再生混凝土的研究工作应从具体地区、再生骨料的具体生产状况出发， 确定研究内容和具体的研究方案。 1 4 主要研究内容 本章为引言。主要介绍了本课题的立题依据、有关专业术语和再生骨料混凝土的研 究历程。 2 再生粗骨料特征性能的试验研究。主要介绍了再生骨料的特征性能：吸水率高、 表观密度低、压碎指标高和表面粗糙度高等等：并具体分析了相对于普通骨料，再生粗 骨料特征性能的起因。 3 再生粗骨料混凝土工作性能的试验研究。主要介绍了再生粗骨料混凝土性能试验 的原材料；再生粗骨料混凝土的工作性能，并分析影响再生粗骨料混凝土工作性的因素。 4 再生粗骨料混凝土力学性能的试验研究。包括再生粗骨料混凝土的立方体抗压强 度、棱柱体抗压强度，并详细分析了影响再生粗骨料混凝土立方体抗压强度的因素。 5 再生粗骨料混凝土变形性能的试验研究。包括再生粗骨料混凝土的弹性模量和收 缩变形；并分别叙述了影响再生粗骨料混凝土弹性模量和收缩变形的因素。 6 再生粗骨料混凝土耐久性能的试验研究。包括再生粗骨料混凝土的抗渗性能和抗 冻性能：并简要叙述了再生粗骨料混凝土渗透作用机理和冻融破坏机理以及影响再生混 凝土抗渗性和抗冻性的因素。 7 再生砂浆性能的试验研究。主要研究了再生细骨料的性能、再生砂浆的力学性能 以及再生砂浆的干缩变形。 西安建筑科技大学硕士毕业论文 2 再生粗骨料特征性能的试验研究 2 1 再生粗骨料概述 废弃混凝土可以按图2 1 所示的工艺流程加工、并生产符合拌制混凝土所要求的再 生骨料。 图2 1 再生骨料加工流程示意图 骨 料 2 1 1 再生粗骨料的来源 本文采用的第一批再生粗骨料( r c ai ) 取自西安建筑科技大学建筑材料研究所存放 达4 0 年之久的混凝土试件，( 其原生骨料品种为5 3 0 m m 的卵石) ，通过测试该批混凝土 平均强度为4 0 m p a 。该批混凝土属于年代久、强度高、非承载混凝土，代表废弃混凝土 的来源之一，预拌混凝土厂排放的废料及预制构件厂生产的废品均属于此类。 本文采用的第二批再生粗骨料( r c a l i ) 取自陕西省体育馆改建项目工程中的废弃混 凝土。陕西省体育馆始建于t 9 8 1 年，当时混凝土设计强度等级为c 2 0 ，所用粗骨料为 1 0 6 0 r a m 的卵石。随着时间的流逝，它逐渐不能充分行使它的预定功能了。经主管部门 批准，将其改造成陕西省大剧院，项目总投资1 亿多人民币，于2 0 0 1 年9 月开始施工。 选择陕西省体育馆改建项目工程是因为：可以根据设计图纸查阅第一手的详细资料，做 到有章可循，有助于紧后的定性分析。该批混凝土属于年代久、强度低、承重结构混凝 土，代表着当前废弃混凝土的主流。 2 1 2 再生粗骨料的一般描述 两批再生骨料均经过人工破碎。r c ai 最大粒径3 0 r a m ，r c a i i 最大粒径4 0 r a m 。再生粗 骨料颗粒绝大部分为表面附着部分废旧砂浆的次生颗粒，少部分为与废旧砂浆完全脱离 的原状颗粒，还有很少一部分为废旧砂浆颗粒。但是，表面附着废旧砂浆的次生骨料颗 粒自身差异性很大，有些颗粒的旧砂浆附着面大，有些颗粒的旧砂浆附着面小；颗粒表 8 再生粗骨料 再生细 一 一 合配 筛 l 清 i 母破 废弃砼 西安建筑科技大学硕士毕业论文 面附着的废旧砂浆量对混凝土的性能产生很大影响。本文研究表明附着面小于2 0 的颗 粒与原状骨料对混凝土性能的影响大致相当，所以本文将附着面小于2 0 的颗粒全部划 分为原状骨料；同理，附着面大于8 0 的颗粒全部划分为废旧砂浆颗粒。( 以上划分只是 本人自己的观点，实际上对再生骨料颗粒组成的评定方式并无定论。) 其形貌如图2 2 。 原状骨料次生骨料废旧砂浆颗粒 图2 2 再生粗骨料的形貌对比图 由于再生粗骨料表面附着的废旧砂浆。所以再生粗骨料表面一般都凹凸不平、非常 粗糙，棱角特别分明。 2 2 再生粗骨料的级配 再生粗骨料的颗粒级配是表示构成再生粗骨料的不同粒径颗粒组成之间的相互比 例关系，它是混凝土材料学中一个重要的技术指标。颗粒级配的优劣，关系到混凝土拌 合物的流动、离析、泌水性能，以及硬化混凝土的强度和耐久性。本文采用的再生粗骨 料的颗粒级配如图2 3 所示。 毋 删 娱 壤 士 嚓 51 01 52 02 53 03 5 图2 3 再生粗骨料的级配曲线 筛孔尺寸m m 9 o加阳 西安建筑科技大学硕士毕业论文 基本符合普通混凝土用碎石或卵石质量标准与检验方法( j c j 5 3 1 9 9 2 ) 对碎石或 卵石级配的规定。本试验采用孔径尺寸分别为5 m m ，l o m m ，1 5 m m ，2 0 m m ，2 5 m m ，3 0 m m 的 圆孔筛。 本人认为采用标准套筛不利于作图，所以试验采用的套筛与普通混凝土用碎 石或卵石质量标准与检验方法( j g j 5 3 1 9 9 2 ) 规定的标准套筛有出入。 2 3 再生粗骨料的粒形 所谓粒形是指颗粒材料的宏观几何形状，是颗粒材料的一个重要几 可性质。骨料粒 形的优劣，关系到骨料的堆积密度与空隙率、混凝土拌合物的流动性以及硬化混凝土的 强度和耐久性。所以本文引入三轴形状系数( s f ) “。 s f = c 颤百( 公式2 3 1 ) 式中：a 、b 、c 、分别代表骨料的长轴、中轴、短轴长度。 粗骨料的三轴形状系数( s f ) 试验方法( 自定方法) ：选取有代表性的大颗粒2 0 粒，固定，用游标卡尺测其相互垂直的三轴长度，按公式计算其形状系数。再生粗骨料 ( r c a ) 与卵石、碎石三轴形状系数( s f ) 测试结果见表2 1 。 表2 1卵石、碎石及再生粗骨料的三轴形状系数( s f ) 项目卵石碎石再生粗骨料 s f0 8 10 7 80 7 6 从表2 1 可以看出。虽然卵石、碎石的再生粗骨料的表面状况相差很多，但是以三轴 形状系数s f 表达粗骨料的表面特征则相差无几，所以以三轴形状系数s f 表达粗骨料的 表面特征是欠合理的。因为确定三轴形状系数s f 需要量取的信息太少，仅三个数据信息， 不能充分表达粗骨料的表面状况。所以本课题拟定了另外一种表达方法( 相对表面粗糙 度) 表达粗骨料的表面状况。 2 4 再生粗骨料的相对表面粗糙度( r ela tiv es u r f a c er o u g h n e s s ) 由于混凝土废弃物破碎后的再生粗骨料表面附着的废旧砂浆，致使表面比碎石或卵 石粗糙。但是目前肖没有测试粗骨料的比表面积的统一方法。为了定量描述再生粗嚣料 的表面粗糙度，考虑到粗骨料在混凝土中的工作状态，本文推荐以相对表面粗糙度表示 粗骨料比表面积。 相对表面粗糙度的试验方法( 自定方法二) ：取干燥状态的单级试样( 1 0 1 5 m m 或 1 5 2 0 m m ) 不少于l k g ，倒入水灰比为0 6 的基准水泥之净浆中，迅速搅拌均匀；然后倒 入筛孔为l o m 的圆孔筛中，将多余净浆筛去：移入标准养护室中养护7 天( 或2 8 天) ； 取出放入烘箱中烘干至恒重，放在天平上称取试样裹浆后的质量。 相对表面粗糙度的计算公式： 1 0 西安建筑科技大学硕士毕业论文 = 1 0 0 0 ( m 。一) m 0 ( 公式2 4 1 ) 式中：m 一裹浆后的质量： m 0 一裹浆前的质量。 本文对1 5 2 0 m m 粒经的卵石、碎石和再生粗骨料进行相对表面粗糙度试验。结果见 表2 2 。 表2 2四种骨料的相对表面粗糙度 项目 m 0 m l相对粗糙度旯 卵石 1 0 0 11 0 2 52 5 碎石 1 0 0 31 0 3 53 1 5 r c a i 1 0 0 21 0 4 64 4 r c a i i1 0 0 21 0 4 54 3 从表2 2 可以看出：碎石相对表面粗糙度比卵石相对表面粗糙度高，而再生粗骨料 相对表面粗糙度比碎石相对表面粗糙度高，对照表2 1 卵石、碎石及再生粗骨料的三 轴形状系数，可以看出相对表面粗糙度能够定量表示粗骨料的表面粗糙程度。 卵石、碎石和再生粗骨料的表面状况，详见图2 4 。 卵石相对表面粗糙度：2 = 2 5 碎石相对表面粗糙度：五= 3 1 5 l l 西安建筑科技大学硕士毕业论文 再生骨料相对表面粗糙度：五= 4 4 图2 4 再生粗骨料的表面状况 2 5 再生粗骨料的吸水率与表观密度 2 5 1 吸水率与表观密度的试验方法 先用孔径尺寸为5 m m 、1 0 r a m 、1 5 r a m 、2 0 r a m 、2 5 r a m 、3 0 r a m 的圆孔套筛将母体筛分为单 粒级子样，洗刷干净后，对各粒级子样用四分法缩分为不少于l 蚝，装入容积为1 0 0 0 m l 的广口瓶中；用玻璃片覆盖瓶口，然后注满饮用水，( 玻璃片下无气泡游动) ；擦干瓶底 与四周的水分，规定时间后，在天平上称取试样、水、瓶和玻璃片的总质量m ：将瓶中 试样倒入浅盘中，用拧干的湿毛巾擦去能看到的水膜，呈饱和面干状态( s s d s a t u r a t e d s u r f a c ed r y ) ，放在天平上称取试样湿重m ：；然后连同浅盘放在1 0 5 + _ 5 的烘箱中烘干 至恒重，取出试样放入带盖的容器中冷却至室温，称取试样干重m 。；最后将广口瓶洗净， 重新注满饮用水，擦干瓶底与四周的水分，在天平上称取水、广口瓶以及玻璃片的质量 m 。按下列公式进行计算： 再生粗骨料的吸水率 岭警 再生粗骨料的表观密度 岛= 志 p 。一饱和面干表观密度 p s s d2 瓦南m ， ( 公式2 5 1 1 ) ( 公式2 5 1 2 ) ( 公式2 5 1 3 ) 所谓表观密度是指：材料在自然状态下的单位体积质量；所谓自然状态下的体积是 西安建筑科技大学硕士毕业论文 指包括材料实体积和内部孑l 隙的表观几何形状体积。表观密度可分为干表观密度和湿表 观密度，饱和面于表观密度属于湿表观密度范畴。公式2 5 1 2 表示干表观密度：公式 2 5 1 - 3 表示饱和面干表观密度。而普通混凝土用卵石或碎石质量标准及检验方法 ( j g j 5 3 1 9 9 2 ) 推荐的卵石或碎石表观密度计算公式： 风= 瓦丽m o ( 公式2 5 1 4 ) 与干密度接近。对于卵石或碎石这种吸水率很低的材料可以近似表示表观密度：但 是对于再生粗骨料这种吸水率高的材料用公式2 5 i 2 表示干表观密度则比较合适。 2 5 2 再生粗骨料吸水率与表观密度的测试结果 再生粗骨料5 姗l o m m 、l o m m 1 5 m m 、1 5 咖2 0 衄、2 0 m m 2 5 m m 、2 5 m m 3 0 r a m 、 3 0 m m 各粒级子样浸水l o m i n 、3 0 m i n 、2 4 h 的吸水率，详见图2 5 。 51 01 52 02 53 03 5 粒径m m 图2 5 再生粗骨料的吸水率 从图2 5 可以看：再生粗骨料r c a i 的吸水率随粒径的增大先降低后升高。本人认 为影响再生粗骨料吸水率的因素有三个：粒径、表面粗糙度程度和内部缺陷。同一母体 的单级子样，表面粗糙度基本相当；比表面积愈小，随之吸水率也愈小；同时粒经增大， 再生粗骨料的内部缺陷出现的概率也增大，而诸如微裂纹之类的缺陷愈大，所以随着颗 粒粒经的增大再生粗骨料吸水率先增大后增小，但是总的趋势随着粒经的增大而增大。 再生粗骨料在短时间内吸水饱和，浸入水中l o m i n 达到饱和程度的8 5 左右，浸泡3 0 m i n 达到饱和程度的9 5 左右。 再生粗骨料吸水率比一般卵石吸水率( 8 0 的再生粗集料颗粒砂浆附着面 2 0 的再生粗集料颗粒 l 质量损失 1 3 4 4 7 从表2 9 可以看出：砂浆附着面愈大，5 次浸渍一烘干循环后，其质量损失愈多。表 明其抵抗破坏的能力较差。因为，再生粗骨料颗粒的砂浆附着面愈大、附着的砂浆量愈 多，材料颗粒的吸水率就愈大、吸附的饱和硫酸钠溶液就愈多，干燥环境中水分蒸发， 饱和硫酸钠溶液就变成过饱和硫酸钠溶液，硫酸钠就以晶体的形式析出，含有结晶水的 硫酸钠晶体是膨胀型的，大量的硫酸钠结晶产生膨胀应力，再生粗骨料颗粒就会遭到破 坏。同样道理，再生粗骨料的吸附性使得它极易吸水，容易超过粗骨料的临界饱和度孔隙 水在低温下冻结产生冻胀压力，破坏混凝土的内部结构所以再生粗骨料混凝土的抗冻性 能较差 1 9 _ 西安建筑科技人学硕士毕业论文 3 再生粗骨料混凝土工作性能的试验研究 混凝土的工作性通常用和易性表示。和易性是指混凝土拌合物易于施工操作( 拌合、 运输、浇筑) 并能获得质量均匀，成型密实的性能。它包括流动性、粘聚性和保水性三 方面的涵义。流动性取决于拌合物中的单位用水量或水泥浆含量，实质上由单位用水量 控制。粘聚性与保水性取决于拌合物中细骨料用量和水泥浆稠度。实质上由砂率和胶凝 材料用量控制。和易性是一项综合性能，至今尚没有全面反映新拌混凝土和易性的测试 方法。通常是测试新拌混凝士的流动性，作为和易性的一个评价指标，辅以直观经验观 察粘聚性及保水性。本文仍采用坍落度筒法测试新拌再生混凝土的流动性，坍落度值愈 大表示混凝土拌合物流动性愈大。 坍落度筒法：将新拌再生混凝土分三层装入标准坍落筒中，每层大致装坍落筒高度 的三分之，每层插捣2 5 下。逐层装满后刮平，然后竖直提起坍落筒，量取坍落筒高与 坍落后混凝土试体最高点之间的距离( m ) ，即为坍落度值。在插捣过程中，如果有较多 的稀浆从底部析出，则表示保水性不好；反之，保水性良好。然后用插捣棒轻轻敲打坍 落后的混凝土拌合物试体的一侧，如果试体整体缓慢、均匀下沉，则表明粘聚性良好； 反之，则差。 3 1 试验原材料 3 t 1 水泥 本文采用陕西省耀县水泥厂生产的秦岭牌4 2 5 r 普通硅酸盐水泥。其化学成分和矿 物组成以及有关技术性能指标分别见表3 1 、表3 2 。 表3 1秦岭牌水泥的化学成分和矿物组成 化学成分矿物组成 s i o ：f e 2 0 3a l ：魄c a om g oc ，sc 2 sc 。a c 。a f 1 9 8 54 2 15 8 86 1 8 81 8 55 2 4 62 0 0 48 3 31 3 4 1 表3 2秦岭牌水泥的物理力学性能指标 需水量比凝结时间m i n 强度m p a 安定性3 天2 8 天 初凝终凝抗折抗压抗折抗压 2 6 5合格1 3 51 9 07 。02 7 68 7 5 0 o 3 1 2 粉煤灰( f a ) 两安建筑科技大学硕士毕业论文 本文采用渭河电厂i i 级粉煤灰，其化学成分及物理性能指标见表3 3 。 表3 3粉煤灰( f a ) 的化学成分及物理性能 化学成分需水量烧失量4 5um 筛 s i o ：f e 2 0 3a 1 ：0 ，c a om g os 仉比 筛余 4 5 5 11 1 0 23 2 94 5 31 2 3o 6 41 0 04 0 81 3 2 3 1 3 拌合用水 本文拌合用水为西安市饮用自来水。 3 1 4 外加剂 本文采用武钢生产的f d n 高效减水剂，外观为粉状、呈黄褐色。掺量为水泥质量的 1 时，减水率为2 1 4 。 3 1 5 河砂 本文采用西安灞河中砂。按普通混凝土用砂质量标准及检验方法( j g j 5 2 9 2 ) 规 定的方法测试，细度模数，2 2 8 4 ；含泥量为4 5 ；表观密度p 。= 2