再生混凝土的抗压强度研究.pdf

第3 2 卷第1 2 期 2 0 0 4 年1 2 月 间济大学学报 自然科学版 J O U R N A LO FT O N G J IU N W E R S I T Y N A T U R A LS C I E N C E 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2 0 0 0 9 2 V 0 1 3 2N o 1 2 D e c 2 0 0 4 摘要 设计并完成了2 6 4 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 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士 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3 0M P a 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 T U5 2 8 0 9文献标识码 A 文章编号 0 2 5 3 3 7 4 X 2 0 0 4 1 0 1 5 5 8 0 4 S t u d yo nC o m p r e s s i v eS t r e n g t ho fR e c y c l e dA g g r e g a t eC o n c r e t e X I A OJ i a n z h u a n g L IJ 如一b i n S U N 孙一p i n g H A OX u a n r u i n g D e p a r 嘶e 眦o fB u i l d i n gE n g i n e e r i n g T o n g i iU n i v e r s i t y S h a n g h a i2 0 0 0 9 2 C h i n a A b s t r a c t E x p e r i m e n t a lw o r kf o rt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fr e c y c l e da g g r e g a t ec o n c r e t eW a Sd e s i g n e d a n dp e r f o r m e dw i t h2 6 4c u b e s T h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h er e c y c l e dc o r s ea g g r e g a t e R C A r e p l a c e m e n tr a t i oh a sar e m a r k a b l ei n f l u e n c eo nt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fr e c y c l e da g g r e g a t ec o n c r e t e t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ha n dt h em w m cr a t i oa r ea l s od i f f e r e n tf o rd i f f e r e n t R C A r e p l a c e m e n tr a t i o sa n dt h ed e v e l o p m e n t sf o rt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fr e c y c l e da g g r e g a t ec o D c r e t ea r en o te x a c t l yt h es a m ea St h a to fn o r m a lc o n c r e t e N e v e r t h e l e s s t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho fr e c y c l e da g g r e g a t ec o n c r e t ec a na c h i e v et h et a r g e tc o m p r e s s i v es t r e n g t hb ya d j u s t i n gt h emw mcr a t i o F i n a l l y b a s e do nt h et e s tr e s u l t s t h emw mcr a t i of o ra c h i e v i n gat a r g e ts t r e n g t ho f3 0M P af o rc o n c r e t ew i t hd i f f e r e n tR C Ar e p l a c e m e n tr a t i o si sp r e s e n t e d K e yw o r d s r e c y c l e da g g r e g a t ec o n c r e t e r e c y c l e dc o a r s ea g g r e g a t er e p l a c e m e n tr a t i o c o m p r e s s i v e s t r e n g t h 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 3 2 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 收稿日期 2 0 0 3 0 7 2 9 基金项目 上海市科学技术委员会基金资助项目 0 2 D Z l 2 1 0 4 作者简介 肖建庄 1 9 6 8 一 男 山东沂南人 教授 工学博士 E m a i l j z x m a i l t o r s i e d u c 1 1 万方数据 第1 2 期 肖建庄 等 再生混凝土的抗压强度研究 1 5 5 9 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3 2 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3 1 5l n m 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 N 1 5m m 和1 5 0 3 1 5m m 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 a b 1B a s i cp r o p e r t i e so fn a t t i r a l a n dr e c y c l e dc o a r s ea g g r e g a t e s 1 2 混凝土的配合比 3 J 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 3 0 5 0 7 0 和1 0 0 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 2 4h 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1 0 0m E 1 0 0m m 1 0 0m m 抗压强度试验按文献 5 进行 主要设备为一台Y E 一1 8 5 0 型液压式压力试验机 其最大量程为2M N 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 a b 2M i xp r o p o r t i o n so fc o n c r e t e 单位体积用量 k g m 1 N C 表示晋通混疆土 R C 表示再生混凝土 其后数字表示再生租骨料 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 a 3 0 br 5 0 图1 再生混凝土典型破坏形态 F 电 1T y p i 蛐f a i l u r ep a t t e r n0 fr e e y d e d 明掣瞬伽l 啾 万方数据 同济大学学报 自然科学版 第3 2 卷 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 7 7 Z m 为0 4 3 和0 4 7 时 龄期至9 0d 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3 0 7 0 和 1 0 0 时 再生混凝土的2 8d 抗压强度分别较普通 混凝土平均降低2 4 2 8 和3 0 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5 0 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 J 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 6 0 5 0 4 0 0 3 0 2 0 I O r am o 4 3 bm m e 卸 4 7 图2 再生混凝土抗压强度与再生粗骨料取代率的关系 F 培 2R e l a t i o n s h i p sb e t w e e n 厶a n d 2 3 再生混凝土的抗压强度与水灰比的关系 再生混凝土的2 8d 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3 0 7 0 和1 0 0 时 再生混凝土的2 8d 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5 0 时 两 者则呈现出非线性关系 这与G u p t a 7 J 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 4 3 和0 4 7 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2 8d 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2 8d 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 再生混凝土的勰d 强度与水灰比的关系 F 喀 3R e l a t i o n s h i p sb e t w e e n 曩 2 8a n dm m cr a t i o r d am w n k 0 4 3 f d bM w 卅c 0 4 7 图4 再生混凝土的抗压强度与龄期的关系 F i g 4 R e l a t i o n s h i p sb e t w e e n m a n da g e s 2 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2 8d 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2 8d 抗压强度用平滑曲线连接 即可得到一族关于再生 混凝土2 8d 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 万方数据 第1 2 期 肖建庄 等 再生混凝土的抗压强度研究 比加以实现 表3 给出了可以达到设计强度为3 0 M P a 的水灰比 图52 8d 抗压强度与表观密度的关系 n g 5 R e l a t i o n s h i po f 厶 勰V 汀s 吣d e n s i t y 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 00 5 5 0 6 0 m w 棚c 图62 8d 抗压强度与水灰比曲线 F i g 6 C l n T e so f 厶 2 8V 盱s 璐小w m cr a t i o 袭3 能够达到3 0I V I P a 设计强度的水灰比 T a b 3m w m cr a t i o sr e q u i r e dt oa c h i e v e t h et a r g e tc o m p r e s s i v es t r e n g t h 3 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3 0 7 0 和1 0 0 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5 0 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3 0 7 0 和 1 0 0 时 再生混凝土的2 8d 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5 0 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2 8d 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 2 0 0 3 2 5 1 0 1 7 2 0 5 7 X l A oJ i a n z I l u m a g L IJ i s b i n L A NY a n g S t u d yo nr e c y c l e d 踞 g 托g t ec O l n C l e t e s a xd 讯舶料i e w J C h i n a e s eC a l c r e t e 2 0 0 3 2 5 1 0 1 7 2 0 5 7 2 H a m e nTC R e c y c l e da g g r e g a t ea n dr e c y c l e da g g r e g a t ec o n c r e t e J M a t e r i a la n d S t r u c t u r e s 1 9 8 6 1 9 5 2 0 1 2 4 6 3 李佳彬 再生混凝土基本力学性能研究 D 上海 同济大学建 筑工程系 2 0 0 4 L IJ i a b i n S t u d yo nm e c h a n i c a lb e l m v i o ro fr e c y c l e da g g r e g a t e c o n c r e t e D S h a n g h a i D e p a r u m a to fB u i l d i n gE n g i n e e r i n go f T o n g i iU n i v e r s i t y 2 0 0 4 4 G B T5 0 0 8 0 2 0 0 2