再生混凝土的配合比与抗压强度关系实验研究

再生混凝土的配合比与抗压强度关系实验研究

李实

中铁七局集团武汉工程有限公司湖北省武汉市430000

摘要：现阶段，我国的经济发展的越来越迅速，我国的资源利用率也越来越大。资源与环境问题使得再生材料的研发与利用成为热门领域，混凝土作为建筑领域的主要材料之一，用量大，拆除后产生的建筑垃圾也多。为了实现再生混凝土的利用，营造绿色低碳建筑，再生混凝土的研究大为必要。再生混凝土（本文为再生粗骨料混凝土，下同）属离散材料，且具有地域性特点，其性能指标遵循统计规律支配下的概率分布特征，本文根据强度试验结果，本着工程适用的原则，提取再生混凝土的强度与配合比的关系，对再生混凝土的强度特征作系统的试验验证，以利其推广。

关键词：再生混凝；配合比；抗压强度关系；实验研究

引言

针对使用传统配合比经验设计再生混凝土时产生的不足，设计正交试验对再生混凝土配合比进行了改善，分别讨论了再生骨料取代率、不同浓度硅酸钠溶液对骨料的强化以及粉煤灰掺量3个因素对再生骨料与骨料-水泥石界面的改善作用，采用极差分析归纳了其各因素对再生混凝土抗压强度的影响，并给出了合理配合比建议。

1再生混凝土的配合比与抗压强度关系实验

近年来，我国已在再生混凝土领域开展了大量基础性研究，经对再生混凝土试件的主要破坏特点分析，普遍认为再生骨料取代率和粉煤灰掺量是影响其强度的重要因素。本文在考虑以上两因素的基础上，考虑了使用硅酸钠溶液对再生骨料本身进行强化的作用。综合考虑这3个因素的影响，对再生混凝土配合比进行正交设计优化，分析了各不同因素对其抗压强度的影响，并提出合理配合比建议。

2实验部分

2.1正交试验设计

混凝土配合比参数多、影响因素广，凭借经验已不能科学地安排试验并选取最佳组合，因此采用正交试验方法，选择正交表L9（34）设计该试验方案，设计以下3种因素：（1）再生混凝土取代率对于其强度的影响显著，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。本试验共考虑了3种再生粗骨料取代率r=25%、50%、75%。（2）硅酸钠溶液浸泡有强化骨料的作用，硅酸钠溶液会析出硅酸凝胶，堵塞毛细孔，或将再生骨料本身细微裂纹黏合；并且会与氢氧化钙反应，生成水硬性硅酸钙胶体填充再生骨料孔隙，改善再生骨料与水泥石界面的黏结性能，提高混凝土整体性能；同时在浸泡的过程可以去除再生骨料表面附着的大量粉尘，避免这些低活性的粉尘在拌合时与新水泥石之间产生薄弱界面，继而增强再生混凝土强度；设置3%、5%、7%三个浓度水平进行试验。（3）粉煤灰在混凝土中可以改善混凝土拌合物的和易性、保水性、可泵性等性能，且提高混凝土的抗化学侵蚀、抗渗透等耐久性能，并减少用水量，对混凝土后期强度有很大程度的增强作用。本试验采用内掺法，取水平为10%、30%、50%。同时设计一组取代率为0，骨料未经过浸泡，粉煤灰掺量为0的基准组。

2.2实验原材料

水泥采用32．5MPa海螺牌普通硅酸盐水泥；细骨料：天然河沙；天然粗骨料：5mm～25mm连续粒级的天然石子；再生粗骨料由废弃柱经人工敲碎制得，原混凝土试块立方体抗压强度为35MPa（设计值），骨料粉碎后用31．5mm的标准方孔筛过筛，人工选取5～31．5的连续级配。拌和混凝土用水为自来水。

2.3配合比

本试验测试再生粗骨料取代率为0%，25%，50%，75%和100%的情况下，水灰比分别为0．4，0．45，0．5，0．55，0．6时，各组混凝土的抗压强度。按普通混凝土配合比设计方法设计水灰比，因再生粗骨料增加的用水量，按再生粗骨料的饱和面干状态的吸水率（量）计算，作为添加水在搅拌时一并加入。单位用水量根据和易性试拌后确定，有三种不同取值。单位用水量在四种水平（165，175，185，195）下强度相差不大，可根据和易性要求选择。

2.4试件制作及养护

试验采用人工拌和，考虑到再生骨料粉碎、加工制作等问题，制作150mm×150mm×150mm的立方体试块，共75个，标准养护28d后进行试验。根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》，按每秒钟5kN的加载速度连续均匀加载。

3试验结果与分析

3.1再生混凝土在破坏时薄弱界面较多，强度有下降的趋势

在低取代率情况下，再生骨料与胶凝材料的黏结性能表现出主导作用，故取代率在25%~50%之间再生混凝土随取代率上升强度有少量回升。在高取代率情况下，再生骨料的内在缺陷对混凝土强度起到主导作用，导致取代率在50%~75%之间，强度随取代率上升递减。综合考虑强度变化趋势，应将50%界定为优选取代率。取代率在25%~75%之间，强度都高于强度设计值，均可满足强度要求。

3.2硅酸钠溶液浸泡浓度为5%时，强度最高

浓度在3%~5%之间稍比在5%~7%之间变化幅度稍大，但总体变化不明显且均比基准组强度低。分析其原因，应为采用预吸水方式对骨料处理后，造成界面过渡区水灰比升高，使界面水泥石强度降低，对混凝土整体强度产生影响，导致与其对再生骨料的强化作用几乎抵消。

3.3抗压强度随粉煤灰掺量增大而下降

这是由于粉煤灰水化速度缓慢，大掺量粉煤灰再生混凝土在60d龄期时仍存在未完全水化的粉煤灰，使其抗压强度降低，该结论与一些学者试验结果相同。可初步认定，当使用内掺法时为保证混凝土的早期强度粉煤灰合适掺量不宜超过30%。

3.4极差分析

由极差分析可知，再生混凝土60d抗压强度影响因素的主次顺序为：Rc>Ra>Rb（见表3），说明粉煤灰掺量在10%~50%时，对再生混凝土的抗压强度影响最大，为主导因素。取代率次之，硅酸钠溶液对骨料强化的作用微弱。对试块破坏界面（见图3）分析后发现，大部分试块破坏由于水泥砂浆和骨料的黏结面的破坏，少部分由于骨料的破损，因此硅酸钠溶液对再生骨料内部裂缝的强化作用并不能很好的体现。由极差分析结果可知，取代率因素（A因素）中M2>M1>M3；硅酸钠溶液浸泡因素中（B因素）M2>M3>M1；粉煤灰掺量因素（C因素）中M1>M2>M3。即当取代率为75%，骨料经过3%浓度硅酸钠溶液溶液浸泡1h，粉煤灰掺量为50%时，所配制的再生混凝土试块抗压强度最低，即A3B1C3为最差配合比水平组合；当取代率为50%，骨料经过5%浓度硅酸钠溶液溶液浸泡1h，粉煤灰掺量为10%时，所配制的再生混凝土试块抗压强度最高，即A2B2C1为最佳配合比。

3.5再生混凝土抗压强度与水灰比的数量关系

试验表明当再生粗骨料取代率r为25%，50%和75%时，再生混凝土的抗压强度与水灰比及灰水比的关系与普通混凝土相似。这表明，r≤75%的情况下普通混凝土配合比设计公式同样适用于再生混凝土，当r=100%则另需考虑。目前，我国一般采用即改进的Bolomy公式描述普通混凝土的28d抗压强度与水灰比之间的关系。根据得出的关系式，混凝土的28d抗压强度与灰水比成线性关系

结束语

1）影响再生混凝土强度的因素多，作用机理复杂。高水灰比时，再生粗骨料具有“内养护”效用，对再生混凝土的强度增长有利。2）再生混凝土的28d强度与灰水比的关系：当取代率为25%，50%和75%时近似直线的关系，当取代率为100%时近似遵循二次曲线关系。再生混凝土的28d强度与取代率之间呈现出小曲率（二次）曲线的变化趋势，在水灰比不大于0．55的情况下，用方程式拟合都能得到很好的相关性。3）经计算分析，提出了再生混凝土配合比设计的方法。

参考文献

[1]史巍，侯景鹏．再生骨料混凝土技术及其配合比设计方法［J］．建筑技术开发，2015，28（8）：18-20．

［2］蒋业浩．再生混凝土抗压强度及配合比设计研究［D］．南京：南京航空航天大学，2016．

［3］GB/T50081—2002，普通混凝土力学性能试验方法标准［S］．