【摘 要】 對再生骨料混凝土27 組立方體試件和5 組棱柱體試件進行了試驗,主要研究了再生骨料混凝土的水灰比與立方體抗壓強度的關系,以及立方體抗壓強度與棱柱體抗壓強度和彈性模量之間的換算關系。結果表明:相對于普通混凝土,再生骨料混凝土立方體抗壓強度和彈性模量有所降低,但棱柱體抗壓強度略為升高。
【關鍵詞】 再生骨料混凝土;立方體抗壓強度;彈性模量
【中圖分類號】TU528.041【文獻標識碼】A【文章編號】 1001 - 6864(2008) 02 - 0004 - 030
前言
近年來,隨著建筑業高速的發展,許多廢舊混凝土建筑物和構筑物被拆除,隨之產生了大量的廢棄混凝土。傳統的廢棄混凝土處理方式既沒有做到資源的合理利用,又污染了環境。將廢棄混凝土塊經過加工、破碎、分級后,按一定的比例混合形成再生骨料,部分或全部代替天然骨料配制而成的新混凝土稱為再生骨料混凝土。再生骨料混凝土技術可以實現廢棄混凝土的有效回收利用,對于保護環境、節約資源、發展生態建筑具有重要意義。
近年來,國內外在該領域進行了一系列的研究,再生骨料混凝土技術的研究還主要局限在材料層次,即便如此,要形成較為完善的理論體系還有較大距離[1 ,2 ] 。肖建莊[3 ] 、宋燦[4 ]對再生骨料混凝土的立方體抗壓強度、棱柱體抗壓強度、彈性模量進行了研究,但其再生骨料為不同取代率,而且骨料的來源均不同。本文在試驗的基礎上,采用100 %的骨料取代率,研究了再生骨料混凝土的水灰比與抗壓強度的關系,以及抗壓強度與棱柱體和彈性模量之間的關系,豐富了再生骨料混凝土材料領域研究。
1 試驗設計
1.1 試驗原材料
本試驗水泥采用江南水泥廠出產的鐘山牌42.5R 普通硅酸鹽水泥,砂為普通黃砂,天然骨料為碎石,最大粒徑為30mm。再生粗骨料由某小區住宅樓廢舊梁人工破碎而成,水為普通自來水。粗骨料的基本性能見表1 所示。
1.2 再生骨料混凝土配合比
本試驗配置了C20、C25、C30、C35 及C40 五種強度的再生骨料混凝土,砂率均為0.37 ,采用蔣業浩[5 ] 建議的配合比進行試配,根據JGJ55 - 2000《普通混凝土配合比設計規程》最終確定再生骨料混凝土的配合比?；炷恋淖罱K配合比見表2。立方體試塊尺寸為150mm×150mm×150mm ,棱柱體試塊尺寸為150mm ×150mm ×300mm ,測定其彈性模量和軸心抗壓強度。
2 試驗現象
2.1 立方體試塊破壞形態
加載初期,再生骨料混凝土試塊表面未發現有裂縫出現。隨著荷載的增大,試塊內的應力不斷增加。試塊中開始出現垂直裂縫。起初出現的垂直裂縫靠近試塊的側表層,隨著荷載的繼續增加,新的垂直裂縫逐漸向里發展,并且原來的裂縫寬度不斷擴大,表面混凝土開始外鼓、剝落。最終的破壞形態為正倒相連的四角錐,這與普通混凝土立方體試塊破壞形態相同。再生骨料混凝土試塊的破壞斷面主要是再生粗骨料界面,同時也有少許天然粗骨料斷裂情況,因在廢舊混凝土破碎過程時,骨料砂漿本身就產生了較多的微裂縫,且有較多的粉塵,導致在原始砂漿與新砂漿膠結面處形成薄弱層[6 ] 。
2.2 棱柱體試塊破壞形態
加載初期,再生骨料混凝土棱柱體試件表面未發現有裂縫出現。隨著施加荷載逐漸的增大,再生骨料混凝土棱柱體試件內的應力不斷增加,試件開始出現裂縫。初始出現的裂縫靠近再生骨料混凝土棱柱體試件高度中央為垂直方向,隨著荷載的繼續增加,裂縫數量逐漸增加,并且原來的裂縫寬度不斷擴大,裂縫沿斜向往上、下端兩端發展至加載面處轉向試件角部,表面的再生骨料混凝土開始外鼓、剝落。試驗表明,隨著再生骨料混凝土立方體抗壓強度的增加,再生骨料混凝土棱柱體的延性越來越差,在破壞前,再生骨料混凝土棱柱體裂縫變化不是很明顯就會出現破壞,表現出脆性,并且再生骨料混凝土骨料也出現破裂現象。由此可以看出,再生骨料混凝土骨料的強度對再生骨料混凝土強度有一定的影響,
3 試驗結果及分析
3.1 立方體抗壓強度
試驗測定了再生骨料混凝土立方體28d 抗壓強度。圖1為在砂率為0.37 情況下,再生骨料混凝土抗壓強度與水灰比的關系。從圖中可以看出,抗壓強度基本隨著水灰比的減小而不斷增大,較好地符合線性關系。再生骨料混凝土28d齡期抗壓強度( f cu ) 與水泥實際強度( f ce ) 及水灰比( WPC) 之間的關系可以寫成普通混凝土經驗公式的形式:
通過數據回歸,再生骨料回歸系數A = 0.41 , B = 0.49 ,而普通混凝土采用碎石為A = 0.48 , B = 0.52 ,文獻[ 5 ]中A= 0.47 ,B = 0.71。在相同的水灰比及水泥強度條件下,28d齡期抗壓強度再生骨料混凝土抗壓強度要比普通情況約降低12.4 % ,這可能是由于水泥石與骨料間的粘結不夠良好,且再生粗骨料本身存在大量的初始裂縫[7 ] ,從而再生骨料混凝土抗壓強度的下降。而與文獻[5 ]中回歸公式相比較,抗壓強度要小于7 %。由此可見,再生骨料混凝土骨料來源不同,對再生骨料混凝土強度也有較大影響。
3.2 棱柱體抗壓強度
試驗設計了5 組棱柱體試件,每組3 個試件,分別測定C20、C25、C30、C35 和C40 的棱柱體抗壓強度。同時分別對應澆筑了5 組立方體試塊,每組3 個試件,測定其抗壓強度。
從圖2 可以看出再生骨料混凝土立方體抗壓強度與棱柱體抗壓強度成線性關系,這與普通混凝土類似結果。與本課題其他組試驗結果相比較,試驗結果相差6 % ,主要是由于再生粗骨料來源不同造成的。試驗結果見表3 ,從表中可以看出棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度的比值變化較小,借鑒普通混凝土棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度的關系,可以得到再生骨料混凝土棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度的關系:
而規范規定普通混凝土棱柱體抗壓強度與立方體抗壓強度關系:
從以上數據分析可知,當再生骨料取代率為100 % ,混凝土強度等級小于C40 時,再生骨料混凝土兩種強度指標間的換算在0.73～0.81 之間,且再生骨料混凝土棱柱體強度比普通混凝土棱柱體強度高出約為2.6 %。由于試驗中所做試件還不夠多,所得試驗數據還具有一定的離散性。但許多研究機構試驗結果均表明:相同立方體抗壓強度條件下,再生骨料混凝土棱柱體抗壓強度比普通混凝土棱柱體抗壓強度有所增加。
3.3 彈性模量
根據試驗結果,得到再生骨料混凝土彈性模量與抗壓強度之間的關系如圖3 所示。
從圖中可以看出,隨著抗壓強度的增加,彈性模量也增加,這與普通混凝土相同,但是線性關系不是很明顯。試驗結果詳見表4。對數據進行回歸,得到再生骨料混凝土抗壓強度與彈性模量的關系為:
對普通混凝土彈性模量與立方體抗壓強度關系:
從表4 可以看出,相對于普通混凝土,再生骨料混凝土的彈性模量平均降低20 %左右。因再生骨料混凝土骨料表面是孔隙率較大的砂漿層,其相對于碎石的致密程度小很多,從而在相同軸向荷載下,棱柱體的變形要大很多,抵抗外力變形的能力較弱,故彈性模量較低,許多學者也得出了類似結果[7 ,8 ]
4 結語
(1) 再生骨料混凝土28d 齡期抗壓強度和水灰比有著良好線性關系,抗壓強度隨著水灰比增大而減小。在相同配比條件下,再生骨料混凝土抗壓強度低于普通混凝土。
(2) 再生骨料混凝土棱柱體抗壓強度與立方體強度之比較普通混凝土要略高。
(3) 再生骨料混凝土彈性模量比普通混凝土彈性模量低20 %左右。
(4) 由于再生粗骨料來源不同及數據的離散性,再生骨料混凝土強度指標還需大量試驗研究。
參考文獻
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