再生细骨料混凝土塑性收缩开裂性能试验研究.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 3期 (总 第 2 6 9 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 2 ( T ota l No 2 6 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATE R AL AND ADM I N ,I CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 3 0 2 4 再生细骨料混凝土塑性收缩开裂性能试验研究 车乘乘 1 I 2 。孙家瑛 ,陈福旦 ( 1 上海大学 土木工程系,上海 2 0 0 7 2 ;2 浙江大学 宁波理工学院 绿色建材与废弃物资源化研究中心,浙
2、江 宁波 3 1 5 1 0 0 ) 摘要: 再生细骨料在实际工程中的使用为废弃混凝土提供了一条可持续化利用的道路, 而由其配制的再生细骨料混凝土开裂性能直 接影响了混凝土的使用寿命。 该文参考 I C B O标准, 采用平板约束试验, 重点讨论了再生细骨料替代率、 水灰比、 砂率对其塑性收缩开裂性 能的影响, 用图像处理技术对混凝土的裂缝进行分析, 计算出开裂面积进行比较。 结果表明: 随着再生细骨料替代率的增加, 再生混凝土 开裂风险增大; 水灰比对再生细骨料混凝土抗裂性能至关重要, 过大或过小都不利于再生混凝土防裂; 选择合适的砂率可以控制再生混 凝土 的开裂程度。 关键词: 废弃混凝土
3、; 再生细骨料;开裂性能;图像处理 中图分类号 : T U5 2 8 0 4 1 文献标 志码: A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 8 1 0 3 E xp er i men t al r es e a r c h on pl a s t i c s hr i nk ag e c r a ck i ng pr op er t i e s o f r e c yc l e d f i ne a ggr e ga t e c on c r e t e CHECh e n g - c h e n g , S UN J i a - y i n g
4、 , CHE N Fu d a n t ( 1 De p a r t me n t o f C i l E n g i n e e ri n g , S h a n g h a i Un i v e r s i t y , S h a n gha i 2 0 0 0 7 2 , C h in a ; 2 R e s e a r c hC e n t e r o f G r e e nB u i l d i n g Ma t e r i a l s a n d wa s t eR e s o u r c e s R e u s e , Ni n g b oI n s t it u t e o f
5、 T e c h n o l o g y , Z h e j i ang Un i v e rsi t y , Ni n g b o 3 1 5 1 0 0 , C h i n a ) Abs t r a c t : Us i n g r e c y c l e d fin e a g g r e g a t e i n t h e p r a c t i c a l e n g i n e e fin g p r o v i d e f o r wa s t e c o nc r e t e a s ust a i n a b l e u t i l i z a t i o n r o a
6、d, and the c r a c k i ng p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d fin e a g g r e g a t e c o n c r e t e i mme d i a t e l y i n flu e n c e the s e r v i c e l i f e o fc o n c r e t e Co n s u l t I CBO s t a nd a r d, c a r r y o u t s t a t i o n a r y p l a n k me tho d, i t p u timp o r t anc
7、 eo nt h ei n fl u e n c e so nthe c o n c r e t e, the r e p l a c e me n t r a t i o o fr e c y c l e dfin e a g gre g a t e、 wa t e r - c e me n t r a t i o、 s a n dp e r c e n t a g e, d e a l 、 v i t l l the i ma g e s o f c roc k i n g c o n c ret e c a l c u l a t e t h e c r a c k i n g a r
8、e a a n d c o mp a r a t i v e a n a l y s i s T he r e s u l t ind i c a t e d tha t the ris k d e c r e a s e d o f rec y - c l e d c o n c r e t e、 i m the i n c r e a s i n g o fp l a c e me n t ; wa t e i - c e me n t r a t i o i s i mp o r t a n t O n the ant i c r a c k i n g p e r f o r ma n
9、c e o fr e c y c l e d fin e a g g r e g a t e c o n c r e t e, mu c h mo r e o r l e s s d o e s no t g o o d f o r ant i - c r a c k i n g o fc o n c r e t e; c h o o s e s u i t a bl e s and p e r c e n t a g e C an c o n t r o l the d e gre e o fc r a c k i n g o f r ecy - c 1 e d c o n c r e t
10、e Ke yw o r ds : wast e c o n c ret e; r e c y c l e dfi ne a g g r e g a t e; c r a c ki n gp r o p e rti e s ; i ma g ep r o c e s s i n g 0 引言 废弃混凝土通过一系列再生工艺可以得到再生混凝土骨料, 粒径在 4 7 5 IT n T I 以下的称为再生细骨料, 将其部分或全部替代 天然砂配制混凝土可以达到变废为宝的目的。 但是再生混凝土 细骨料特殊的性质会使得掺再生骨料的混凝土性能与普通混凝 土之间存在较大的差异。 国内外学者对再生细骨料混凝土的抗
11、压抗折强度、 抗渗透性、 抗碳化性等方面做了一定的研究 , 提 出了不少改善其性能的措施 , 取得了不少成果M, 然而对再生细 骨料混凝土抗裂性能方面的研究尚少。 由于混凝土开裂会大大降 低其使用寿命, 这势必阻碍再生细骨料的实际应用。 故本试验用再 生细骨料配制再生混凝土, 研究了再生细骨料混凝土的塑性收缩 开裂性能, 以期为再生细骨料混凝土的推广应用起一定的借鉴作用。 1 试验方 法 1 1 试验材料 水泥: 采用浙江三狮 P O 4 2 5级水泥, 物理性质和化学成 分见表 1 2 , 拌和用水采用 自来水。 表 1 水泥的物理力学性质 骨料: 再生混凝土细骨料采用中冶集团十三冶有限公司
12、生 产的 O 7 5 n 1 I n的再生混凝土细骨料。 砂: 细度模数为 3 0的海砂。 减水剂: 上海华登 H P 4 0 0泵送剂。 1 2 试验 方案 配制混凝土如表 3 所示, 基准混凝土 S C水灰比为 O 5 5 , 砂 率为 4 2 , 减水剂掺量 l , 坍落度控制在 1 9 0 r f k r fl 。 在此基础上, 研究了以下 3个因素对再生细骨料混凝土塑性收缩开裂性能 的影响: ( 1 ) 再生细骨料替代率( 2 0 、 4 O 、 6 0 、 8 0 、 1 0 0 ) , 编号 RA 1 RA 5 收稿日 期 : 2 0 1 l _ o 9 - o 5 基金项目:科
13、技部国际合作重大项目( 2 0 1 0 F A 2 4 5 9 0 ) ; 国家 自 然科学基金( 5 0 8 0 8 1 6 0 ) 81 表 3 混凝土的配合 比 ( 2 ) 水灰 比( O 4 、 O 4 5 、 0 5 、 0 5 5 、 0 6 ) , 编号 R B 一 1 I 一 3 、 S C 和 R B。 4 。 ( 3 ) 砂率( 3 0 、 3 6 、 4 2 、 4 8 、 5 4 ) , 编号 R C 1 R C 2 、 S C和 R C 一 3 , R C 4 。 考虑水灰比和砂率的试验在再生细骨料替代率为 6 0 的 基础上进行 。 再生细骨料混凝土开裂性能测试参考
14、 I C B O标准嘲 , 塑性 收缩平板试模尺寸 5 6 0 mm 3 6 0 mm l 1 4 m i l l , 用弯起的波浪形 的薄钢板提供约束 , 混凝土填充在模具中, 上表面外露, 放置于 恒温恒湿室中, 风扇风速为 9 5 r n s , 相对湿度 4 0 , 碘钨灯持续 照射 3 h , 塑性收缩平板试验现场见图 1 , 开裂试件见图2 。 图 1 平板约束试验现场 平 板试 件 碘钨灯 圈 2 再生细骨料混凝土开裂试件 1 3 开裂评价指标 再生混凝土开裂性能测试常采用手持显微镜手工测量, 并 以开裂权重值作为评价指标。 但是在实际操作中由于人为因素 产生的测量误差、 裂缝宽
15、度的不易读取以及开裂权重值精度上 的原因, 常常不能准确反映试验的实际情况。 本试验根据再生混 82 ( a ) O 4 7 5 mm 再 生细骨料 ( b ) 海砂 图 4 细骨料颗粒外观特征 再生细骨料与海砂的级配及各种物理性能测试结果列于 表 4 , 其数码显微镜( x l O ) 下的细观特征见图 5 。 表 4各种细集料性质 贝 再生细骨料 2 4 7 0 1 2 6 0 2 8 0 中砂 7 0 1 5 6 O 0 海砂 2 5 8 7 1 5 8 0 2 8 3 中砂 1 6 7 3 3 8 8 7 ( a ) 再生细骨料颗粒 ( b ) 天然海砂颗粒 图 5 细骨料细观特征 由
16、表 4给出的再生细集料和海砂的物理性质试验表明, 再 生细集料吸水率显著高于海砂, 约为海砂的4倍以上。 吸水率增 大的主要原因是由于细骨料是通过机械破碎而形成的, 在其制 备过程中存有大量由于硬伤累积形成的缺陷。 由图 5 可以明显 看出再生细骨料表面存在非常多的孔隙, 并伴有细微的裂缝, 而 天然海砂表面光滑, 完整性较好。 再生细骨料的这些孔隙和裂缝, 导致再生细骨料表观密度下降, 吸水率提高。 由于再生细集料来 源于废弃混凝土, 因此这些粒径集料主要以硬化水泥浆体为主, 这些水泥浆体破碎成粉状后, 在表面积增大同时, 其中还有一 定量的未水化相, 其对水有较强的吸附力 , 因此进一步提
17、高了 再生细骨料的吸水率。 2 2 再生细骨料替代率对再生混凝土开裂性能的影响 试验考虑了基准混凝土以及 5种不同再生细骨料替代率 的再生混凝土塑性收缩开裂情况 , 开裂面积绘于图6 。 值 再生 细骨料替 代率 , 图 6 再生细骨料替代率对再 生混凝 土开裂性能的影响 从图6可以看出, 随着再生细骨料替代率的增加, 混凝土 的开裂面积增大, 当再生细骨料替代率低于 6 0 时, 开裂面积 增幅不大。 与基准混凝土相比, 替代率为 2 0 、 4 0 、 6 0 时分别 增长了 7 2 、 8 3 , t 2 6 。 但当再生细骨料的替代率超过 6 0 时, 开裂面积出现了明显的增长, 1
18、0 0 替代率下较基准混凝土增 长 8 5 2 。 这是由于再生细骨料表面附着的大量水泥砂浆有较 好的吸水性 , 使得再生混凝土用水量较大 , 当再生细骨料取代 率大于 6 0 时, 再生细骨料混凝土处于缺水状态, 黏附在再生 细骨料上的水泥不完全水化导致较大的收缩变形 , 使得再生细 骨料混凝土收缩变形大幅增大, 开裂风险大幅提高。 另外由于再 生细骨料 自身的变形较大, 随着再生细骨料替代率的增加, 混凝 土的峰值变形增大, 与普通混凝土相比, 再生细骨料混凝土材 质脆, 延性差。 2 3 水灰比对再生细骨料混凝土开裂性能的影响 试验考虑了 5种不同水灰比的再生细骨料混凝土塑性收 缩开裂情
19、况, 开裂面积绘于图7 。 恒 水 灰 比 图 7 水灰比对再生细骨料混凝土开裂性能的影响 从图 7可以看出, 当水灰 比在较小或较大情况下 , 再生细 骨料混凝土的开裂面积均较大 , 抗裂性能较差 ; 当水灰比处于 0 4 5 -0 5 0之间时, 存在一个最佳水灰比, 当实际值小于或超过 这个值时, 再生细骨料混凝土有增大开裂的趋势。 这是由于水灰 比从 O 5 5降低时, 水泥石孔隙含量变少, 干燥失水数量减少, 混 凝土的抗裂性能得到改善。 然而, 随着水灰比的继续降低, 水灰 比越小 , 混凝土中自由水量越少, 同时再生混凝土结构致密度 增加, 这样 由再生混凝土内部向表面迁移用以补
20、充表面蒸发散 失的自由水量就越缺乏, 从而使再生混凝土表面易于产生塑性 收缩开裂。 另外 , 水胶 比越小, 混凝土的早期 自身收缩越大, 也 是开裂性增加的一个原因。 2 4 砂率对再生细骨料混凝土开裂性能的影响 试验考虑了 5种不同砂率的再生细骨料混凝土塑性收缩 开裂情况, 开裂面积绘于图 8 。 喧 砂率 , 图 8 砂 率对再生细骨料混凝土开裂性能的影响 从图8可以看出, 当砂率高于4 2 o 0 时, 随着砂率的增加, 再生 细骨料混凝土开裂面积增大, 抗裂性能降低。 这是由于骨料体积含 量相同时, 砂率越大, 混凝土的持水能力显著增大, 泌水速率减小, 在多数隋况下更容易出现塑f生
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