高强再生骨料混凝土的配制及性能研究.pdf
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1、能 材 料 2 0 1 3 年 第1 7 期( 4 4 ) 卷 文章 编 号 : 1 0 0 1 9 7 3 1 ( 2 0 1 3 ) 1 7 2 5 2 4 0 4 高强再生骨料混凝土的配制及性能研究 杨 海涛 , 田石柱 ( 1 哈尔滨工业大学 土木工程学院, 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 9 0 ; 2 苏州科技学 院 土木工程学院, 江苏 苏州 2 1 5 0 1 1 ) 摘要 : 采 用再 生粗 骨料 配制 强度在 5 0 MP a或 更 大 的 高强再 生骨 料 混 凝 土 , 并 对其 变形 能 力和 耐 久性 进 行测 定 , 为 高强再 生 骨料 混 凝 土在 工程 上
2、的 应 用提 供 理论 和 实验基 础 。通过 一 系列 的抗 压 实验 确 定再 生粗 骨料 的 强度极 限, 并通 过对 水灰 比的调 整 , 使 配制 的 高 强再 生 骨料 混凝 土 在 强 度上 达 到 设 计值 , 并 以 再 生粗 骨料 取代 率 为 0 、 3 0 、 5 0 、 8 0 和 1 0 0 的 高 强再 生 骨料 混凝 土为研 究对 象进行 实验 。 当再 生粗 骨料 取代 率 为 3 O 时 , 对 再 生 混 凝 土 的 强 度 影 响 不 大 ; 之 后 混 凝 土强度 随再 生骨料 的增加 而 降低 。 高强再 生 骨料 混 凝 土与 天 然混凝 土在 耐
3、 久 性 上具 有 相 似 的性 能 , 可 以 将 高强再 生混凝 土应 用 于工程 中。 关 键词 : 再 生粗 骨料 ; 高 强再 生骨料 混 凝土 ; 耐 久性 ; 抗压 实验 ; 水灰 比 中图分 类号 : TU5 0 2 6 文献标 识码 : A DOI : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 9 7 3 1 2 0 1 3 1 7 0 2 0 1 引 言 近年 来 , 伴随着我 国 国民经济 持续快 速 的发展 和城 市化进程的不断加快, 城市改造和建筑行业得到了迅猛 的发展。一方面 , 在城市改造过程中, 许多混凝土建筑 物、 构筑物和城市基础设施因为老
4、旧或服务年限的到期 而被拆除, 由此而产生 了大量的混凝土废弃物。据统 计 , 我国每年产生的废弃混凝土约有 1 3 0 0多万吨, 而且 这 个数 字 还在 不 断增 长 ; 另 一方 面 , 随着一 座座 高楼 的 拔地而起 , 作为主要建筑材料的混凝土, 其用量也在 日 益 增大 。随着 混凝土用量 的不断 增加 , 由于大 量开 采天 然砂石而造 成 的 自然 资 源 的枯 竭和 环境 破 坏等 问题也 日益 凸现出来 。因此世 界各 国都 提 出 了各种 应对政 策 , 目的是为了减少 自然资源的使用和增加建筑废弃物 的 循环 和再利用 。回收混 凝 土废 弃 物作 为骨 料来 配
5、制再 生混凝 土 , 既可 以解 决 自然 资源 的过度 消耗 , 又可 以解 决废 弃物 的 占地 和 污染 环境 的问题 。将建 筑废 弃 物进 行循环再利用 , 既符合环保又降低 了生产成本, 同时还 为建筑废弃物 的处 理提供 了一个新 途径_ 1 J 。 将 废弃 的混 凝土 经过一 定程 度 的加工 、 破 碎 、 分级 后 , 按 一定 的 比例 混 合 形 成 的骨 料 称 为 再 生 骨 料 ( r e c y c l e d a g g r e g a t e , RA) 。用再 生 骨料 部 分 或全 部 代替 天然骨 料 ( 主要 是粗骨 料 ) 配制而 成 的混凝 土
6、 称 为再 生 骨料 混凝 土 ( r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e , R AC ) , 简 称 再生混凝土 7 州。已经证实 , 再生 昆 凝土同普通混凝土 一 样 , 适合 用于 各 种 工程 的基 础 , 即铺 路 、 钢 筋 混 凝 土 和预 应力 混凝 土 。本 文主 要 以高强再 生 骨料 混凝 土 为 研究对象 , 对其配制过程和主要性能进行实验研究 , 为 高强 再生 骨料混 凝 土在工 程上 的应用 提供 理 论参 考 和 实验 依据 。 2 原 材 料 再生骨料主要是 由废弃 的混凝土构件加工得到 , 因其
7、具有杂质少、 无有害物质 和良好的工作性能等优 点 , 所 以适合用 于 配 制 高 强度 混 凝 土 。表 1给 出 了再 生 骨 料 与 天 然 骨 料 的主 要 物 理 性 能 。由 表 1可 以看 出 , 再生 粗骨料 的表 观 密度 和堆 积 密 度都 较 天 然 骨 料 低 , 而吸水率和含水率都 比天然骨料高。这说 明再生 骨 料 的性 能 同天然 骨料相 比较 低 。 表 1 骨料 的基本 性 能 Ta bl e 1 Ba s i c pe r f o r m a n c e o f a g gr e g a t e 骨料 类 型 粒 径 ( mm) 表 观 密度 ( k g
8、m。 ) 吸 水 率 ( ) 含 水 率 ( ) 堆 积 密 度 ( k g m。 ) 压 碎 指 标 ( ) 普 通 碎 石 5 3 1 5 2 7 8 O 0 7 2 0 5 1 3 9 2 1 O 1 再 生骨料 5 3 1 5 2 4 9 2 3 8 7 2 6 1 2 3 6 1 5 8 3 配制高强混凝土 3 1 确定 强 度上 限 通过 对再 生混 凝土 的一 系列 实验 确 定 了再 生 粗 骨 料 的强度 极 限。实验 中采 用天 然 骨料 和再 生 骨 料 相混 合来 配制再生 混凝土 , 再 生粗骨料 取代率分 别为 0 、 3 0 、 5 0 、 8 0 和 1 0 0
9、 。配制再 生 混凝 土时 , 水灰 比 分别 取 0 4 5 、 0 4 0 、 0 3 5和 0 3 0 。在设 计 配合 比时 , 水 * 基金项 目: 国家 自然科学基金重点 资助项 目( 9 0 7 1 5 0 3 6 ) 收到初稿 日期 : 2 0 1 3 - O 1 2 4 收到修 改稿 日期 : 2 0 1 3 0 4 1 0 通讯作者 : 杨海涛 作者简介 : 杨海 涛 ( 1 9 7 7 一) , 男 , 黑龙江甘南人 , 博 士, 师承 田石柱教授 , 从事再生混凝土各项性能 实验研究 。 杨 海涛 等 : 高强再生 骨料 混凝 土的配制及性能研究 和粗 骨 料 的含量
10、是 固定 的 , 分 别 为 1 9 5和 l 1 3 0 k g m。 。 细 骨料 砂 的含量 随着 水 泥含 量 的增 加 而 进行 调 整 。实 验中所采用的再生混凝土配合 比见表 2 。用配置好 的 再生混凝土制作尺寸为 1 5 0 ram1 5 0 mm1 5 0 mm 的 2 5 2 5 量 其抗压 强 度 , 试 件 2 8 d抗 压强 度见 表 2 。 由表 2可 以 看出, 当水灰 比为 0 3时, 再生粗骨料取代率为 3 0 的 试 件 的极 限强度 接 近 7 0 MP a , 并 且 所 有 再 生 混凝 土 试 件 在破 坏 时 的最 大 强 度 也 在 7 0 M
11、P a左 右 。所 以将 配 标准立方体试件 , 在标准养护条件下养 护至 2 8 d并测 制高强再生骨料混凝土的强度上限确定为 7 0 MP a 。 表 2配合 比设 计及 抗压 强度 Ta bl e 2 De s i gn o f m i x pr o po r t i o n a nd c o m p r e s s i v e s t r e n gt h 再 生 粗 骨 料 取 代 率 材 料 用 量 ( k g m。 ) 2 8 d抗 压 强 度 水 灰 比 ( ) 水 泥 水 砂 粗 骨 料 再 生粗 骨料 ( MP a ) O 4 33 1 9 5 53 2 】 1 3 0 0
12、 49 6 3 O 4 33 19 5 53 2 791 3 3 9 49 3 0 45 5 O 4 33 19 5 53 2 56 5 5 6 5 5 O 2 8 O 4 33 19 5 53 2 22 6 9 0 4 46 7 1 OO 4 33 19 5 53 2 O 11 3O 46 3 0 4 88 19 5 51 7 11 3 O O 5 7 5 3 O 488 1 95 51 7 79 1 33 9 5 7 1 0 4 0 5 O 48 8 1 95 51 7 56 5 56 5 5 7 7 8 O 488 1 95 51 7 22 6 9O 4 5 4 1 l O O 488
13、19 5 51 7 O l1 3 O 5 3 8 0 5 57 1 95 4 85 l1 3 O O 6 O 3 3 O 557 1 95 4 85 79 1 33 9 6O O 03 5 5 O 55 7 1 95 4 85 56 5 56 5 6O 9 8O 55 7 l 95 4 85 2 26 9 04 57 4 10 0 55 7 1 95 4 85 O 1 13 O 57 1 0 65 0 1 95 435 1 13 O 0 7O 2 3 0 65 O 1 95 4 35 7 91 3 39 69 8 O 3O 5O 65 0 1 9 5 43 5 5 65 5 65 70 7 8
14、O 65 O 19 5 435 2 26 9 O4 67 5 1 00 65 O 19 5 435 O 1 13 O 67 1 3 2 高 强再 生 骨料混 凝 土的设 计 在进行高强再生骨料混凝土设计时 , 设计强度被 确 定 为 5 O 7 0 MP a 。配合 比设 计采 用 天然混 凝 土设 计 方 法口 ” , 即 按 照 J G J 5 5 2 0 0 0 普 通 混 凝 土 配 合 比设 计 规程 执 行 l l 。实 验 中所 采 用 的混 凝 土 配 合 比见 表 2 。再 生混 凝 土 2 8 d强 度与 水灰 比的关 系见 图 1 。在实 际配 制过程 中考 虑 到 再
15、生 骨 料 对 设 计 强 度 的影 响 , 采 用 调整 水灰 比的 方 法 使 之 达 到 设 计 强 度 。在 配 制 时 , 这 种调 整方 法 可 以达 到 令 人 满 意 的效 果 , 但 当再 生粗 骨 料取 代率 超 过 5 O 时 , 使 用调 整 水 灰 比来 调 节 强 度 的方法 就难 以达到令 人 满意 的效 果 。 曲线 Fi g 1 Wa t e r c e me n t r a t i o a n d c u b e s t r e n g t h o f r e c y c l e d a g gr e ga t e c o nc r e t e r e l
16、a t i o n c u r ve 4 高强再生骨料混凝土 的性能 4 1 变形 性 能 徐变实验是 以尺寸为 1 0 0 mm3 0 0 mm 的圆柱体 试 件 为 研 究 对 象 , 在 标 准 养 护 条 件 下 养 护 2 8 d后 , 以 4 0 的立方体强度为恒定压力所进行的实验口 。收缩 实验是 以尺寸 为 7 5 mm7 5 mm3 0 0 mm 的棱 柱 体 试 件 为研 究对 象 , 在 室 温 为 2 0 、 相 对 湿 度 为 5 5 的 环 境 中进 行测 定 的 。设 计 强度 下 的 弹性 模 量 、 徐 变 和 收 缩 的具 体结 果见 表 3 。 表 3 高
17、强再 生 骨料混 凝土 的变 形性 能 Ta b l e 3 De f o r ma t i o n p e r f o r m a n c e of hi gh s t r e ngt h r e * c yc l e d a gg r e g a t e c o nc r e t e 再 生粗 骨 弹 性 模 量 ( 1 0 MPa ) 徐 变 收 缩 ( 1 0 ) 料 取 代 率 设 计 强度 ( MP a ) ( ) 5 O 6 O 7 0 5 O 6 O 6 0 7 0 0 2 7 3 2 85 3 01 1 O2 O 69 7 O5 7 56 3O 2 7 2 2 83 2 96
18、 1 03 O 71 71 5 7 68 5O 2 6 2 2 71 2 8 4 1 1 9 O 87 7 55 7 79 8O 2 5 6 2 65 2 75 】 47 O 92 7 6 3 7 92 1O O 2 4 8 2 57 2 6 8 1 76 O 96 7 7 2 8O5 由表 3可 以看 出 , 当再 生 粗骨料 取代 率 为 3 0 时 , 高强再 生 骨料混 凝 土 的弹性模 量 和 天然 混凝 土 的弹性 2 5 2 6 助 材 料 2 0 1 3 年第1 7 期( 4 4 ) 卷 模量在数值上较为接近, 之后随着再生粗骨料取代率 的增加而降低。高强再生骨料混凝土的收缩和
19、徐变也 都 随着 再生 粗 骨 料 取 代 率 的 增 加 而发 生 相 应 的变 化 。 产生这种变化 的原 因有 以下两个方面 : ( 1 )在配制高 强再生骨料混凝土时 , 为使其达到 2 8 d的规定设计强 度 , 需要 对 水灰 比进行 调 整 , 当水 灰 比逐渐 减 小 而水 泥 的用量 逐渐 增 加 时 , 再 生 混 凝 土 的收 缩 和 徐 变也 相 应 增加 ; ( 2 )再生骨料 中含有一定量 的水泥砂浆 , 使得再 生 混凝 土 的收 缩和徐 变相 应 的变大 。 4 2 耐久 性 能 4 2 1 抗 冻 融性 以设 计 强 度 为 5 0 MP a 、 再 生 粗
20、骨 料 取 代 率 为 1 0 0 的高强再 生骨料混凝 土为研究 对象 , 参 照 D L T S 1 5 0 - 2 0 0 1 水 工混 凝土试 验 规 程 的规 定 , 对 其 进 行 快速冻融循环实验 。整个实验过程中试件完全浸入水 中E 1 6 3 , 一个 冻融 循环 需经历 3 h 。再 生 混凝 土 强度 与 冻 融循环次数关系曲线见图 2 所示 。 冻 融循环 次数 图 2 再 生 混凝土 强度 与冻 融循 环次 数变 化 曲线 Fi g 2 St r e n gt h o f r e c y c l e d a g gr e g a t e c o nc r e t e
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- 高强 再生 骨料 混凝土 配制 性能 研究
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