地震废弃混凝土再生粗骨料物理力学性能试验研究.pdf
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1、第 3 7卷第 2期 2 0 1 1 年 4月 四川建 筑科学研究 S i c h u a n Bu i l d i n g S c i e n c e 1 8 7 地震废弃混凝土再生粗骨料物理力学性能试验研究 邱慈长, 王清远, 赵 晓, 陈 舸 ( 四川大学建筑与环境学院, 四川 成都6 1 0 0 6 5 ) 摘要 : 再生混凝土粗骨料性能对再生混凝土的物理和力学性能影响很大, 很有必要进行科学试验研究。通过对都江堰地震 废弃混凝 土再生粗 骨料 的宏 观性 能试 验研究和微观结构形貌分析 , 得到 了再生 混凝土粗骨料 各宏观特 性及相互关 系 , 以及微 观结构缺陷对宏观性能的影响。
2、分析得出了砂浆含量高和不可忽略微裂纹多是再生混凝土粗骨料区别普通粗骨料的本质特 征 , 从而为灾区再生混凝土粗骨料 的实 际应用提供 了理论 和试 验依据 。 关键 词 : 再生混凝土粗骨料 ; 宏 观性 能; 微观结构 ; 微 裂纹 中图分类 号 : T U 5 2 8 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 81 9 3 3 【 2 0 1 1 ) 0 21 8 7一 O 5 Ex p e r i me n t r e s e a r c h o n p h y s i c a l a n d m e c h a n i c a l pr o p e r t i e s o f r
3、e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e o f e a r t h q u a ke wa s t e c o nc r e t e Q I U C i c h a n g , WA N G Q i n g y u a n , Z HA 0 X i a o , C H E N G e ( T h e C o rt e g e o f A r c h i t e c t u r e a n d E n v i r o n m e n t , S i c h u a n U n i v e r s i t y , C h e n g d u 6 1
4、0 0 6 5 , C h i n a ) Ab s t r a c t : I t i s n e c e s s a r y t o c o n d u c t s c i e n t i fi c e x p e ri me n t s o n p e rf o r ma n c e o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e f o r i t s g r e a t e f f e c t s o n t h e p h y s i c a l a n d me c h a n i c a l p r o p e rt i e
5、s o f r e c y c l e d e o a F s e a g g r e g a t e e o n e r e t e B y e x p e H me n t a l r e s e a r c h o n r e c y c l e d e o a l e a g gre g a t e ma d e o f e a r t h q u a k e w a s t e c o n c r e t e f r o m D u j i a n g y a n ,t h e m a c r o p r o p e r t i e s a n d t h e i r r e l a
6、 t i o n s h i p s a r e a t t a i n e d ,a n d t h e mi c r o c r a e k s c h a r a c t e r i s t i c s a t e g o R e n t h r o u g h r n i c r o s t r u e t u r e mo r p h o l o g y a n aly s i s Mo r e o v e r , t h e p a p e r d i s c u s s e s t h e r e l a t i o n s h i p s b e t w e e n t h e
7、 ma c r o pr op e rti e s a n d t h e mi c r o fla wI t c o n c l ud e d t ha t h i g h mo r t a r c o n t en t a nd mi c r o c r a c k s wh i c h s ho u l d n o t b e o v e r l o o k e d a r c t he e s s e n t i a l p r o p e i e s o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e c o a r s e a g g r e g a
8、 t e, t h e n t h e r e s u l t ma y b e i n f o r ma t i o n f o r p r a c t i c a l a p p l i e a t i o n o f r e c y c l e d c o n c r e t e c o a r s e a g g r e g a t e i n t he e a h qu a k e a r e a Ke y wo r ds: r e c yc l e d c o a r s e a g g r e ga t e c o n c r e t e; ma c r o s c o p i
9、c p r o p e rti e s; mi c r o s t r u c t u re ; mi c r o - c r a c k s 0 引 言 汶川地震 中, 房屋倒塌及后期拆除产生大量 的 建筑废物, 对建筑废物的堆积和处理是 一项 巨大 的 工程, 需要 占用很大的土地资源和消耗相当数量 的 人力物力。在灾区重建过程 中, 除地基填土会消耗 部分建筑废物外 , 大部分还是堆 积待处理。据有关 调查统计显示 : 四川地震总共建筑废物量为 3 8 X 1 0 t ,如果能够利用这部分资源制成满足工程要 求的再生混凝土粗骨料 ( R e c y c l e d A g g r e g
10、 a t e ,R A) , 这不仅解决了灾 区重建 中建筑材料紧缺的问题 , 而 且美化了灾区的建筑环境。因此 , 对灾 区建筑废物 进行资源化利用 , 其经济效益 、 环境效益和社会效益 突出 。 收稿 日期 : 2 0 0 9 - 1 0 - 1 9 作者简介 : 邱慈长( 1 9 8 5一), 男 , 江西 吉安人 , 硕 士研究 生 , 主要从 事 再生混凝土研究。 基金项 目: 教育部创新 团队项 目( I R T 0 6 4 0 ) E ma i l : q i u y e 8 5 21 s i n a c o rn 卵石 和碎石等建筑资源是不可再生资源 , 其总 量是有限的,
11、而且大量开采卵石和碎石对环境的破 坏性大, 不利于我国可持续发展。再生骨料的利用 在很大程度上解决 了这个 问题 , 推进 了可持续发展 的步伐。我国近年对再生混凝土已经进行 了大量的 研究 , 但与发达国家相 比, 还处在试验研究 阶段 , 还 有许多问题有待解决 , 需要进一步的试验研究 和工 程试点来实现全面运用。 目前 , 在都江堰灾区已成 功利用再生砌块砌体建立了 2栋示范房屋 1 - 4 。 本文以都江堰震后建筑废物再生混凝土粗骨料 作为研究对象 , 从宏观和微观两个方面对再生混凝 土粗骨料进行试验研究 , 通过对 比分析试验结果 , 总 结了再生粗骨料的一些基本规律 。 1 试验
12、方法 从都江堰灾 区的建筑废物中提取废混凝土块, 经颚式石料破碎机破碎成粒径不 大于 3 1 5 I n l T l 的 骨料 , 用 5 I B m分筛将骨料筛分为 5 3 1 5 l n ln的粗 骨料和小于 5 m m的细骨料。由于再生细骨料 的性 1 8 8 四川建筑科学研究 第3 7卷 能差异大 , 本试验仅对再生混凝土粗骨料的性能 进行试验分析。 宏观方面 , 参照 G B 1 4 6 8 5 2 0 0 1 建筑用卵石 、 碎石 研究 了再生混凝 土粗骨料 的外形特征、 针片 状含量、 级配、 密度 、 吸水率 、 含沙率等特性和再生混 凝土的抗压强度 ; 微观方面, 用超声波清
13、洗器对试样 表面进行清洗 , 分析试样 S E M图的微观结构形貌。 2 试验结果分析与讨论 2 1 再生混凝土粗骨料的宏观性能 2 1 1 级配 级配的优劣关系到混凝土拌合物的流动 、 离析、 泌水性能 , 以及硬化混凝土的强度和耐久性。对普 通粗骨料 ( N a t u r a l A g g r e g a t e , N A) 和再 生混凝 土粗 骨料进行筛分, 结果如图 1 所示 。 图 1 再生粗骨料与天然骨料的级配 曲线 F i g 1 Gr a d i n g c u r v e s o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t
14、 e a n d nat u r a l a g gr e ga t e 从图 1 可 以看出, 自然状态下 R A的级配满足 级配连续性的要求 , 与 N A有较好的相似性 , 且都落 在规范 限定的区域 , 说明在普通机械破碎过程中 能够获得满足级配要求 的再生粗骨料。图中小于 5 i b m的细骨料来源是 由于在筛分过程中, 附着在石 子表面的砂浆脱落和破碎骨料裂缝周边的小颗粒脱 落。从本试验看 , 粒径为 9 5 mm的颗粒最多, 占试 样总质量的 3 4 , 与赵军 的试验结果有所差别, 这是因为 R A级配与原混凝土的配合 比、 骨料类型 和来源等有关。 2 1 2针 片状颗粒含
15、量 粗骨料中针片状颗粒是指粗集料颗粒的最大长 度( 或宽度) 方 向与最小厚度( 或直径) 的比值大于 3 0的颗粒。其 含量过多 , 会降低混凝 土的和易性 和耐久性等工作性能。试验测得 R A的针片状颗粒 含量为 6 5 , 满足 G B 1 4 6 8 52 0 0 1 建筑用卵石、 碎石 , 其形状对再生混凝土的工作性和强度不会 有很明显的影响。颗粒级配与针片状含量关系见表 1 。从表 1 可以看出 , 再生粗骨料针片状颗粒主要是 集中在 4 7 51 6 m m, 且以片状颗粒为主。 表 1 颗粒级配与针片状含量关系 Ta b l e 1 Re l a t i o n s h i p
16、 b e t we e n t h e p a r tic l e s i z e d i s t r i b u t i o n a nd t hefla ke 级配 mm 4 7 59 5 9 51 6 百分比 6 7 7 8 l 6一l 9 1 92 6 5 2 6 53 1 5 3 1 5 4 9 5 9 无 无 2 1 3 密度 同天然砂石骨料相比, 再生骨料表面还包裹着 相当数量的水泥砂浆 , 表面粗糙 , 棱角较多。由于水 泥砂浆孔隙率大、 吸水率高 , 再加上混凝土块在解 体、 破碎过程中由于损伤积累使再生骨料 内部存在 大量微裂纹 , 从而导致再生骨料的密度和表观密度 比普通
17、骨料低 。表观密度与颗粒级配 的关 系曲线, 如图 2所示。 4 7 5 - 9 5 9 5 一 l 6 1 6 - 1 9 1 9 - 2 6 5 2 6 5 31 5 粒 mm 图 2 表观密度与颗粒级 配的关 系曲线 F i g 2 Ra l a ti o n s h i p o f b u l k d e n s i t y a n d p a r t i de s i z e s t Hb u fi o n 由图 2可以看 出, 在 4 7 53 1 5 mm范围 内, 由于天然骨料各级配 中成分稳定, 级配对其表观密 度的影响较小。相反 , R A表观密度一般随粒径增 大而增长。这
18、是 由于, R A 由密度大的天然骨料 和 密度小的砂浆体组成, 小级配中的砂浆颗粒多、 孔隙 大 , 而在大颗粒中, 砂浆则主要以粘结砂浆形式附着 在天然骨料表面 , 占的比例相对较少。因此 , 级配对 再生混凝土粗骨料的表观密度影响较大 , 可 以通过 调整级配来 提高 R A的表观 密度。此外 , 图中 C 5 0 的密度在各级配中都大于 C 3 0的密度 。这是 因为, R A的表观密度还与原生混凝土的强度等级有关, 强度越高, 骨料越密实 , 表观密度越大。 2 1 4吸水 率 R A的吸水率高是一个不争 的事实 , 已被众多 的试验研究者证实 。本试验测得 N A的吸水率 仅为 0
19、 8 7 , 而 R A的吸水 率为 2 9 5 , 这主要是 由于 R A中砂浆含量高、 孔隙率较大以及破碎微裂 纹分布广等因素所致。 由于级配小的再生混凝土粗骨料砂浆块体含量 高、 比表面积大、 质地松脆, 使得 R A的吸水率随着 0 0 0 O O D 0 D 瑚 姗 姗 姗 撇 一 姗 一 c 硼 矗 兽 龆霞 吣 印 加 加 0 、 褂摇 磺 邱慈长 , 等: 地震废弃混凝土再生粗骨料物理力学性能试验研究 l 8 9 骨料粒径的减小而增加 , 试验结果 如图 3所示。此 外 , 比较 图 中 C 3 0 一 R A 和 C 5 0 一 R A 的 吸水 率 发 现 , 用 相同天然
20、骨料浇筑 的原生混凝 土强度越高 , 则再生 粗骨料 的吸水率越低 。这是 因为, 原生混凝土强度 高 , 破碎时产生的损伤裂纹少 以及高强混凝土 内部 结构密实、 空隙率低 。与李坤 _ 6 等人的试验结果 比 较可知 , 粗骨料 的吸水率 与原混凝 土的级配 、 配合 比、 强度及施工质量 、 来源等因素有关。 图 3再生租 骨料各 级配的吸水率 F i g 3 W a t e r a b s o r p t i o n o f d i ffe r e n t g r a d u a t i o n 2 1 5压碎 指标 压碎指标值反映 了集料抵抗压碎的能力 , 试验 测得再生粗骨料的压碎
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