【摘 要】 對(duì)再生骨料混凝土27 組立方體試件和5 組棱柱體試件進(jìn)行了試驗(yàn),主要研究了再生骨料混凝土的水灰比與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系,以及立方體抗壓強(qiáng)度與棱柱體抗壓強(qiáng)度和彈性模量之間的換算關(guān)系。結(jié)果表明:相對(duì)于普通混凝土,再生骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度和彈性模量有所降低,但棱柱體抗壓強(qiáng)度略為升高。
【關(guān)鍵詞】 再生骨料混凝土;立方體抗壓強(qiáng)度;彈性模量
【中圖分類(lèi)號(hào)】TU528.041【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】 1001 - 6864(2008) 02 - 0004 - 030
前言
近年來(lái),隨著建筑業(yè)高速的發(fā)展,許多廢舊混凝土建筑物和構(gòu)筑物被拆除,隨之產(chǎn)生了大量的廢棄混凝土。傳統(tǒng)的廢棄混凝土處理方式既沒(méi)有做到資源的合理利用,又污染了環(huán)境。將廢棄混凝土塊經(jīng)過(guò)加工、破碎、分級(jí)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(chēng)為再生骨料混凝土。再生骨料混凝土技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)廢棄混凝土的有效回收利用,對(duì)于保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、發(fā)展生態(tài)建筑具有重要意義。
近年來(lái),國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域進(jìn)行了一系列的研究,再生骨料混凝土技術(shù)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(duì)再生骨料混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度、棱柱體抗壓強(qiáng)度、彈性模量進(jìn)行了研究,但其再生骨料為不同取代率,而且骨料的來(lái)源均不同。本文在試驗(yàn)的基礎(chǔ)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(qiáng)度的關(guān)系,以及抗壓強(qiáng)度與棱柱體和彈性模量之間的關(guān)系,豐富了再生骨料混凝土材料領(lǐng)域研究。
1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.1 試驗(yàn)原材料
本試驗(yàn)水泥采用江南水泥廠出產(chǎn)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(qū)住宅樓廢舊梁人工破碎而成,水為普通自來(lái)水。粗骨料的基本性能見(jiàn)表1 所示。
1.2 再生骨料混凝土配合比
本試驗(yàn)配置了C20、C25、C30、C35 及C40 五種強(qiáng)度的再生骨料混凝土,砂率均為0.37 ,采用蔣業(yè)浩[5 ] 建議的配合比進(jìn)行試配,根據(jù)JGJ55 - 2000《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》最終確定再生骨料混凝土的配合比。混凝土的最終配合比見(jiàn)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(cè)定其彈性模量和軸心抗壓強(qiáng)度。
2 試驗(yàn)現(xiàn)象
2.1 立方體試塊破壞形態(tài)
加載初期,再生骨料混凝土試塊表面未發(fā)現(xiàn)有裂縫出現(xiàn)。隨著荷載的增大,試塊內(nèi)的應(yīng)力不斷增加。試塊中開(kāi)始出現(xiàn)垂直裂縫。起初出現(xiàn)的垂直裂縫靠近試塊的側(cè)表層,隨著荷載的繼續(xù)增加,新的垂直裂縫逐漸向里發(fā)展,并且原來(lái)的裂縫寬度不斷擴(kuò)大,表面混凝土開(kāi)始外鼓、剝落。最終的破壞形態(tài)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(tài)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(shí)也有少許天然粗骨料斷裂情況,因在廢舊混凝土破碎過(guò)程時(shí),骨料砂漿本身就產(chǎn)生了較多的微裂縫,且有較多的粉塵,導(dǎo)致在原始砂漿與新砂漿膠結(jié)面處形成薄弱層[6 ] 。
2.2 棱柱體試塊破壞形態(tài)
加載初期,再生骨料混凝土棱柱體試件表面未發(fā)現(xiàn)有裂縫出現(xiàn)。隨著施加荷載逐漸的增大,再生骨料混凝土棱柱體試件內(nèi)的應(yīng)力不斷增加,試件開(kāi)始出現(xiàn)裂縫。初始出現(xiàn)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(xù)增加,裂縫數(shù)量逐漸增加,并且原來(lái)的裂縫寬度不斷擴(kuò)大,裂縫沿斜向往上、下端兩端發(fā)展至加載面處轉(zhuǎn)向試件角部,表面的再生骨料混凝土開(kāi)始外鼓、剝落。試驗(yàn)表明,隨著再生骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的增加,再生骨料混凝土棱柱體的延性越來(lái)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(huì)出現(xiàn)破壞,表現(xiàn)出脆性,并且再生骨料混凝土骨料也出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。由此可以看出,再生骨料混凝土骨料的強(qiáng)度對(duì)再生骨料混凝土強(qiáng)度有一定的影響,
3 試驗(yàn)結(jié)果及分析
3.1 立方體抗壓強(qiáng)度
試驗(yàn)測(cè)定了再生骨料混凝土立方體28d 抗壓強(qiáng)度。圖1為在砂率為0.37 情況下,再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度與水灰比的關(guān)系。從圖中可以看出,抗壓強(qiáng)度基本隨著水灰比的減小而不斷增大,較好地符合線(xiàn)性關(guān)系。再生骨料混凝土28d齡期抗壓強(qiáng)度( f cu ) 與水泥實(shí)際強(qiáng)度( f ce ) 及水灰比( WPC) 之間的關(guān)系可以寫(xiě)成普通混凝土經(jīng)驗(yàn)公式的形式:
通過(guò)數(shù)據(jù)回歸,再生骨料回歸系數(shù)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(xiàn)[ 5 ]中A= 0.47 ,B = 0.71。在相同的水灰比及水泥強(qiáng)度條件下,28d齡期抗壓強(qiáng)度再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)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(jié)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(qiáng)度的下降。而與文獻(xiàn)[5 ]中回歸公式相比較,抗壓強(qiáng)度要小于7 %。由此可見(jiàn),再生骨料混凝土骨料來(lái)源不同,對(duì)再生骨料混凝土強(qiáng)度也有較大影響。
3.2 棱柱體抗壓強(qiáng)度
試驗(yàn)設(shè)計(jì)了5 組棱柱體試件,每組3 個(gè)試件,分別測(cè)定C20、C25、C30、C35 和C40 的棱柱體抗壓強(qiáng)度。同時(shí)分別對(duì)應(yīng)澆筑了5 組立方體試塊,每組3 個(gè)試件,測(cè)定其抗壓強(qiáng)度。
從圖2 可以看出再生骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度與棱柱體抗壓強(qiáng)度成線(xiàn)性關(guān)系,這與普通混凝土類(lèi)似結(jié)果。與本課題其他組試驗(yàn)結(jié)果相比較,試驗(yàn)結(jié)果相差6 % ,主要是由于再生粗骨料來(lái)源不同造成的。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3 ,從表中可以看出棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值變化較小,借鑒普通混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系,可以得到再生骨料混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系:
而規(guī)范規(guī)定普通混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度關(guān)系:
從以上數(shù)據(jù)分析可知,當(dāng)再生骨料取代率為100 % ,混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C40 時(shí),再生骨料混凝土兩種強(qiáng)度指標(biāo)間的換算在0.73～0.81 之間,且再生骨料混凝土棱柱體強(qiáng)度比普通混凝土棱柱體強(qiáng)度高出約為2.6 %。由于試驗(yàn)中所做試件還不夠多,所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)還具有一定的離散性。但許多研究機(jī)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果均表明:相同立方體抗壓強(qiáng)度條件下,再生骨料混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度比普通混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度有所增加。
3.3 彈性模量
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,得到再生骨料混凝土彈性模量與抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系如圖3 所示。
從圖中可以看出,隨著抗壓強(qiáng)度的增加,彈性模量也增加,這與普通混凝土相同,但是線(xiàn)性關(guān)系不是很明顯。試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表4。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸,得到再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度與彈性模量的關(guān)系為:
對(duì)普通混凝土彈性模量與立方體抗壓強(qiáng)度關(guān)系:
從表4 可以看出,相對(duì)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(duì)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(xué)者也得出了類(lèi)似結(jié)果[7 ,8 ]
4 結(jié)語(yǔ)
(1) 再生骨料混凝土28d 齡期抗壓強(qiáng)度和水灰比有著良好線(xiàn)性關(guān)系,抗壓強(qiáng)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(qiáng)度低于普通混凝土。
(2) 再生骨料混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體強(qiáng)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(lái)源不同及數(shù)據(jù)的離散性,再生骨料混凝土強(qiáng)度指標(biāo)還需大量試驗(yàn)研究。
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