再生骨料混凝土配合比设计参数研究魏燕燕

再生骨料混凝土配合比设计参数研究魏燕燕

温州信达交通工程试验检测有限公司浙江温州325105

摘要:再生骨料混凝土是指将废混凝土块经过破碎、清洗与分级后,按一定的比例与级配混合形成再生骨料,部分或全部代替砂石等天然骨料配制而成的新的混凝土。对再生混凝土循环利用,是减轻环境负荷压力和作为可持续发展的重要途径。但是与天然骨料混凝土相比,再生骨料配制的混凝土具有需水量大、强度和弹性模量低、收缩徐变大及耐久性较差等特点。为了更好的利用和推广再生混凝土,本文对再生骨料混凝土的配合比进行了设计,并建立了再生骨料混凝土抗压强度公式,导出了劈拉强度与抗折强度之间的回归公式。

关键词:再生骨料;混凝土配合比;设计参数研究

1原材料

1.1再生粗骨料

再生粗骨料以拆除近代混凝土建筑物为主,为工厂化生产,有5~25、5~10mm两种规格,对比天然粗骨料为石灰岩碎石。检测再生粗骨料与天然粗骨料的表观密度、堆积密度、吸水率及压碎值,试验结果见表1。由表1可知,再生粗骨料与天然骨料的表观密度、堆积密度、吸水率有较大差别,再生粗骨料的表观密度、堆积密度均小于天然骨料,吸水率大于天然粗骨料。再生粗骨料的表观密度、堆积密度和吸水率随粒径增大而降低。再生粗骨料的压碎值比天然粗骨料高60.4%,这是由于再生粗骨料表面附着砂浆,强度低且在破碎再生过程中易产生裂隙,在外力作用下,砂浆层易压碎脱落,压碎值增大,比天然粗骨料的抗压碎能力减弱。

1.2细骨料

采用天然砂和再生砂两种细骨料,经筛分试验确定均为中砂,细度模数分别为2.61和2.87。对细骨料进行表观密度试验,天然砂和再生砂的表观密度分别为2610、2428kg/m3。可见,再生砂比天然砂粗,且表观密度较天然砂小。

表1再生粗骨料与天然粗骨料的对比试验结果

1.3水泥

选用P.O42.5普通硅酸盐水泥,主要技术指标,如表2所示,主要性能指标满足相应技术标准要求。

表2水泥主要技术指标

2配合比设计方法

结合再生粗骨料吸水率高的特点,为提高再生骨料混凝土的强度,降低强度变异性,参考普通混凝土配合比设计方法,进行再生骨料混凝土配合比设计研究。配合比研究以充分考虑经济因素为前提,在保证再生混凝土基本性能的条件下,不使用外加剂和掺合料,该方法的设计要点如下:1)再生粗骨料应处于饱和面干状态;2)参照普通混凝土配合比设计方法,计算初始水灰比,确定单位用水量,初选砂率,计算水泥单位用量;3)采用绝对体积法计算再生粗、细骨料的单位用量;4)采用连续级配原则设计再生粗骨料配合比,天然砂与再生砂的掺配比例经试拌确定;5)根据试拌结果,调整水灰比。按照上述方法计算C20再生骨料混凝土配合比,未掺加减水剂和掺合料,设计干稠型再生骨料混凝土,设计坍落度为10~30mm。调试出满足成型要求的5种水灰比,并据此提出5种再生骨料混凝土的配合比方案,见表3。

表3再生骨料混凝土的配合比

3再生骨料混凝土的力学性能研究

3.1抗压强度试验分析

试拌5种配合比的混凝土,测定坍落度并成型再生骨料混凝土试件。首先将再生粗骨料饱水24h,试验前,擦拭再生粗骨料表面水分,使其达到饱和面干状态。试件尺寸为150mm×150mm×150mm立方体标准试件;成型方式为振动成型,振动时间为30s;养护方法为标准养护,温度20℃,相对湿度95%;养护龄期为28d。进行5组不同水灰比的再生骨料混凝土试验,坍落度与抗压强度试验结果见表4。

表4再生骨料混凝土28d抗压强度试验结果

由表4知,水灰比为0.54~0.62时,5种配合比均能达到C20的强度要求,且工作性能良好,说明配合比设计方法合理。对比分析5种配合比试验结果,2#、3#配合比的各项性能指标良好,2#配合比的性价比更优。随着水灰比的增加,再生骨料混凝土的抗压强度呈递减趋势,再生骨料混凝土的水灰比-强度关系与普通混凝土相似,其变化规律遵循Bolomey规则。

3.2干缩性能试验分析

选择2#配合比进行再生骨料混凝土干缩性能试验,试件尺寸为100mm×100mm×400mm,成型方式、养护方法同前,主要仪器为干缩试验箱。干缩性能试验采用千分表测定法,每块标准试件左右两端分别用502胶黏结有机玻璃片,并将千分表固定在收缩仪上,在收缩仪上安放涂有润滑剂的玻璃棒,收缩仪连同试件一起放入干缩室。在试件左右两端各安装2个千分表,分别记为左表1、左表2、右表1、右表2,试验前将千分表头顶到玻璃片上,调至千分表的初始读数为800(0.001mm)。试验共制备2组试件,每组试件6块,标准养护3d后(即试件成型并标准养护的第4天)开始进行早期收缩性试验,试验周期为60d,同时进行C20普通混凝土试件同条件下的收缩性能试验用于比对研究。

分析表5可知,1~7d再生骨料混凝土的体积变化主要表现为膨胀,7d后逐渐开始收缩。再生骨料混凝土1~7d早期体积膨胀速率与普通混凝土的收缩速率基本相同,但7d后两种混凝土均表现为收缩,普通混凝土14~60d收缩应变逐渐减小,体积收缩趋于稳定,而再生骨料混凝土的体积收缩则继续增大,说明再生骨料混凝土需要更长的养护周期。配合比设计中再生粗骨料处于饱和面干状态,而再生砂为风干状态,早期吸水膨胀,水泥水化缓慢,因此再生骨料混凝土早期出现体积膨胀,在这种状态下再生混凝土在水泥水化初期能起到良好的保水作用。但随着后期水泥水化反应的加速和水分的散失,再生骨料混凝土产生较大的干燥收缩量,导致干缩应变增大。

4结语

1)再生粗骨料的表观密度、堆积密度均小于天然骨料,再生粗骨料的吸水率大于天然粗骨料。2)再生骨料混凝土配合比优先设计方法的要点是:再生粗骨料采用饱和面干状态;参照普通混凝土配合比设计方法选用参数与计算用量;采用连续级配原则设计再生粗骨料配比,天然砂与再生砂的掺配比例经试拌确定;根据试拌结果,调整水灰比。3)当水灰比为0.54~0.62,再生骨料混凝土的水灰比-强度关系与普通混凝土相似,遵循Bolomey理论。4)再生骨料混凝土成型后1~7d体积早期膨胀,7d后体积干燥收缩,且收缩应变高于普通混凝土,故应用再生骨料混凝土更应保证有充足的施工养护措施。

参考文献:

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