再生粗骨料取代率对混凝土抗压强度的影响

1、第9卷第3期 建 筑 材 料 学 报 V01.9,No.3 2006年6月 JOURNAL oF BUlLDING MATERIALS Jun.,2006文章编号:10079629(200603029705再生粗骨料取代率对混凝土抗压强度的影响李佳彬, 肖建庄, 黄健(同济大学建筑工程系,上海200092摘要:通过试验室条件下371块立方体试块抗压强度试验,研究了再生粗骨料取代率分 别为0,30%,50%,100%(质量分数的混凝土抗压强度的变异特性及概率分布特征.基 于试验数据,得到了不同再生粗骨料取代率混凝土抗压强度的均值、方差和变异系数;采 用正态分布模型对再生混凝土抗压强度的分布进行了

2、检验;利用MonteCarlo模拟方法 对根据试验结果得到的分布规律进行了进一步验证.研究结果表明,再生混凝土抗压强度 的变异系数与普通混凝土差别不大;可以用正态分布模型描述再生混凝土抗压强度的概 率分布.最后根据统计分析和贝叶斯估计结果,建议了C30再生混凝土抗压强度的标准 差取值.关键词:再生混凝土;抗压强度;变异特征;概率分布中图分类号:TU528.041文献标识码:AInfluence of Recycled Coarse Aggregate Replacement Percentages on Compressive Strength of ConcreteL1Jiabin,XIAO

3、 Jianzhuang,HUANG Jian(Department of Building Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,ChinaAbstract:In this paper 371cube specimens of recycled aggregate concrete with 0,30%,50%and 100%recycled coarse aggregate replacement percentages were fabricated and tested under labora toryconditions.And

4、then the mean values,the standard deviations as well as the coefficients of variation of compressive strength were calculated.Normal model was used to describe the distri butions for the compressive strength;and the Monte-Carlo simulation technique was performed tO study the suitability of the distr

5、ibution for the compressive strength.It is found that the statisti cal properties for the compressive strength of recycled aggregate concrete do not differ greatly from that of normal concrete.Finally,based on the statistical analysis and the results of Bayes estimations,the standard deviations for

6、the compressive strength of C30recycled aggregate con crete are proposed.Key words:recycled aggregate concrete; compressive strength;variation chara亡teristics;proba bility distribution再生混凝土技术具有显著的社会、环境和经济效益,通常被认为是发展绿色生态混凝土的主要收稿Et期:2005一0418;修订日期:2005一06一06基金项目:上海市科学技术委员会资助项目(02DZl2104作者简介:李佳彬(1978,男

7、,河北献县人,同济大学硕士。通讯联系人.298建筑材料学报 第9卷措施之一1.近年来,我国许多专家学者开始关注该领域的研究,并取得了一些重要成果2.但是总 体而言,许多方面的研究尚有待进一步展开.混凝土抗压强度的统计参数(均值i标准差和变异系 数和概率分布是混凝土结构可靠性分析与安全性评价的基础.对于再生混凝土而言,由于再生粗 骨料的随机性与变异性较天然粗骨料大,其抗压强度统计特征可能与普通混凝土有所差异.本文以 C30混凝土为研究对象,研究了试验室条件下不同再生粗骨料取代率再生混凝土抗压强度的变异 特性和概率分布规律,并建议了C30再生混凝土抗压强度标准差的取值.1试验设计1.1试验原材料与

8、配合比水泥为海螺牌32.5R普通硅酸盐水泥;砂为普通黄砂;天然粗骨料为连续级配的碎石;再生粗 骨料由某机场跑道同一路段废弃混凝土加工而成,质量较为均匀,其基本性能详见文献31.共设计了4种再生粗骨料取代率(r,质量分数:0,30%,50%和100%,各混凝土的设计强度 等级均为C30.再生混凝土的配合比设计考虑了再生粗骨料较高吸水性能,用有效水灰比(质量比 进行调整H,即混凝土的用水量由两部分组成:一部分是按照普通混凝土配合比设计方法计算出的 用水量,称为拌和水(mixing water,这部分水用来完成水泥的水化反应;另一部分称作附加水(ad ditional water,其作用是为了补偿再

9、生粗骨料的吸水量,这部分水不参加水泥的水化反应,其用量 根据再生粗骨料的自然干燥吸水率(或者称为有效吸水率确定.同时,为了使再生混凝土达到与普 通混凝土相近的抗压强度,对再生混凝土的有效水灰比进行了调整.本文采用的再生混凝土的配合 比为以往试验中得到的优化配合比4,详见表1.表1再生混凝土的配合比及其坍落度Table 1Mix proportions and slumps of recycled aggregate concreteRC一00.430430555l 295RC一300.3930474523855RC一500.3950474511596RC一1000.3510052946901.

10、2混凝土的制作与养护混凝土拌和物的搅拌采用容量为50L的搅拌机完成,搅拌完毕后立即测其坍落度,坍落度数 值见表1.之后将混凝土拌和物注入尺寸为100mmX i00mmX i00mm的钢模,在振动台上振动 成型,2024h后拆模,然后送入养护室,在标准条件下养护至28d取出进行试验.共制作了371块试块,其中r=O的试块75块,r一30%的试块100块,r一50%的试块98块,r=100%的试块98块.所有试块均为同一批浇注完成.1.3试验设备与试验方法试验设备为长春产YE一2000型万能材料试验机,最大荷载为2000kN.试验按照普通混凝 土力学性能试验方法标准(GB/T 50081-2002

11、进行.2试验结果及分析2.1抗压强度试验结果直方图各组混凝土试块抗压强度(已考虑了尺寸换算系数0.95分布的直方图见图1(其中:竹i为抗压 强度区间Di上的数据个数.根据直方图可以初步认为各再生粗骨料取代率下再生混凝土的抗压第3期 李佳彬等:再生粗骨料取代率对混凝土抗压强度的影响 299强度服从正态分布.3l 3335373941434547Compressive strength/MPaCompressive sUength/MPa 图1再生混凝土抗压强度分布的直方图Fig.1Histograms for the distribution of compressive strength of

12、 recyeled aggregate concrete2.2抗压强度的统计参数根据文献5计算出各组混凝土试块抗压强度的统计参数,包括抗压强度中位值7。,抗压强 度fc。的均值p,cu、标准差盯,cu、变异系数啦。,见表2.表2各组再生混凝土试块抗压强度的统计参数Table 2Statistical parameters for the compressive strength of recycled aggregate concrete由表2可见,与普通混凝土相比,各再生粗骨料取代率下再生混凝土抗压强度的变异系数差别 不大,表明再生粗骨料含量对再生混凝土抗压强度的变异性影响不大.2.3抗压强

13、度的概率分布特征检验假设各组混凝土抗压强度服从正态分布,结合表2中各组混凝土试块抗压强度的统计参数,本 文用Pearson z2拟合优度检验法6进行检验.对于正态分布模型,原假设为H。:fc。N(p,矿. 表3给出了再生骨料取代率r一100%时的检验过程(其中:Pi为Di上的概率;咒为总数据个数, 表4给出了各组混凝土抗压强度分布的检验结果.表3r=100%再生混凝土抗压强度正态分布矿检验计算表Table 3酽test for the normal distribution of compressive strength of recycled aggregate concrete(,=100

14、%由表4的检验结果可以得出:在显著性水平a一0.05时,不能拒绝原假设,即可认为各再生粗 骨料取代率下混凝土的抗压强度服从正态分布.2.4抗压强度分布的随机模拟为了进一步考察正态分布模型对于描述再生混凝土抗压强度概率分布特征的适用性,采用300建筑材料学报 第9卷 MonteCarlo方法71对各再生粗骨料取代率下再生混凝土抗压强度分布进行了模拟,步骤如下:首先生成一组(1000个介于0到1的随机数r。(概率,然后令式(1中的概率函数F(xi分 别等于%据此可求出每一个抗压强度zi,从而实现再生混凝土抗压强度的MonteCarlo随机模 拟.F(x。一I,(zdx (1. ” , c 。 1厂

15、z2两e 2弓cu 式中:厂(z为混凝土抗压强度的概率密度函数. 模拟结果与试验结果的对比如图2所示.由图2可见,模拟结果与试验结果吻合良好,表明可 以用正态分布模型来描述再生混凝土抗压强度的概率分布特征.图2再生混凝土抗压强度分布模拟结果与试验结果对比Fig.2Comparisons between experimental and simulated results ofcompressive strength for recycled aggregate concrete3C30再生混凝土抗压强度标准差的取值建议第3期 李佳彬等:再生粗骨料取代率对混凝土抗压强度的影响 301用Bayes

16、估计方法曲1对C30再生混凝土抗压强度的标准差进行了估计.在进行参数的Bayes估计 之前,必须知道待估参数的先验分布.文献E4的试验结果表明,中低强度再生混凝土的破坏机制与 普通混凝土基本相同,因此可认为采用C30普通混凝土抗压强度标准差的分布规律作为再生混凝 土抗压强度标准差的先验分布是合理的.为了获得C30普通混凝土抗压强度标准差的分布规律, 笔者对1980年以来大量混凝土预制厂的C30普通混凝土抗压强度试验结果进行了统计分析,详 见文献9.统计结果表明:C30普通混凝土抗压强度标准差服从正态分布,概率密度函数丌(盯为 咖,一去e一等 式中:标准差盯的均值/1。一4.31MPa,标准差6

17、r的标准差6r,一1.1141MPa.根据上述分析,取再生混凝土抗压强度的概率密度函数为壹“,1,z.f(x I盯一(而1e一丁 (4 故再生混凝土抗压强度标准差的后验分布为加m一(去一e掣去e一等 采用最大后验估计方法,即通过求(5式的极值点得到C30再生混凝土抗压强度标准差的 Bayes估计值,计算结果详见表5.由表5可见,不同再生粗骨料取代率下混凝土 抗压强度标准差的估计结果有一定的差异,但是考 虑到混凝土搅拌站可能的实际情况以及与C30普 通混凝土相衔接,本文建议C30再生混凝土抗压强 度标准差也取为5.o MPa,即与C30普通混凝土相 同.值得注意的是,这个结果仅适用于再生粗骨料来

18、 源相同且质量较为均匀的情况.对于再生粗骨料来 表5C30再生混凝土抗压强度标准差的Bayes估计结果 Table 5Estimation results for the standard deviation of the compressive strength for C30recycled aggregate concrete源不同的情况,需要增大该值n 0I,这有待于进一步研究.4结论与建议 、再生粗骨料取代率对混凝土抗压强度的变异系数影响不大,各再生粗骨料取代率下混凝土抗 压强度的变异系数均与普通混凝土接近;当显著性水平a一0.05时,可以用正态分布模型描述各再 生粗骨料取代率下混凝土抗压强度的概率分布规律;C30再生混凝土抗压强度的标准差可以取为 5.0MPa;对于再生粗骨料来源不同及性能差异较大的情况,有待于进一步研究.参考文献:孙振平,谭国强,王新友.再生混凝土技术J.混凝土,1998,(5:3640.肖建庄,李佳彬,兰 阳.再生混凝土技术研究最新进展与评述口.混凝土,2003,(10:1720,57.李佳彬,肖建庄,孙振平.再生粗骨料基本特性及其对混凝土性能的影响J.建筑材料学报,2004,7(4:390一395.肖建庄,李佳彬,孙振平,等.再生混凝土抗压强度研究J.同济大学学报