建筑垃圾再生骨料混凝土力学性能试验研究

1、建筑垃圾再生骨料混凝土力学性能试验研究    摘要：完成了六种不同替代率的再生骨料混凝土的试验来验证替代率对混凝土强度的影响，提出了再生骨料混凝土最佳配合比的建议。分别讨论了再生骨料混凝土的抗压强度、应力-应变全曲线和弹性模量等力学性能。试验表明当替代率为50%时，再生骨料混凝土的各项性能指标较稳定；抗压强度与普通混凝土相比有所降低；应力-应变全曲线形状和特点与普通混凝土相似；弹性模量随着替代率的增加逐渐减小。通过分析得到了再生骨料混凝土的性能能够满足规范要求，为建筑垃圾再生骨料混凝土在实际的工程应用提供参考依据。 关键词：再生骨料混凝土； 配合比；抗压

2、强度； 弹性模量 1.引言 据统计，2005年以来我国建筑业每年产生的建筑垃圾均超过4亿吨，占到了城市垃圾的30%40%1。仅2008年发生的汶川大地震产生的建筑垃圾就达到约3亿吨2。建筑垃圾通常采用露天堆放或填埋方式处理，因此需要占用大面积的耕地而致使其破坏，并且处理费用与运费较高 3。另一方面，大量新建工程对天然骨料砂石有大量需求，造成资源的过度开采、生态环境的日益恶化 4。如何寻找砂石骨料的替代品，如何利用废旧混凝土，维护混凝土材料的可持续发展，已成为混凝土科学的热点研究课题。废弃混凝土循环再利用可解决其导致的资源、能源、环境及相关社会问题，缓解骨料供求矛盾,具有显著的社会效益、经济效益

3、和环境效益，是环境保护与可持续发展战略的迫切需求3。 再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC) 也叫再生混凝土(Recycled Concrete,RC) ,它是指将废弃混凝土块经过清洗、破碎、筛分与分级预处理后,按一定的比例与级配混合形成再生骨料(Recycled Aggregate ,RA)一般指再生粗骨料（Recycled Coarse Aggregate,RCA）;部分或全部代替天然骨料(主要是粗骨料) 配制而成新的混凝土。再生骨料混凝土技术可实现对建筑垃圾里的废弃混凝土、新建过程中产生的废弃混凝土的再加工利用,使其恢复原有的性能,重新回到新建混

4、凝土内,达到建筑工程混凝土循环的零排放，从而使有限的资源得到保护,解决了日益严峻的环保问题。欧洲、美国和日本等发达国家对废弃混凝土的再利用研究的较早5 ,对再生骨料生产、加工、预处理、分级以及再生混凝土基本性能的进行了系统的研究,制定出相应的规范规程，已有成功的应用的例子国内建筑垃圾再生骨料混凝土研究起步较晚，并且各地混凝土自身存在区别，虽然一些专家学者进行了一定的基础性研究,个别地区也制定了地方标准，公路上也有应用，但目前再生混凝土在建筑上的应用不多，为了尽快让再生混凝土投入生产，本研究采用商品混凝土制造厂提供的C40配合比，按配置再生混凝土试块，研究其替代率分别为0%、30%、50%、70

5、%、100%时，再生混凝土的工作性能，系统研究3d、7d、14d、28d、60d的立方体抗压强度、弹性模量、标准养护及自然养护下的收缩变形以及全应力应变曲线。为再生骨料混凝土的迅速推广应用做基础，为地方规程的制定提供背景支持6。 2.实验设计 2.1.实验原材料 本实验水泥采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用级粉煤灰，其他原材料分别为TH-2高效减水剂,碎石，细度模数为2.82中粗砂，自来水。再生粗骨料为多批强度等级不等的混凝土试块，采用小型锷式破碎机进行破碎，其物理性能指标见下表1。 试验结果表明：再生粗骨料的表观密度和堆积密度略小于天然粗骨料，吸水率较高，含泥量较大，压碎指标远

6、大于天然粗骨料。其原因在于再生粗骨料表面不同程度的附着了未除尽的砂浆。但仍能基本满足普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法中对粗骨料的要求。 2.2 配合比 由于再生骨料具有较高的吸水率，在拌制混凝土过程，根据参考文献按再生骨料40分钟吸水率作为附加用水量(表中水*)，材料配比见表2： 2.3 试件的浇筑与养护 所有混凝土拌合物均由一台容量为50 L 的搅拌机拌制而成。投料顺序为首先加入砂和水泥和粉煤灰, 再加入粗骨料, 最后加入水,水加到70%时均匀加入减水剂，搅拌35 min 后测其坍落度（坍落度1）, 加入附加用水量再测其坍落度（坍落度2），各组混凝土的坍落度试验结果见表3。坍落度试验

7、完毕后将混凝土拌合物注入钢模, 24 h 后拆模, 立即放入养护室, 在标准条件进行养护至一定龄期后(3d、7d、14d、28 d) 取出进行试验。除部分骨料为天然骨料的试块是人工拌制外，其它试件均为一批浇筑完成。 2.4 试验方法 抗压强度试件为100mm×100mm×100mm立方体试块, 采用连续均匀加载；轴心抗压强度、典型应力-应变全曲线和弹性模量试件为150mm×150mm×300mm 棱柱体试块, 试验均按照GB/T500812002 普通混凝土力学性能试验方法进行。 3.试验结果 3.1和易性 从图1中可以看出，相同用水量的情况下,再生混凝

8、土的坍落度随着替代率的增加而减小,流动性变差,但不是线性变化，与减水剂的添加量和时间有一定关系，而与附加水的加入时间关系不大。减水剂的加入有利于提高再生混凝土坍落度及实际施工应用。和天然骨料混凝土相比，再生混凝土的保水性和粘聚性随替代率的增加有所增强，主要原因在于再生骨料孔隙率大使其吸水率大、粒状棱角较多、粒形粗糙，增大了再生混凝土拌合物的摩阻力。试验证明，减水剂的添加方法控制得当，再生混凝土的和易性能够满足工程施工要求67。 3.2立方体抗压强度与轴心抗压强度 在试验过程中可以看到，在不同的替代率下，再生混凝土立方体试块的破坏形态为首先中部外围混凝土发 生剥落，一般为再生骨料与水泥石之间界面

9、的破坏，最终形成倒锥形，与普通混凝土的最终破坏形态相似。再生混凝土的立方体抗压强度与普通混凝土相比有所降低，如图2所示。究其原因主要在于再生粗骨料中天然粗骨料与老砂浆之间以及再生粗骨料与新砂浆之间存在薄弱界面8，并且再生粗骨料的空隙率较高，使试块在承受轴向应力时容易产生应力集中现象，另外水灰比因附加水而提高、骨料级配、再生骨料来源也是其中的原因。再生混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度规律相似。 由下图2可以看出：再生混凝土各龄期下不同替代率的立方体抗压强度差别很小，虽低于同龄期的普通混凝土，但均能满足规范要求。28天立方体抗压强度较普通混凝土大致降低11.23%14.05%，60天立方体抗压强

10、度较普通混凝土大致降低6.49%9.23%，不同替代率的再生混凝土立方体抗压强度随着龄期增长，与普通混凝土的差别逐渐缩小。 由图3可以看出：当替代率为50%时，再生混凝土后期的立方体抗压强度与普通混凝土差别很小，28天和60天的差幅分别为11.23%和6.49%，针对此替代率将做进一步深入研究而为工程应用提供参考。笔者试验还表明再生混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度之比，即fc/fcu=0.800.88之间，与规范中普通混凝土的fc/fcu=0.67相比有所提高。 3.3典型应力-应变全曲线 图4给出的为通过150mm×150mm×300mm棱柱体试验所得的不同替代率时再

11、生混凝土的典型应力-应变全曲线。再生骨料替代率对再生混凝土应力-应变曲线形状影响不大，与普通混凝土基本相似，都存在上升阶段和下降阶段，且上升阶段和下降阶段的斜率要比普通混凝土大，也有比例极限点、临界应力点、峰值点，但反弯点和收敛点不是很明显6。通过曲线分析，相同应变下再生混凝土的应力值比普通混凝土要小，替代率越高，这种趋势越明显，原因主要在于再生粗骨料中天然粗骨料与老砂浆之间以及再生粗骨料与新砂浆之间存在薄弱界面，导致受压性能降低。相同应力下，再生混凝土的应变在上升阶段比普通混凝土大，而在下降阶段比普通混凝土小，这也是与再生混凝土的受压性能降低有关。    

12、60;3.4弹性模量 再生混凝土的弹性模量反映了其受力后的应力-应变性质。图5是在28d龄期时不同替代率再生混凝土的弹性模量曲线。在同强度等级配合比下，再生混凝土较普通混凝土的弹性模量小，并随着替代率的增加，弹性模量逐渐降低，当替代率为100%时降幅为 13%。主要原因在于再生混凝土立方体抗压强度较低，同时再生粗骨料中含有水泥石以及再生粗骨料中天然粗骨料与老砂浆之间以及再生粗骨料与新砂浆之间存在薄弱界面，在是再生混凝土同压力下变形较大。 3.5收缩 混凝土收缩是指混凝土在空气中凝结或硬化过程中出现的体积缩小的现象，为混凝土的一项长期性能。为了更接近工程实际，本试验对不同替代率下再生骨料混凝土在

13、自然养护条件下的收缩性能进行了量测，图6为不同替代率下再生混凝土的收缩率曲线。 由图6可看出，再生混凝土的收缩率在凝结初期，收缩率比较大，随着龄期的增长，收缩率逐渐减小，这与普通混凝土的收缩 发展趋势一致，但不同替代率下再生混凝土的收缩率比普通混凝土的收缩率大，这主要是因为再生骨料本身弹性模量较低，孔隙率高，同时为了保证再生混凝土的工作性能而加入的附加水提高了水灰比导致了再生混凝土的干缩较大的原因。 4结论 （1）再生粗骨料的表观密度比天然骨料小，但差别不大，其他物理性能指标与天然骨料差别较大，但仍能满足规范要求。再生混凝土的和易性在减水剂控制得当情况下可以满足工程实际需要。 （2）再生混凝土各龄期下不同替代率的立方体抗压强度差别不大，但均低于同龄期的普通混凝土。主要原因在于再生粗骨料自身性能比天然骨料差，同时再生混凝土中骨料与水泥浆之间的粘结比普通混凝土有所不同，同时与水灰比、骨料级配和骨料来源等因素也有关系。 （3）不同替代率下再生骨料混凝土的典型应力-应变全曲线的形状和特点与普通混凝土基本相似，但上升曲线和下降曲线较普通混凝土陡，表明再生混凝土的材质较脆。再生混凝土弹性模量随替代率增大有所降低，表明同强度再生混凝土随替代率增大，相同