再生粗骨料级配的分形特征

再生粗骨料级配的分形特征摘要：应用分形理论测定并分析了最大粒径不同时，不同分形维数的粗骨料级配对再生混凝土坍落度以及3,28d抗压、抗折、劈拉强度的影响.结果表明：最大粒径不同时，同一级配分形维数对应的再生混凝土其工作性能及强度性能不同，因此，再生粗骨料的分形维数必须用最大粒径来限定.分形是研究自然界中大量存在的不规则现象的新理论工具，己经广泛应用于图形学、材料学、数学、地质地貌学等众多领域，在描述和评价众多具有统计自相似形的不规则体方面积累了大量的经验.对于再生粗骨料级配的分形现象展开研究，将有利于发现这些不规则对象更深层次的规律性.李国强等分析了级配骨料的分形行为，并推导出了分形级配公式：-（/J-3； -（D-习P（x）=七心-刊;fx100%-Xniux—X-mil式中：P（x）为骨料筛孔通过率，%（质量分数）；xmax为最大筛孔尺寸；xmin为最小筛孔尺寸；D为骨料级配的分形维数.由式（1）可知，不同D值对应不同的级配组成级配分形维数反映了骨料的分布规律，可以作为骨料级配评价参数.1试验结果与分析再生粗骨料的分形维数是一个描述复杂问题的定量参数，它不仅包含了再生粗骨料在空间上的填充能力，还涵盖了再生粗骨料成分组成的变化，因此再生粗骨料的分形维数可定量描述再生粗骨料的性能，能够起到连接再生粗骨料性能与再生混凝土性能之间的桥梁作用，可以成为指导再生混凝土设计的定量指标.按式（1）可得到最大粒径分别为26.5,19mm时，D=2.1,2.3,2.5,2.7的8种级配（见表1）.将再生粗骨料分别按这8种级配配制再生混凝土，配合比m（水泥）:m（水）:m（砂）:m（再生粗骨料）：m（减水剂）均为600:180:548:1165:6,然后分别测试其性能，结果见表2.轰I再生粗骨料的撒配1'刎e1Kftyckdwme零ir辟任graditionCihIpMaxpdflicalFracldldimensioiiiUAccumubtedsieveresidW1%236nun4P75inm9.5mm16mm19rnrn26.5mm3L5jnmAl192.1HJO研，的41.17&1900A2192.310085.7662.7E36.46&W00A3192.5HX*壮.1957.193顷21.X400A4192.710078.09?I.J427.2JJS.4100\i\26.52.]IDO90.5773.10期V4U.4915.960\i226.52.3100辩爪67.854iII35.6111620in26.5Z.5IWK4.22f}2.07辑.5611.400Lt426.51.11WHU.1.455.8526.049.35Q由表2可知：用最大粒径为19mm（A级配）和26.5mm（B级配）的再生粗骨料配制的再生混凝土其坍落度均随D的增大而先增后减，当D=2.5时取得峰值.当D>2.3时，A级配再生混凝土的坍落度大于B级配，这说明对于A级配，再生骨料混凝土的工作性能较优.这是因为D值越大，骨料自密实填充性能越好，则该新拌混凝土的坍落度越大，流动性越好.而对于再生粗骨料而言，虽然D增大，骨料自密实填充性增强，这对提高混凝土拌和物流动性是有利因素，但D增大的同时，粒级较小的骨料比例增大，废旧水泥砂浆的含量也增多，从而导致再生骨料的吸水率增大，这会降低混凝土拌和物的流动性，是不利因素.因此在这两种因素作用下，再生骨料混凝土的坍落度表现为随D值增大而先增后减.表2再生混凝土的14能指标Ishlf2IY耳）crtiisof『峥miicrelsS]uiii|t/niinFlexii「hIstMPaCgpEt知Ifslrrripllii1'MPaSplitslr^n^lli/MPa3.1 2BJill2HilIdZMAI1冉1581..42见一明49.502.751201源5.65璀42.n54.It3.51J.MA31905.7442.9157.4B3.77"I1155.卯挪45.5657.S33.7QinJ755.041.2136.9946.062.563.1-1艮1船5.327.JS441.9951.722.913.1!9廉137孺」E52JI3.22J.00B417056044.JO55.193.343.76由表2还可知：最大粒径不同时，同一再生粗骨料级配分形维数对应的再生混凝土性能不同，因此，粗骨料的分形维数必须用最大粒径来限定.一般当最大粒径较小时，其再生混凝土性能较优：A级配再生混凝土的早期和后期强度均大于B级配，如：D=2.5时，A级配再生混凝土的28d抗压强度为57.48MPa,比B级配再生混凝土高5.07MPa.因此，对于再生混凝土的强度性能，A级配也较优，即分形维数相同时，最大粒径较小的再生骨料级配较优.这一点与高强混凝土的性能规律是一致的，即一般情况下，增加骨料粒径对高强混凝土的力学性能起反作用.并且，最大粒径较小的再生骨料级配中，粒级较小的骨料比例增大，废旧水泥砂浆的含量也增多，因而再生骨料的吸水率增大，这在配合比不变的前提下，相当于再生混凝土中有效的水胶比随着最大粒径的减小而减小，所以最大粒径较小的再生混凝土其强度应较高.同样道理，一般情况下,分形维数越大，骨料密实填充性能越好，相当于再生混凝土中有效的水胶比随着分形维数的增大而减小，所以再生混凝土的强度应该随着分形维数的增大而增大.由表2还可以看出，再生混凝土的早期强度及其后期抗折、抗压强度随分形维数变化的规律性类似，均随D增大而增大.但是，当D从2.5变化2.7时，无论再生骨料的最大粒径是19mm还是26.5mm,再生混凝土后期劈拉强度均有所下降.这说明：再生混凝土后期劈拉强度用再生粗骨料级配分形维数来评价的精度不高.这可能是因为分形维数D越大，再生粗骨料的表面结构也更粗糙，而再生粗骨料表面的粗糙结构对于早期再生混凝土的劈拉强度影响显著；但是到了后期，当再生粗骨料和水泥浆体间的化学反应开始起作用时，再生粗骨料表面结构对再生混凝土强度的作用可能减少.结合表1,2可知：只有当D=2.1时，再生粗骨料的级配才基本符合3结论骨料级配的分形维数越大，骨料自密实填充性能越好，则混凝土的坍落度越大、流动性越好，但由于再生骨料含有大量废旧水泥砂浆，所以混凝土的坍落度是随分形维数的增大而先增后减.最大粒径不同时，同一再生粗骨料级配分形维数对应的再生混凝土性能不同,因此，粗骨料的分形维数必须用最大粒径来限定.对于再生混凝