包容型再生混凝土基本力学性能的试验研究.pdf

全国中文核 心期刊 钎 巍 粉 中 国 科 技 核 心 期 刊 包容型再生混凝士基本力学性能的 试验研究 蒋凤昌 一 ， 周桂香 ， 郭志刚 3姜晔 ， 薛剑胜 ( 1 ． 泰州职业技术学院， 江苏 泰州2 2 5 3 0 0 ； 2 ． 江苏省第 一建筑安装有 限公司博士后科研 工作站 ， 江苏 泰州2 2 5 3 0 0 3 ． 同济大学 土木工程学院， 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘要 ： 基于简化生产工艺、 节省生产成本、 推广工程应用的理念， 直接将破碎的废弃混凝土按一定比例掺入新混凝土中拌制一 种 新型的再生混凝土 ， 称之为包 容型再 生混凝土 。 对制备 的包容型再生混凝土试块进行了轴心抗压强度 、 劈裂抗拉强度和弹性模量 等基本力 学性能 的试验研究 ， 掌握包容型再生混凝土相 对于普通混凝土的基本力学性能变化规律 ， 为包容型再生混凝土 的工程应 用提供参考 。 关键词 ： 包容型再生混凝土； 抗压强度； 劈裂抗拉强度； 弹性模量 中图分 类号 ： X 7 8 1 ． 5 、 T U 5 0 2 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 — 7 0 2 X( 2 0 1 2 ) 0 8 — 0 0 5 9 — 0 3 Ex p e r i m e n t a l s t u d y o n f u n d a me n t a l me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f wa s t e c o n t a i n e d r e c y c l e d c o n c r e t e J I ANG F e n g c h a n g ~ ， Z HOU G u i x i a n g ~ ， GUO Z h i g a n g 3 ， J I ANG Y e ， XU E J i a n s h e ( 1 ． T a i z h o u P o l y t e c h n i c al C o l l e g e ， T a i z h o u 2 25 3 0 0， J i a n g s u， Ch i n a； 2 ． P o s t d o c t o r a l Re s e a r c h S t a t i o n， J i a n g s u No ． 1 C o n s t r u c t i o n a n d I n s t a l l a t i o n Co ．L t d ． ， Ta i z h o u 2 2 5 3 0 0， J i a n g s u ， C h i n a ； 3 ．S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， T o n ~i U n i v e r s i t y , S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n t h e i d e a o f s i mp l i f y i n g t h e w o r k p r o c e s s ， s a v i n g w o r k c o s t a n d p o p u l a r i z i n g e n g i n e e ri n g a p p l i c a t i o n ， a n e w c o n c r e t e i s p r o d u c e d b y d i r e c t l y mi x i n g n e w c o n c r e t e i n a n a p p r o p ria t e p r o p o r t i o n wi t h wa s t e c o n c r e t e c r u s h e d t o a c e r t a i n e x t e n t ． I t S t h e wa s t e c o n t a i n e d r e c y c l e d c o nc r e t e ． Ex p e rime n t al s t u d i e s o n c o n c e n t r i c c o mp r e s s i o n s t r e n g t h， s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h， e l a s t i c mo d u l u s ， a n d o t h e r f u n d a me n t a l me c h a ni c al p r o p e rti e s a r c c a r rie d o u t ．Co mp a r e d wi t h t h a t o f c o mmo n c o n c r e t e， t h e l a w o f t h e s e me c h a n i c a l p r o pe r t i e s i s o b t a i n e d S O a s t o l a y t h e f o u n d a t i o n f o r e n g i ne e rin g a p p l i c a t i o n ． Ke y wo r ds ： wa s t e c o n t a i n e d r e c y c l e d c o n c r e t e： c o mp r e s s i o n s t r e n gth； s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n gth； e l a s t i c mo d u l u s 早在 1 9 4 6 年， 前苏联学者 G l u z h g e [ 】 就研究了用废弃混 凝土制作集料的可能性。随后， 国外的研究主要集中在废弃 混凝土作为再生集料的技术 [2 - 3 ] ，至2 0世纪7 0 年代末， 德 国、 美国、 日 本、 荷兰等发达国家在再生混凝土开发应用方 面发展迅速， 并且制定了相配套的法律法规， 鼓励再生集料 和再生混凝土的应用。近年来， 我国在再生混凝土研究方面 基金项 目： 泰州市科技发展计划项 目( 2 0 1 2 l 8 2 ) ； 江苏省3 3 3高层次人才培养工程基金资助项 目( 2 0 1 2 ) 收稿 日期： 2 0 1 2 — 0 2 — 1 4 作者简介 ： 蒋风 昌， 男 ， 1 9 7 0年生 ， 江 苏泰 州人 ， 博士后 ， 副教授 ， 高级 工程师。地址： 江苏省泰州市迎春东路 8号， E — ma i l ： j f c l 9 7 0 @1 6 3 ．e o m。 亦取得一些成果[ 4 1 。但是在世界范围内， 再生混凝土的工程 应用受到限制， 其主要原因是再生混凝土集料的生产过程繁 琐、 价格昂贵。 本文基于简化制造工艺、 节省生产成本， 以利于推广应用 废弃混凝土回收再利用技术的理念，提出一种新型拌制再生 混凝土的生产工艺： 省略普通再生混凝土集料将砂浆首先从 旧石子表面剥离的处理过程，直接将破碎的废弃混凝土按 一 定比例掺入新混凝土中拌制再生混凝土 ( 称之为包容型 再生混凝土) 。在该理念的指导下， 课题组制作了1 3 8 块包 容型再生混凝土立方体试块，对其配合比设计进行试验研 究， 掌握了水灰比、 砂率和旧料掺入率对包容型混凝土强度 的影响规律。在此基础上， 又拌制了8 6 块包容型再生混凝土 N E W B Ul L DI N G MAT E R I A L S 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 蒋凤昌， 等： 包容型再生混凝土基本力学性能的试验研究 墨 ’研 究 其 轴 心 抗 压 强 度 、劈 裂 抗 拉 强 度 和 弹 性 模 量 等 力 学 3 抗 拉 强 度 试 验 性 隅 1 制备旧料混凝土 为准确掌握试块中掺入废I H 混凝土的强度，首先拌制不 同强度等级的普通混凝土( C 2 0 、 C 3 0 和C 4 0 ) ， 浇筑成条柱形， 养护2 8 d 后截断、 破碎和筛分， 从而制得粒径在2 5 6 3 ． 5 m m 的废弃混凝土旧料。为便于观察试块破坏后旧料混凝土块体 的破坏界面情况， 将旧料块体浸泡在红墨水中将其染成红色， 然后晾干备用。 2 轴心抗压强度试验与讨论 为了 研究旧料混凝土掺量( 按占 包容型再生混凝土总质量 计) 对包容型再生混凝土轴心抗压强度的影响， 取旧料混凝土 强度等级为C 2 0 ， 新料混凝土强度等级为C 4 0 ， 旧料掺量分为 0 、 1 0 ％、 2 0 ％、 3 0 ％、 3 8 ％ 和4 4 ％ 共6 种情况， 限于试验条件， 每 种情况包含2 块试块。 试验采用P 0 4 2 ． 5 水泥、 河砂( 中砂) 、 粒径5 — 2 5 m m的玄武岩碎石、武汉三源牌萘系高效减水剂。 同时研究包容型再生混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强 度之间的关系，试验中在制作棱柱体试块时制作相同配合比 的1 组立方体试块。包容型再生混凝土的轴心抗压强度参照 G B f I 5 0 0 8 1 --2 0 0 2 《 普通混凝土力学 ltNl土 - z日 ~ bg , 试验方法》 进行测试。 试验配合比和抗压强度测试结果见表 1 。 表 1 包容型再生混凝土的配合比和抗压强度 日 料 配合比 ， k g 轴心抗立方体 混凝土 ————————— ■—一压强度 抗压强度厶 掺量／ ％ 水泥 砂水石 减水剂 ／ MP a f JMP a 由 表 1 可见， 随着旧料混凝土的掺量的增大， 混凝土的轴 心抗压强度和立方体抗压强度均呈下降趋势。 当旧料混凝土掺 量在3 0 ％时，混凝土的轴心抗压强度较基准混凝土降低 1 2 ． 6 ％。棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值平均值为 0 ． 7 2 , 与G B 5 0 0 1 0 - - - -2 0 0 2 ( ( 混凝土结构设计规范》 中普通混凝 土的0 ． 7 6 相比偏低5 ． 3 ％。在旧料混凝土掺量为3 0 ％时， 其轴 心抗压强度与立方体抗压强度的比值为0 ． 7 5 ，与G B 5 0 0 l O 一 2 0 0 2 q b 的普通混凝土十分接近。 6 0 新型建筑材料 2 0 1 2 ． 8 参照 G B ／ T 5 0 0 8 1 --2 0 0 2 ( ( 普通混凝土力学性能试验方法 标准》 和D E ft 5 1 5 0 - - 2 0 0 1 《 水工混凝土试验规程》 中所规定 劈裂试验方法间接地测试包容型再生混凝土的抗拉强度， 试 件的尺寸为 1 5 0 m m x l 5 0 m m x l 5 0 m m的标准立方体试块。 在 万能电子压力机上，试块的支座采用钢制方垫条和钢制圆弧 垫条2 种形式( 见图1 ) 进行2 批试验比较。 一 一 ( a ) 方垫条 ( b ) 圆弧垫条 图 1 包容 型再生混凝土劈 裂抗拉强度试验装置 劈裂抗拉强度可按式( 1 ) 计算： ( 1 ) 式中： _一混凝土劈裂抗拉强度， M P a ； 卜试件破坏荷载， N ； A ——试件劈裂面面积， m m 。 第 1 批劈裂抗拉强度试验采用方形钢垫条进行测试， 制 作的包容型再生混凝土立方体试块中旧料混凝土强度等级为 C 3 0 ， 新料混凝土强度等级也为C 3 0 ， 旧料混凝土掺入率量分 别为0 、 1 0 ％、 2 0 ％、 3 0 ％ 、 3 8 ％ 和44％ 共6 种情况，每组包含4 个试块， 其中2 个进行劈裂抗拉强度试验， 2 个做抗压强度试 验， 配合比与表1 相同。试验结果见表2 。 表 2 第 1 批劈裂抗拉强度试验结果 第2 批劈裂抗拉强度试验采用圆弧形钢垫条进行测试， 制作的包容型再生混凝土立方体试块中旧料混凝土强度等级 为C 2 0 和C 3 0 ， 新料混凝土强度等级为C 3 0 ， 旧料混凝土掺入 率分为0 、 2 0 ％和3 0 ％ 共3 种情况， 每组包含6 个试块， 其中3 个劈裂抗拉强度试验， 3 个做抗压强度试验，共计3 0 块试件， 1 O 9 5 4 0 O O 0 0 0 0 & j 墙 " 4 4 4 3 3 3 卯 " 昕 ∞ 3 3 O 9 7 6 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 7 7 7 7 7 7 O O 0 0 。 伽 咖 矾 卯卯 O 9 7 5 3 1 O O O O O O 7 7 7 7 7 7 黔 ∞ 5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 3 3 O加加如粥 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 蒋凤 昌， 等： 包容型再生混凝土基本力学性能的试验研究 配合比与第 1 批试验相同。试验结果见表3 。 - 表 3 第 2批劈裂抗拉强度试验结果 由表2 、 表3 可见， 当采用方形钢垫条时， 所测得的劈裂 抗拉强度总体来说都低于采用圆弧形钢垫条时的劈裂抗拉强 度， 平均偏低约1 5 ％。 2 种方式所得的拉压强度比值在 1 ／ 1 3 左 右， 与普通混凝土的规律相似， 都在1 ／ 9 1 ／ 1 8内。随着旧料混 凝土掺量的增加，包容型再生混凝土的劈裂抗拉强度整体呈 降低趋势， 但总体降幅不大。与基准混凝土相比， 当采用方形 钢垫条时， 其最大降幅为 1 3 ． 0 ％； 当采用圆弧形钢垫条时， 其 最大降幅为8 ． 8 ％。 4 弹性模量试验 在研究包容型再生混凝土弹性模量时，本文试验共设计 制作了8 个棱柱体试块， 其中有6 块为一组， 其配合比为I H 料 混凝土等级C 3 0 ，新料混凝土等级 C 3 0 ，旧料混凝土掺量 3 0 ％。 另外2 块为未掺旧料混凝土的对照组， 用于测试普通混 凝土的弹性模量。这2 种试件的配合比和平均弹性模量测试 结果见表4 。 表 4 试件 的配合 比和弹性模量测试结 果 日 料混凝土 掺量， ％ 配合 比／ k g 平均弹性 g$／ G P a 0 2 8 6 92 4 1 7 5 1 0 01 0 5 ． 1 4 3 4．3 3 0 2 8 6 9 2 4 1 7 5 3 4 8 7 2 0 5 ． 1 4 3 1 ． 0 由表4 可见， 普通混凝土的平均弹性模量为3 4 _ 3 G P a ， 旧 料混凝土掺量为3 0 ％的包容型再生混凝土的平均弹性模量 为3 1 ． 0 G P a 。包容型再生混凝土的弹性模量比 普通混凝土略 低， 大致降低9 ． 6 ％。 5 结语 通过8 6 块包容型再生混凝土试块的试验研究， 进一步掌 握了包容型再生混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模 量， 随着废弃混凝土骨料的入量不同而发生变化的规律， 为包 容型再生混凝土推广应用提供参考。 参考文献： [ 1 ] G l u z h g e P J ． T h e w o r k o f s c i e n t i f i c r e s e a r c h i n s t i t u t e[ c ] ／ ／ Gi d r o t e k h n i d h e s k o y e S t r o i t e F s t v o ． Ru s s i a n， 1 9 4 6 ： 2 7 — 2 8 ． [ 2 】 N i x o n P J ． R e c y c l e d c o n c r e t e a s a n a g g r e g a t e f o r c o n c r e t e - A r e v i e w [ J ] ．Ma t e ri a l s a n d S t r u c t u r e s ， 1 9 7 8 ， 1 1 ( 6 ) ： 3 7 1 — 3 7 8 ． [ 3 ] T o p c u B e k i r l ， G u n c a n F i r a l N ．U s i n g w a s t e c o n c r e t e a s a g g r e g a t e I J J ．C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 7 ) ： 1 3 8 5 — 1 3 9 0 ． [ 4 ] 肖建庄 ．再生混凝土[ M] ． 北京： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 8 ． A ( 上接第 1 O页) 一 种柔性变形量较大的材料， 在热镀锌钢丝网的作用下， 抵 抗外界变形能力强。在外力和温度变形、干湿变形等作用 下， 变形量都比较小， 而且变形后回弹能力强， 有效地保证 了系统的稳定性、 耐久性。同时， 整个外墙外保温系统是一 个柔性渐变、 逐层释放应力的柔性抗裂系统， 具有很好的抗 裂性能。 A C F 无机纤维棉板为A级不燃保温材料 已在北京市西 城区既有建筑节能改造工程中得到了很好的应用 ( 见图6 ) ， 施工面 积达3 0 万m 。 。A C F 无机纤维棉板外墙保温技术是～ 项新型的建筑防火保温技术，既满足了国家建筑节能要求， 又达到了防火安全要求， 具有良好的市场推广前景。 施工中 改造后 图6 施工中与改造后的建筑保温实景 N E W BUI L Dl NG MAT E RI AL S 6l ■■ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m