陶瓷细骨料再生混凝土抗压强度试验研究.pdf
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1、2 0 1 3年 第 4期 (总 第 2 8 2期 ) Nu mb e r 4 i n2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M AT ERI AL AND AD NI CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 3 0 4 0 1 6 陶瓷细骨料再生混凝土抗压强度试验研究 陆盛武 。曾志兴 ( I 广西生态工程职业技术学院 建筑工程系,广西 柳州 5 4 5 0 0 3 ;2 华侨大学 土木工程学院 ,福建 泉州 3 6 2 0 2 1 ) 摘
2、要 : 研究了以建筑废弃陶瓷为再生细集料取代天然河砂生产混凝土时取代率对再生混凝土抗拉 、 抗压强度的影响。 通过试 验 , 初步得出了再生混凝土立方体抗压强度、 劈裂抗拉强度与细骨料取代率的关系。 试验表明, 再生混凝土的抗压强度 、 劈裂抗拉 强度与普通混凝土没有明显区别。 试验还表明, 再生混凝土抗压强度与抗拉强度之间的换算与普通混凝土不同。 建立了再生混凝 土抗压强度随陶瓷取代率变化的关系式 ; 引入取代率 R, 提出了劈裂抗拉强度与抗压强度 、 R之间的强度指标换算关系。 关键词: 再生混凝土;再生细集料 ;混凝土强度;取代率;陶瓷 中图分类号: T U 5 2 8 0 4 1 文献
3、标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 5 6 0 5 E x p e r i me n t a l s t u d y o n t h e c ompr e s s i v e st r e n g t h o f r e c y c l e d c on c r e t e u s i n g w a s t e c e r a m i c a s f i n e a gg r e ga t e LUS he n g- wu , ZENG Zh i - x i n g ( 1 E c o l o g i c a l E n g i
4、 n e e r i n g P r o f e s s i o n a l T e c h n o l o g y I n s t i t u t e o f G u a n g x i , L i u z h o u 5 4 5 0 0 3 , Ch i n a ; 2 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e ri n g , Hu a q i a o Un i v e r s i t y, Q u a n z h o u 3 6 2 0 2 1 , C h i n a ) Ab st r a c t : T h e e ff e c t s o n
5、r a ti o t h a t c e r a mi c fi n e a g g r e g a t e ins tea d o f s a n d t o the t e n s i l e , c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f r e c y c l e d c o n c r e t e u s i n g wa s t e c e r am i c a s f me a g g r e g a t e wa s s tudi e d Th r o u g h the t e s t , the r e s u l t s of t h
6、 e r e l a t i o ns h i p o f c u b e c o mp r e s s i ve s t r e n g t h, s pl i t t i ng t e n s i l e s tre n g t h o f r e c yc l e d c o n c r e t e an d fi ne a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a t i o we r e o b t a i n e d R s h o we d tha t the d i ffe r e n c e s of the c o mp r e s
7、s i v e s tre n g t h, s p l i t t i n g t e n s i l e s tre n g t h b e t we e n r e c y c l e d c o n c r e t e an d no r ma l c o nc r e t e we r e n o o b v i ou s Th e r e s u l t s a l s o i n dic a t e d that t h e c o n - v e r s i o n r e l a t i o n s hi p be tw e e n the c o mp r e s s i
8、v e s tre ng t h a nd the t e ns i l e s tre ng t h o f r e c y c l e d c o n c r e te wa s d i ffe r e n t f r o m o r dina r y c o nc r e t e A f o rm u l a o n the c o n ve rsi o n b y c o mp r e s s i v e s tre n g t h to t e n s i l e s tre n g t h o f r e c y c l e d c o nc r e wa s e s t a b
9、l i s h e dI n a d dit i o n, i n tro d uc i ng the s ub - s t i t u t i o n r a t e R, a c o n v e r s i o n f o rm u l a am o n g t he s pl i tti n g t e ns i l e s e n g t h, c o mp r e s s i ve s tre ng t h o fthe r e c y c l e d c o n c r e te a n d s u bs t i tut i o n r a t eo fthe c e r a mi
10、 cfine a g gre g a t eWas p u tf o r wa r d K e yw o r d s : r e c y c l e d c o n c r e t e ; r e c y c l e da g g r e g a t e ; c o n c r e t e s tr e n g t h ; s u b s t i tut i o n r a t e ; c e r a mi c 0 引言 城市建筑垃圾资源化处理是 目前世界众多 国家环境 保护和可持续发展战略目标之一。 利用建筑垃圾作为循环 再生骨料( 简称再生骨料 ) , 是发展生态绿色混凝土 , 实现 建筑
11、资源环境 可持续 发展 的主要措施之一 。 目前 , 各 国学 者对 以废弃混凝土作 为再 生粗 骨料混凝土进行 了较好 的 全面的研究 。 相 比较而言 , 再生细骨料混凝 土的研究还 比 较少。 对于同样作为建筑垃圾 的建筑 陶瓷的再利用更是少 得可怜 。 中国是一个陶瓷生产大国, 随着社会经济及陶瓷工业的 快速发展, 陶瓷工业废料 日 益增多。 据统计, 废弃陶瓷占陶瓷 产量的 3 0 左右 , 我国仅墙地砖生产每年就产生 4 5 万多 t 生坯废品, 烧成废品更多, 达 6 9 万 t , 我国陶瓷废料年产量 估计在 4 5 0 0 万 t 左右 。 从目前来看, 以废弃陶瓷为骨料生产
12、再生混凝土的研 收稿 日期 :2 0 1 2 1 0 1 4 基金项 目:福建省高等学校新世纪优秀人才支持计划项 目( 0 7 F J R C 0 5 ) 5 6 究 国内外开展得 比较少 , 仍缺乏相关数据的积累 , 曾志兴 等人进行 了以废弃 陶瓷为粗骨料生产再生混凝土的研究。 发现再生陶瓷混凝土质量密度、 劈裂强度、 弯曲强度、 弹性 模量与抗压强度之间存在 良好的关系 , 与原生混凝土相 比, 基本趋势一致 。 从 国外的一些研究成果看 , 用陶瓷作骨料代 替原生骨料制造 出的混凝土 , 在许多方面优于基准混凝土 性 能。 本课题研究的 目的在于通过对陶瓷细骨料再生混凝 土基本力学性能
13、 的试 验研究 , 探索用陶瓷代替砂做细骨料 配置混凝土的可行性 , 解决建筑废弃陶瓷的处理问题 , 减轻 建筑废弃物占地和对环境的污染 , 减少人们对 自然资源的 过度开采 。 1 试验设计 1 1 试验原材料 陶瓷为福建泉州市磁灶镇某陶瓷厂生产的陶瓷废品 ; 粗骨料为粒径 5 2 0 m m的连续级配的天然碎石, 天然细骨 料砂为 天然河砂 , 细度模数 为 2 4 4 , 含水率 为 1 9 5 , 质量 满足 J G J 5 2 -2 0 0 6 普通混凝土用砂、 石质量及检验方法标 准 , 再生细骨料为破碎处理后制得 的陶瓷再 生细骨料 , 细 度模数为 2 9 4 , 吸水率为 5
14、 2 , 表观密度为 2 3 2 7 k g m3 , 堆 积密度为 1 1 5 3 k g m3 , 空隙率 ( 紧 ) 为 5 4 2 4 , 压碎 指标 为 7 5 2 ; z k 泥采用泉州某水泥厂生产 的 P 0 4 2 5 级水泥 ; 水 为本地 自来水。 1 2配 合 比 I 试验中, 普通混凝土的配合比根据 J G J 5 5 -2 o o o 7 5 时 , 早期强度 有所提高, 这主要是因为再生细骨料吸水率比天然砂大, 大 量的再生细骨料吸收了较多的水分, 导致水灰比变急剧小, 从而增强再生细骨料和水泥浆的结合能力 , 提高再生混凝 土的抗压强度 ; 另外, 当取代率在 2
15、 5 以内时, 再生混凝土 2 8 d抗压强度不但没有降低, 反而有所提高 , 当R = 5 0 时 2 8 d 强度值跟没有掺加陶瓷细骨料的混凝土强度值相比, 并没有明显 的变化 。 当取代率 5 0 时 , 强度值有所 降低 。 5 7 3 9 矗3 7 3 5 3 3 营 3 l 弩2 9 卜 2 7 2 5 0 2 5 5 O 7 5 l 0 0 取代率 , ( b ) 取 代 翠R ( c ) 图 1 陶瓷细骨料取代率与抗压强度的关系 一 般而言, 混凝土抗压强度与其水灰 比之间存在着较为 密切的关系。 目 前 , 我国一般采用式( 2 ) 所示的改进 B o l o me y 公式
16、来描述混凝土的抗压强度与水胶比之间的关 系。 该公 式认为 , 混凝土的抗压强度与水胶 比倒数之间的关系为线 性关系 。 D 矗, 一 ( 1 ) , h , b L J D 式中 : 水胶 比倒数 ; 胶凝材料( 水泥与矿物掺合料按使用比例混合) 2 8 d 胶砂强度 , MP a ; 试验方法应按现行 国家标 准G B T 1 7 6 7 1 ( 泥胶记 虽 度检验方法( I S O法) 执行 , 在本试验中f = 5 1 1 MP a ; 0 、 经验系数, 与骨料、 水泥的品种等因素有 关。 根据 J G J 5 5 2 0 1 1 普通混凝土配合 比设计规程 , 粗骨料为碎石时, 、
17、 可 分别取为 0 5 3 , a b = O 2 ; 粗骨料为卵石 时 , 0 4 9 , a b = O 1 3 。 为进一步分析取代率与再生混凝土强度 的关 系 , 我们 引入取代率 y , 通过 回归分析 , 得到相关陛相对较高的公式 : 厶 ( 一 0 0 7 0 0 1 8 y + 1 , 0 ( 2 ) 式中 ,。 某一配合比的取代率为 0的混凝土强度值 , MPa ; 该式 R 2 = 0 5 2 , 这说明取代率与混凝土强度相关眭一般。 58 2 3 2 取代率对再生混凝土劈裂抗拉强度 的影响 图 2为再 生混凝土的 2 8 d 劈裂抗拉强度 随再生细骨 料取代率的变化 曲线
18、 。 取 代翠 , 图2 陶瓷细骨料取代率与劈裂抗拉强度的关系 从图 2中可以看出, 各水灰 比下 , 当细骨料取代率从 0 增大到 2 5 时, 混凝土劈裂强度均有不 同程度的增强 。 W C 为 0 5 4 、 0 5 9 、 0 6 4的再生混凝 土 的劈 裂抗 拉强度分 别为 R = 0的混凝土劈 裂抗拉强度的 1 0 3 、 1 0 1 和 1 0 2 ; 当取 代率大于 2 5 时 , 三种水灰比的混凝土强度均随着取代率 的提高而逐渐下 降。 而 当取代率为 1 0 0 时 , 上面三种水灰 比的再生混凝土的劈裂抗拉强度分别为R = 0的混凝土劈 裂抗拉强度 的 1 0 0 、 9
19、 6 4 、 9 6 。 由此可见 , 陶瓷细骨料取 代率对混凝土劈裂抗拉强度没有 明显的影响。 当取代率适 量时 , 反而对混凝 土劈裂抗拉强度产生有利的影响。 这主 要是 因为水灰 比较高时 , 再生混凝土劈裂抗拉强度主要 由 水泥浆体强度 以及水泥浆体与粗骨料的黏结强度决定 , 而 由于水泥浆体 主要 由细骨料 、 水泥 、 水组成 , 如果用适量 陶 瓷细骨料取代河砂 , 由于陶瓷细骨料棱角较河砂的多 , 这势 必会增强水泥浆体与粗骨料的黏结强度。 因此 , 用陶瓷细骨 料适量取代河砂的再生混凝 土劈裂抗拉强度会高于 同水 灰比的普通混凝土。 但是, 由于细骨料棱角多, 比表面积大,
20、当超过一定量的取代率后, 理应增加水泥用量 , 而在不增 加水泥用量的情况下其强度就会随着取代量的增大而减小。 2 4 再生混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度之间的 关 系 G B 5 0 0 1 0 - - 2 0 1 0 ( 混凝土结构设计规范 给出了普通混 凝土劈裂抗拉强度 与 抗压强度之间的换算关系式为 : A= o 1 ( 3 ) 本试验测得的再生混凝土抗 压强度 和劈裂抗拉强 度 的试验结果见图 3 , 参照 G B T 5 0 0 8 1 普通混凝土力 学性能试验标准 有关规定转化为标准试场的强度后它们 的关系见图 3 。 M P a 图 3 再生混凝土立方体抗压强度与抗劈裂强度的关系
21、 ” 嚼 口n 钉 们 ” B d =、 隈 坦 髻 N 从图 3中可以看 出, 再生混凝土 的劈裂抗拉强度与抗 压强度之间的关系尽管存在一定程度的离散性 , 但总趋势 是劈裂抗拉强度随着抗压强度的增大而增大 , 这与普通混 凝土是一致的。 另外, 利用式( 3 ) 计算出的结果与实测值相 差较大利用 , 说明 混凝土结构设计规范 给出的公式对 陶 瓷再生混凝土不适用。 为找出劈裂抗拉强度与抗压强度、 取代率 R之间的关系, 我们引入取代率尺, 采用下式所示的回归模式进行回归, 即: 后= 0 ( 4 ) 将试验数据按式( 4 ) 进行统计 回归 , 得 : A- o 3 2 】 枷 ( 5
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