承重墙用再生混凝土空心砌块的配合比设计.pdf

全 国中文核心期刊 杆 鲤 建巍 中 国 科 技 核 心 期 刊 承重墙用再生混凝士空心砌块的 配合比设计 李丹， 王汝恒 ， 陶俊林， 刘洋 ( 西南科技大学 土木工程与建筑 学院， 四 1 I绵阳6 2 1 0 1 0 ) 摘要： 利用废弃混凝土加工成的再生骨料制成承重墙用再生混凝土空心砌块。通过正交试验研究再生混凝土砌块配合比中水 灰比、 再生粗骨料取代率、 再生细骨料取代率 3 个主要因素对其抗压强度的影响规律。试验结果表明， 对于多排孔再生混凝土小型 空心砌块， 选取合适 的配合 比， 强度等级可以达 到 MU1 0 0 ， 可作为承重砌块使用。通过试 验优化 再生混凝 土砌块 的配合 比， 可为承 重墙用再生混凝 土砌块生产和推广提供 依据 。 关键词： 再生混凝土空心砌块； 抗压强度； 配合比； 粗骨料取代率； 细骨料取代率 中图分类号： T U 5 2 2 3 + 4 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 3 6 0 4 S t u d y o n mi x e d p r o p o r t i o n d e s i g n o f r e c y c l e d c o n c r e t e l o a d - b e a r i n g h o l l o w b l o c k s L I Da n ， WANG Ru h e n g， T A0 J u n l i n， L I U Y a n g ( S c h o o l o f C i v i l En g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ， S o u t h we s t Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y， Mi a n y a n g 6 21 01 0 ， S i c h u a n， C h i na ) Ab s t r a c t ： T h i s p a p e r e n g a g e d i n t h e i n v e s t i g a t i o n o n t h e l o a d - b e a ri n g h o l l o w b ，l o c k s d e r iv e d f r o m wa s t e c o n c r e t e T he i n flu - e n c e r u l e o f t h e t h r e e ma i n f a c t o r s( wa t e r c e me n t r a t i o ， r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e s r e p l a c e me n t r a t i o ， r e c y c l e d fi n e a g g r e g a t e s r e p l a c e me n t r a t i o ) o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h wa s s t ud i e d t h r o u Ig h t h e o h o g o n a l t e s t Th e e x p e rime n t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t i f t h e s e l e c t io n o f mi x e d p r o po r t i o n i s p r o p e r ， t h e r e c y c l e d c o n c r e t e mu l t i - r o w b l o c k s c a n b e u s e d t o ma k e b e a r i n g wa l l a nd i t s c o mp r e s s i v e s t r e n g t h c a n r e a c h t o MUI O 0 O p t i m u m o f mi x t u r e p r o p o rt i o n o t r e c y c l e d c o n c r e t e b l o c k s i s d e t e r mi n e d b y t e s t s a n d t h e f o u n d a t i o n t o p r o d u c e a n d p o p u l a r i z e t h e r e c y c l e d c o n c r e t e l o a d b e a rin g h o l l o w b l o c k s wa s p r o v i d e d Ke y wo r d s ： r e c y c l e d c o n c r e t e h o l l o w b l o c k s ； c o m p r e s s i v e s t r e n g t h ； m i x e d p r o p o rt i o n ； r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e s r e p l a c e me n t r a - t i o ； r e c y c l e d fin e a g g r e g a t e s r e p l a c e me n t r a t i o O 引言 近年来， 世界各地相继发生较大规模地震， 地震损毁的建 筑不计其数， 建筑废弃混凝土的处理需要花费大量人力物力， 还会破坏生态环境。2 0 0 8 年 5 月1 2日， 四川汶川发生的8 0 级地震， 造成了大量人员伤亡和经济损失， 大量的建筑损毁， 产生超过4 亿t 建筑废弃物 11 。 在灾后重建中 需要 大量的 建筑材料，如 果将损毁的房屋 建筑加工成再生混凝土材料加以利用，不仅会节约大量的资 基金项 目： 四川省科技厅项 目( 0 9 z s 2 1 0 5 ) ； 西南科技大学博士研究基金项 目( 0 9 z x 7 1 2 8 ) 收稿 日期； 2 0 1 1 - 1 0 0 8 作者简介： 李丹， 男， 1 9 7 5 年， 四川德阳人， 讲师， 研究方向： 材料和结 构的力学行 为分析 。E ma i h d a n l i s w u s t e d u a n 。 3 6 新型建筑材料 2 0 1 2 1 源， 而且会减少环境压力。 再生骨料密度比 天然骨料小， 保温、 隔声性能比较好， 因此用于生产再生混凝土砌块比较合理。 目 前，国内外学者已经展开对再生混凝土空心砌块的材料和结 构性能研究。肖建庄等2 - 3 1 对再生混凝土小型空心砌块材料和 结构性能的研究表明， 合理配比设计制成的再生混凝土砌块， 可应用于承重构件中， 满足工程应用要求， 并于2 0 0 4年在上 海市成功设计建造了2 层再生混凝土空心砌块砌体试点房 屋。 丁帅和孙伟民 踟 研究了再生混凝土粗骨料掺量为7 5 的 再生混凝土小型空心砌块块材及砌体的抗剪、抗压等力学性 能，结果表明再生混凝土小型空心砌块的强度等级可以达到 M U 7 5 。 白国良等嘲 通过正交试验研究再生混凝土砌块配合比 中4 个主要因素对其抗压强度的影响规律，对于单排孔再生 混凝土小型空心砌块， 若配合比选取合适， 强度等级可以达到 M U 5 0 。上述学者研究的再生混凝土空心砌块强度等级均在 M U 7 5 或以下。本文将不同取代率的再生粗细骨料应用于承 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李丹， 等： 承重墙用再生混凝土空心砌块的配合比设计 重墙用空心砌块， 通过正交配合比试验， 研究水灰比、 再生粗 骨料取代率及再生细骨料取代率对再生混凝土砌块抗压强度 的影响规律， 并得出 强度值较大的取代率方案， 其强度等级可 达到M U I O 0 ， 可作为承重砌块使用。 1 原材料 ( 1 ) 试件用混凝土拌合及养护用水为自来水； ( 2 ) 水泥采用四川双马水泥股份有限公司产4 2 5级复合 硅酸盐水泥； ( 3 ) 天然中砂， 细度模数为2 7 ； ( 4 ) 天然粗骨料， 取自绵阳涪江流域的小卵石， 经破碎后 得到； ( 5 ) 再生粗骨料、 再生细骨料来源于绵阳市西南科技大学 的 废弃建筑物拆迁。 所用粗骨料和细骨料是经破碎机破碎筛分所得，其中再 生粗骨料的粒径为5 1 0 m ， 再生细骨料粒径为0 1 6 5 m m 。 再生骨料加工过程中应多次筛分尽量充分利用材料，第 1 次 破碎之后会出现一部分粒径大于 1 0 m m的大粒径骨料， 应将 此类骨料反复破碎， 最终完全破碎成 1 0 m m以下的骨料。废 弃混凝土块在破碎过程中首先被破碎的是其中的胶凝材料和 大粒径粗骨料。 第 1 次破碎筛分得到的再生细骨料较多， 得到 的再生粗骨料大部分为水泥砂浆， 该部分粗骨料强度较低， 细 骨料含粉量较重； 第2 次破碎筛分以后得到的再生粗、 细骨料 强度较高， 主要成分是废弃混凝土中破碎后的粗骨料。 粗骨料 破碎筛分后要用水冲洗， 去掉其中的 泥土与粉尘后 使用。 骨料 的基本性能见表 1 。 表 1 骨料 的主要性能指标 骨料名称 中砂 再生细骨料 天然粗骨料 再生粗骨料 2 再生混凝土空心砌块配合比设计 目前尚无再生混凝土配合比设计的标准公式，许建荣和 王瑜嘲 、 单维生和陈素华7 1 等对混凝土空心砌块配合比设计做 过相关研究， 本文参考J G J 5 5 2 o 0 0 普通混凝土配合比设计 规程 、 D G T J 0 8 2 0 1 8 -2 0 0 7 再生混凝土应用技术规程 以 及文献 6 】 所做混凝土空心砌块配合比设计经验公式进行设 计。 2 1 空心砌块母体混凝土配料强度设计 设计按照1 i n 混凝土材料用量进行计算， 得到初步配合 比。 文献【 6 设计混凝土空心砌块配合比强度等级为M U 7 5 ， 空 心率为5 0 ， 砌块规格为3 9 0 m m x l 9 0 m m 1 9 0 m m ， 外壁厚度 为2 4 m m， 这些因素与本文实验条件比较接近， 并且其配合比 设计公式中考虑因素较完善，所以本文参照其中公式进行配 合比设计。 空心砌块母体混凝土配料强度设计网 ： ，0 =R b , D H M ( 1 D+ 6 6 ( 1 ) 式中： ， c _ 一 空心砌块母体混凝土配料强度， M P a ； R L空心砌块设计强度， M P a ； 成型工艺系数； 一 空心砌块空心率， ； 一 养护条件系数； 一 体型系数； 一 空心率影响强度的调整系数。 因混凝土空心砌块设计强度为 1 0 0 M P a ， 空心率4 3 5 ， 试验采用振动加压成型， 养护条件为自然养护， 参照文献 6 ， 公式( 1 ) 中的参数取值为： R = 1 0 0 M P a ， D = I 1 ， E = 4 3 5 ， = 1 - 3 ， K = I 1 5 ， M = I 1 2 ， 计算得 ，0 = 3 9 2 MP a 。 2 2 计算水泥用量 m e = ( 0 0 3 2 2 蕊 ，0 ) m ( 0 4 6 x f ) ( 2 ) 式中： m 一 单位水泥用量， ； 一 水泥取用强度， M P a ； 丘， 。 _ _ _ 一混凝土配料强度， M P a ； m 一 单位用水量， k 譬 。 试验采用 4 2 5级水泥, L- - 4 2 5 M P a , f ， 0 = 3 9 2 M P a ， = 1 8 5 k 鼬计算得m c = 3 8 3 9 k g ， 水灰比0 4 8 。 2 3 计算砂率 0 2 1 5 + 0 3 m Jm o - 0 0 1 V ff 6 D - - 8 一 ( 3 ) 式中： D 一粗骨料最大粒径， m m 。 当D 小于 l 3 3 3 m m时， 不考虑最大粒径对砂率的影响， 仅考虑水灰比对砂率的影响。由式( 3 ) 计算得砂率 3 , = 3 5 9 。 2 4 计算粗细骨料用量 假定每立方米混凝土质量 2 4 0 0 k g ， 中砂质量 m = ( 2 4 0 0 一 m 。 一 ， x 3 6 8 ， 计算得中砂的质量为 6 5 7 4 k g ， 粗骨料质量 1 1 5 7 - 3 。 经计算， 每立方米混凝土材料用量为： 水泥3 8 3 9 k g ， 水 1 8 5 0 k g ， 砂6 5 7 4 k g ， 碎石1 1 5 7 3 k g ， 理论配合比 为m ( 水泥) ： m ( 水) ：m ( 砂) ：m ( 石) = 1 ：0 4 8 ： 1 7 1 ：3 0 6 。在此理论配合比 基础 上进行再生混凝土多层空心砌块抗压强度影响因素的研究。 再生粗细骨料取代率取3 0 、 5 0 、 7 0 、 1 0 0 4 个水平， 水 N E W BUI L DI NG MAT E RI Ak S 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李丹， 等： 承重墙用再生混凝土空心砌块的配合比设计 灰比为0 3 5 、 0 4 0 、 0 4 5 、 0 5 0 ，得到3 因素4 水平正交试验表 ( 见表2 ) 。 表 2 正交试验方案及结果 注： 括号内为取代率 。 3 再生混凝土空心砌块试件制作 再生混凝土空心砌块在福建省卓越鸿昌建材装备股份有 限公司生产的Q T 9 1 5型砌块成型机上制作完成。砌块尺寸 为3 9 0 m m x l 9 0 m m x l 9 0 m m ， 外壁及肋壁厚度均为2 5 m m。 砌 块成型机每次压制9 块砌块， 每块砌块质量在2 2 2 4 k g 。 砌块 样品见图1 。 图 1 再生混凝土空心砌块 3 1 制作过程 将所有材料倒入搅拌机， 先不加水充分搅拌5 ra i n ， 将材 3 8 新型建筑材料 2 0 1 2 1 料搅拌均匀，然后加水搅拌，搅拌时要注意观察混凝土流动 性， 控制混凝土塌落度， 保证能够成型， 搅拌5 m i n 后压制成 型， 采用振动加压成型， 压力3 O k N ， 压制完成后直接脱模成 型。 刚刚成型的砌块强度很低， 在冬季制时作应覆盖篷布防止 霜冻， 在养护过程中应经常浇水， 保证砌块湿度。砌块脱模成 型后放置在垫板上， 到砌块完全硬化时砌块与垫板会粘连在 一 起， 而且粘连力度大， 不易分离， 因此， 砌块具备一定强度 后， 将砌块与垫板分离。 3 2 测 试 抗压强度按G B ， I I 4 l l l 一1 9 9 7 混凝土小型空心砌块实 验方法 进行测试， 采用两面座浆标准养护3 d 后开始测试抗 压强度。测试时以1 0 3 0 k N s 的速度加载， 到试件破坏时记 录最大荷载值。 每组空心砌块取5 块进行实验， 取其平均值为 代表值。 再生混凝土空心砌块的破坏过程： 首先是砌块顶部出 现细小裂纹， 裂纹慢慢斜向下延伸扩大， 裂纹贯穿整体时砌块 破坏。 所得抗压强度数据见表 1 ， 表 1 中第5 组再生粗骨料取 代率为3 0 ， 再生细骨料取代率为7 0 ， 水灰比为0 4 5 ， 其抗 压强度最高， 达l 2 3 M P a 。抗压强度极差分析见表3 。 表 3 抗压强度极差分析 4 数据总结 从表3 可知，对再生混凝土空心砌块抗压强度影响最大 的是水灰比， 再生细骨料取代率对抗压强度的影响相对较小， 再生粗骨料取代率对抗压强度的影响最小。 各因素每个水平的平均抗压强度作为代表值进行点图分 析， 如图2 所示。 3 0 5 O 7 0 1 0 0 3 0 5 O 7 0 1 0 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 再生粗骨料取代率 再生细骨料取代率 水灰比 因素水平 图 2 再生混凝土空心砌块抗压强度与各因素水平的关系 d H 骥幽 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m