可再生混凝土基本力学性能研究

摘要：设计并完成了75块再生混凝土立方体试块和25块棱柱体试块进行立方体抗压强度试验，劈裂抗拉强度试验，轴心抗压强度试验，并以普通骨料制成的混凝土进行对比，研究了再生混凝土的强度与再生粗骨料取代率之间的关系。结果表明，再生混凝土的破坏形态主要分为明显裂痕，轻微裂痕，不明显三种，其中试件多数呈轻微裂痕破坏，破坏情况与普通试件基本一致，在水灰比相同的情况下，再生混凝土的抗压强度比普通混凝土强度高，抗压强度随取代率的增加而增强。再生混凝土的劈裂抗拉强度比普通混凝土强度低，曲线整体呈波浪型，再生混凝土劈裂抗拉强度最低。

Abstract： 75 recycled concrete test cubes and 25 block prism blocks are designed and completed for cube compressive strength test， splitting tensile strength test and axial compressive strength test. Through comparison with concrete made of normal aggregate， the relationship between the strength of the recycled concrete and the recycled coarse aggregate replacement rate is studied. Results show that the damage form of recycled concrete is mainly divided into obvious cracks， slight cracks， and unapparent cracks， of which most specimens show slight crack damage， and has similar damage with normal specimens. Under the same water cement ratio， the compressive strength of recycled concrete is higher than ordinary concrete strength， and the compressive strength increases with the increase of the replacement ratio. The splitting tensile strength of recycled concrete is lower than normal concrete strength. The curve is wavy on the whole， and the recycled concrete splitting tensile strength is the lowest.

关键词：再生混凝土；取代率；抗压强度

Key words： recycled concrete；replacement ratio；compressive strength

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）24-0159-02

0 引言

随着绿色节能理念的增强，世界各国都在加强废混凝土再生利用的技术研究，再生混凝土技术已成为国内外工程领域新的关注点。

我国一年就要开采50亿吨的化石原料用于生产水泥、混凝土等建筑材料，同时烧制1吨水泥熟料还要消耗煤178kg左右[1]，大量不可再生的石油资源被消耗在生产过程中。城市发展也不可避免会带来许多问题，一方面建筑垃圾所带来的环境问题越来越严重，另一方面不断使用砂石等原材料也在耗损大量的石油资源从而影响环境[2]。

当前，国内外学者将研究的重点放在再生骨料的循环利用上，相比于国外对再生混凝土系统化深入化的研究，我国对再生混凝土的研究还有很大欠缺，此外，由于再生粗骨料的随机性和多样性等诸多因素，也导致不同研究者的研究结果表现出较大的差异，因此，系统地对我国再生骨料基本性能的研究有着十分重要的意义。

1 试验设计

1.1 试验原材料 试块的制作在天津市质量监督检查站第二十四站内进行，水泥为骆驼牌PO42.5普通硅酸盐水泥，砂为河砂，最大粒径为2.5mm，天然粗骨料为连续级配的碎石，最大粒径为25mm，再生粗骨料为天津市津南区内某高速公路废弃混凝土，通过移动筛分站破碎后，经清洗分级后最大粒径为25mm，拌合水为普通自来水。拌合采用机械搅拌，24h后拆模，在标准条件下养护至28天测其力学性能。

1.2 试验方法 对75块立方体试件进行立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验，对25块棱柱体试件进行轴心抗压强度试验，立方体抗压强度试验施加荷载的速度为每秒钟0.5MPa；劈裂抗拉强度试验施加荷载的速度为每秒钟0.05MPa，轴心抗压强度试验施加荷载的速度为每秒钟0.5MPa。立方体抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验中均采用规格为150mm×150mm×150mm的混凝土试件，轴心抗压强度试验采用规格为100mm×100mm×300mm的混凝土试件，实验的主要设备为一台YQS-687型压力机，最大量程为2000kN。

1.3 混凝土的配合比 混凝土试件分为五组，每组各设五块相同试件作为对比，定义再生粗骨料取代率r为混凝土中再生粗骨料与全部粗骨料的质量比，则各组根据取代率可分为N，R-30，R-50，R-70，R-100（即普通混凝土，取代率为30%，50%，70%，100%的再生混凝土），考虑到再生混凝土吸水率较高，采用了再生混凝土骨料预吸水[3]的方法进行混凝土配合比设计：水灰比为0.47，砂率为30%。

2 试验现象

在立方体抗压试验中，试块发生破坏时呈现了较为明显的环箍效应，初期混凝土表面上逐渐出现轻微裂缝并伴随微小声响。裂缝在不光滑面出现的较为密集且一般沿竖直方向展开，随荷载增加，混凝土表面出现部分脱落现象。裂缝开展情况可分为轻微裂缝、明显裂缝和不明显裂缝三种现象，三者出现比例大致相当。试验结果表明，随再生粗骨料含量的增多，裂隙开展情况由较明显逐渐变为不明显。当再生骨料取代率为50%～70%时，裂隙开展情况最不明显，当骨料全部为废弃骨料时，试块发生破坏时呈现一定的脆性。

试块在劈裂抗拉试验中发生劈裂破坏时，裂缝沿劈裂面开展，并伴随脆性的断续响声。试块加载过程中多数出现轻微裂缝，部分裂缝明显并伴随沉闷响声，少数裂缝不明显。试验结果表明，随再生粗骨料含量的增多，裂隙开展情况由轻微裂隙逐渐变明显，而后又变不明显。当再生骨料取代率为70%时，裂缝开展最为明显。

在轴心抗压试验中，部分试件呈现出由上到下贯通的一条主裂缝，并伴随异响。随着混凝土中废集料含量增多，混凝土试件出现裂纹的可能性变大。试验结果表明，随着混凝土中废集料的百分比增多，混凝土试件出现裂缝的可能性变大。

3 实验结果与分析

3.1 立方抗压强度和轴心抗压强度 国内学者普遍认为再生混凝土抗压强度要比普通混凝土强度低，肖建庄[4]通过试验测得再生混凝土强度的降低幅度在30%以内。在试验中，由表1和图1可以看出，普通混凝土试件的立方抗压强度和轴心抗压都要比再生混凝土试件的抗压强度低，并且随着混凝土试件中废弃骨料的取代率的增加，试件的抗压性能逐渐增强，再生混凝土强度相比于普通混凝土的涨幅在13%到25%之间，试验结果与前者所述恰好相反，经过探讨分析，得出再生混凝土抗压强度提高的原因有以下几点：①试验所用废弃骨料是在原高速公路路面经破碎处理后所得，骨料本身具有较高的抗压强度，与水泥砂浆凝结成块之后抗压性能得到提高。②本试验所用的废弃骨料经过机械破碎后将脆弱成分分析，留下来的部分粘结强度很高，继续作为混凝土中的集料可以提高试件的整体强度。③废弃粗骨料表面粗糙，集料与水泥砂浆凝结后界面间的摩擦系数要比普通集料大，受压过程中界面连接处摩擦力变大，试块不易被压碎。

3.2 劈裂抗拉强度 国内学者通过试验得出再生混凝土的劈裂抗拉强度要比普通混凝土的强度降低30%左右，试验中，由表1和图2可以看出，再生混凝土28天后的劈裂抗拉强度要比普通混凝土低，降幅在22%以内，取代率在在0到50%之间时，混凝土劈裂抗拉强度呈现明显的降低趋势，在50%之后，劈裂抗拉强度随取代率的增加出现反弹，在70%处达到高峰，并再次恢复在下降趋势，在再生混凝土处劈裂抗拉强度达到最低，整体曲线呈波浪型变化，在这个现象上和张波志[5]的试验结果相类似。经分析，得出造成上述现象的原因有：①再生混凝土的粗骨料本身存在一定的微小裂缝，裂缝的存在对试件的抗压强度影响较小，但在发生劈裂破坏前已经存在的裂缝会降低试件的抗拉性能，进而影响了试件的抗拉强度。②再生粗骨料与水泥界面之间的黏结力比较小，尽管再生骨料和水泥界面间的摩擦系数较大，可以增加一定的抗压强度，但对抗拉强度的影响可以忽略。

4 结论与建议

4.1 结论 ①再生混凝土的破坏形态主要分为明显裂痕，轻微裂痕，不明显三种，其中试件多数呈轻微裂痕破坏，破坏情况与普通试件基本一致。②再生混凝土的抗压强度比普通混凝土强度高，涨幅在25%以内，抗压强度随取代率的增加而增强。再生混凝土的劈裂抗拉强度比普通混凝土强度低，降幅在22%以内，曲线整体呈波浪型，在70%的取代率时达到峰值，在再生混凝土处劈裂抗拉强度达到最低。

4.2 建议 由于再生混凝土的劈裂抗拉强度在70%达到峰值，在对再生混凝土进行使用时，应尽量使取代率靠近该取代率，充分利用其力学性能以达到良好的经济效益。此外，再生混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均在取代率为70%左右达到峰值，应在此取代率及其邻近比率的基础上分析不同水灰比下再生混凝土的基本性能变化，寻找出再生混凝土的最适配比和取代率。

参考文献：

[1]钟汉华，罗岚，刘能胜，向亚卿.废弃混凝土回收利用现状及前景展望[J].广东水利电力职业技术学院学报，2008（1）.

[2]马嵘.论再生混凝土在生态建筑中的意义[J].混凝土，2003（10）.

[3]张亚梅，秦鸿根.再生混凝土配合比设计初探[J].混凝土与水泥制品，2002（01）.

[4]肖建庄，李佳彬，孙振平.再生混凝土抗压强度研究[J].同济大学学报（自然科学版），2004（12）.

[5]张波志，王社良，张博，景龙平，罗时超.再生混凝土基本力学性能试验研究[J].混凝土，2011（7）.