循环再生骨料混凝土强度性能研究

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发布时间：2021-09-03

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循环再生骨料混凝土强度性能研究
朱平华。易磊，王新杰
(常州大学土木工程系，江苏常州213164)
摘要：为了探讨废弃再生混凝土作骨料制备结构混凝土的可行性，从强度性能人手，首先用加速碳化试验制备了相当于在保
护层混凝土碳化引起钢筋锈蚀的一般环境下先后使用了2个50年的循环再生混凝土骨料，然后试验分析了循环再生混凝土强
度与循环再生骨料取代方式及取代率之间的关系。结果表明：仅用循环再生粗骨料取代天然粗骨料的循环再生混凝土立方体抗
压强度和劈裂抗拉强度与循环再生粗骨料取代率均呈三次抛物线关系，但拐点(最优与最不利取代率)与合理取代区间不一致；
仅用循环再生细骨料取代天然细骨料及循环再生粗细骨料同时取代天然骨料条件下，强度与循环再生细骨料取代率、循环再生
粗细骨料取代率呈直线下降关系；两种强度之间呈指数函数关系；以短期强度性能考核，循环再生粗细骨料分别达到
GB／T 25177-2010(混凝土用再生粗骨料}II类与GB／T 25176-2010(混凝土和砂浆用再生细骨料)Ill类标准要求，在循环再生
粗细骨料单独与同时取代天然粗细骨料不超过70％与50％条件下用于制备C30结构混凝土是可行的。
关键词：再生混凝土；循环再生骨料；立方体抗压强度；劈裂抗拉强度；取代方式；取代率
中图分类号：TU528．O1 文献标志码：A 文章编号：1002—3550(2015)09—0050—04
Research on strength properties of concrete using aggregates from repeatedly recycling concrete waste
ZHU Pinghua，YI Lei，WANG Xinjie
(Department of Civil Engineering，Changzhou University，Changzhou 213164，China)
Abstract：The strength properties of recycled aggregate concrete(RAC)using aggregates from repeatedly recycling concrete waste were
studied．The relationships between cube compressive strength and splitting tensile strength and between each strength and replacement ra—
tiO of recycled aggregate to natural aggregate were established．The results show that the strength prope~ies of RAC with the design
strength of 30MPa can be satisfied when the qu~ity of recycled coarse and fine aggregates met respectively the needs of Grade II in
GB／T 25177- 2010 and Grade IlI in GB／T 25176- 2010，with the replacement ratio to natural coarse aggregate and natural fine aggre—
gate no more than 70％and 50％．Both strengths decreased and then increas for a while before descending again with increasing replace—
ment ratio of recycled coarse aggregate，and decreas continuously with the increase of replacement ratio of recycled fine aggregate．The
relationship between cube compressive strength and splitting tensile strength of RAC is found to be exponential function．
Key words：recycled aggregate concrete；repeatedly recycled aggregate；cube compressive strength ；splitting tensile strength；replace—
ment mode；replacement ratio
0 引言
结构混凝土是提高再生骨料混凝土(Recycled Aggre—
gate Concrete，RAC)应用层次与应用比例的必然途径⋯ ，
RAC能否成功应用于承重结构在很大程度上取决于再生
混凝土骨料(Recycled Concrete Aggregate，RCA，以下简称
再生骨料)品质。由于RCA品质受原生混凝土(用于生产
RCA的废弃混凝土)使用环境尤其是地域特征、生产工艺
等众多因素影响，难以建立国际统一的质量评价方法，
已有的评价方法所采用的评价指标与分级方法差异甚大。
对于结构用RCA的质量要求，仅英国的BS882-1992和
美国ASTM 的D2940-2003给出了再生粗骨料(Recycled
Coarse Aggregate，RCA)的，对再生细骨料((Recycled Fine
Aggregate，RFA)则几乎无一涉及。同时，目前对RAC结
构性能研究所采用的RCA几乎局限于废弃的天然骨料混
凝土(以下简称首次再生骨料)，对废弃RAC作骨料(即
循环再生骨料)制备的混凝土(循环再生骨料?昆凝土，Cir—
cular Recycled Aggregate Concrete，CRAC)，简称循环再牛
混凝土)鲜见报道。
在前期研究基础上，根据相似性原理，通过加速
碳化试验制备了两次循环再生粗细骨料(每次循环相当于
在一般环境即常遇大气环境下自然碳化50年)，依据不同
的标准评价了其品质，研究了第2次循环再生粗细骨料单
独与同时取代天然粗细骨料制备的CRAC立方体抗压强
度、劈裂抗拉强度变化规律，建立了两种强度之间及其与
循环再生粗细骨料取代率之间的关系。
收稿日期：2014一l1—14
基金项目：国家自然科学基金项目(51278073)；江苏省六大人才高峰项目；常州大学自然科学基金项目(ZMF1002124)；江苏省产学研联合创新资
金——前瞻性联合研究项目(BY2013024—17)
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1 试验概况
1．1 试验用材料
1．1．1 循环再生骨料
为保证循环再生骨料来源的代表性，基于相似性原
理，通过室内快速碳化试验模拟在常遇大气环境下RAC
的实际工程工作状态，简述如下。
RAC的碳化深度可用Fick扩散定律计算，肖建庄等
人基于各国学者共计28组的试验数据回归得到的RAC
碳化深度数学模型为
= 。。。 R (1一R)( +2．5) (1)
公式中各参数的含义参见文献[6]。将快速碳化与实
际工程的环境条件分别带入上式，并令两者的碳化深度相
等，则可以得到室内快速碳化天数(d)与实际工程使用年
数(a)之间的关系，如式(2)所示。
d：『【『二面1J f2)
其中：快速碳化的环境条件依据GB／T 50082-2009
《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》的规定，CO 浓
度取20％，则《。 =、丽石 =1；温度取20℃，则 =
20。 =2
．115；相对湿度取70％，则，瑶 (1一Rd)=0．7
(1—0．7)=0．175 7。实际工程的环境条件选择我国南方
地区I类环境(即GB／T 50486-2008《混凝土结构耐久性
设计规范》中的一般环境，其腐蚀机理为保护层混凝土碳
化引起钢筋锈蚀)，其中CO 浓度取0．04％，则鹾。 =
,／0．04％／0．2=0．044 721；温度取历年平均气温(以南京为
例)14．4℃，则 =14．4 笛=1．948 007；相对湿度取历年
平均相对湿度(以南京为例)76％，则 (1一R )：0．76
(1—0．76)=0．159 013。同时，参照GB／T 50107-2010(混
凝土强度检验评定标准》，取， =1．1-厂。
将以上数据带入式(2)，可得到室内快速碳化17 d大
约相当于在I类环境下自然碳化50年。
基于以上计算结果，循环再生粗细骨料按如下步骤制
备：(1)按JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》的
重量法计算并成型强度等级为C50的普通混凝土试块，标
准养护28 d后快速碳化17 d(第一个自然碳化50年)。其
中，水泥采用P·O 42．5级水泥，28 d抗压强度为
49_8 MPa，密度为3．18 g／cm ；天然粗骨料使用5~20 rnrn
连续级配的花岗岩碎石，天然细骨料使用0．16~4．75 mm
普通河砂，粗细骨料性能分别见表1与表2；减水剂采用
JK—PCA型聚羧酸减水剂；矿渣采用粒化高炉$95级，比
表面积为416 m ／kg；粉煤灰采用II级粉煤灰，比表面积为
460 m ／kg；单位方立米水泥、粉煤灰、矿渣、水、减水剂、天
然粗细骨料用量分别为340、114、114、176、2．84、1 167、
498 kg／m’；(2)采用两级破碎比工艺法将试块加工为首
次再生粗细骨料，粒径与天然粗细骨料一致；(3)按附加用
水量法制备强度等级为C30的再生混凝土试块，目标坍落
度取100~150 mm。其中，胶凝材料质量固定为424 kg／m ，
粉煤灰与矿渣均取胶凝材料质量的20％(质量分数，下
同)；粗细骨料质量分别固定为1 053 kg／m 与567 kg／m ，
再生粗细骨料取代率分别固定为70％与30％；单位方立米
用水量中自由用水量取184 kg／m ，附加用水量按再生粗
细骨料30 min吸水率计算；减水剂用量根据目标坍落度
调整；同时为提高RAC抗冻性与抗裂性加入了引气剂与
聚丙烯纤维，用量均为胶凝材料质量的0．1％。再生混凝土
试块标准养护28 d后快速碳化17 d(第二个自然碳化50
年)；(4)重复步骤(2)获得第二次即循环再生粗细骨料，
其性能见表1与表2。
表1 粗骨料性能
表2 细骨料性能
1．1．2 循环再生混凝土
用循环再生骨料制备CRAC，设计强度等级C30，目
标坍落度取100～150 mrn，配合比与1．1．1节中步骤(3)基
本相同，仅附加用水量根据取代率调整，取代方式分三种：
(1)仅用循环再生粗骨料取代天然粗骨料，取代率从10％
到70％，级差10％；(2)仅用循环再生细骨料取代天然细骨
料，取代率从l0％到50％，级差10％；(3)循环再生粗骨料
取代率取50％与70％，循环再生细骨料取代率取10％、
20％与30％。共浇筑22组循环再生混凝土与1组控制混凝
土(与CRAC配合比一致，但不考虑附加用水量)。
1．2 试验测试指标与方法
循环再生粗细骨料性能分别依据GB／T 25177—_2010
《混凝土用再生粗骨料》与GB／T 25176-2010(混凝土和
砂浆用再生细骨料》规定的指标与方法逐一测试；天然粗
细骨料性能按照GB／T 14685—2011《建筑用卵石、碎石》
与GB／T 14684—2011《建筑用砂》要求的指标检测；CRAC
立方体抗压强度和劈裂抗拉强度按GB／T 50081-2002
《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定，所有试块均标
准养护28 d。
2 试验结果与分析
2．1 循环再生骨料品质分析
由表1可见：循环再生粗骨料质量劣于天然粗骨料，
达到中国GB／T 25l77—2010的II类、日本JISA 5022一