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再生混凝土粗骨料分級的試驗(yàn)研究

趙曉   曹曉輝   陳琪

（ 西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院 西安 710055 陜西省建筑科學(xué)研究院 西安100044

我國四川汶川大地震后，由于房屋倒塌和危房拆除，將直接產(chǎn)生建筑垃圾2億噸以上。僅對于西安而言，每年因城中村改造，再加之市政建設(shè)，普通商品房建設(shè)，每年將至少產(chǎn)生3500萬噸建筑垃圾。若將這些建筑垃圾均采用填埋處理，則全市將面臨著建筑垃圾消納場越來越不足的現(xiàn)狀，而且還將污染環(huán)境，影響國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。若能將此建筑垃圾加以利用，不但能使有限的資源得以再生利用，而且能夠保護(hù)環(huán)境并且使得國民經(jīng)濟(jì)走可持續(xù)發(fā)展路線。故此研究再生混凝土這種資源循環(huán)利用的重要途徑是十分有意義的。

根據(jù)已有的研究結(jié)果，再生混凝土的性能很大程度上決定于再生粗骨料的性能，不同的含水量，原始混凝土的不同初始強(qiáng)度，不同的年限，不同的含磚量，不同的年限等因素都大大的增加了再生混凝土性能的離散性，而為了使配制強(qiáng)度能夠滿足規(guī)范要求的95%保證率，故需要在配制再生混凝土?xí)r提高標(biāo)準(zhǔn)差，這樣必然會導(dǎo)致對原材料的浪費(fèi)，并增加生產(chǎn)成本。因此，在研究再生混凝土的基本性能之前，有必要對再生粗骨料的性能進(jìn)行試驗(yàn)并進(jìn)行分級研究。

試驗(yàn)概況

RA-0（齡期0年），由西安建筑科技大學(xué)結(jié)構(gòu)振動實(shí)驗(yàn)室某廢棄試件破碎制得； RA-40（齡期40年），由陜西省人民代表大會家屬院拆遷建筑垃圾破碎制得。以上二種材料均經(jīng)過人工破碎和顎式破碎機(jī)破碎，并加工為公稱粒徑為5-31mm的再生粗骨料。天然粗骨料為天然碎石，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，公稱粒徑為5-31mm。水泥為秦嶺牌32.5R級普通硅酸鹽水泥；砂為普通砂，細(xì)度模數(shù)為2.75；本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行配合比試驗(yàn)時參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程JGJ55-2000》中普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行再生混凝土配合比的初步設(shè)計(jì)，之后經(jīng)現(xiàn)場調(diào)整、適配，所得最終配合比如表1所示。并將所得RAC立方體試塊按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

表1 再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)

圖1再生混凝土粗骨料

圖2天然粗骨料

2、試驗(yàn)分析

按照《JGJ52-2006普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，確定了試驗(yàn)所用的天然，RA-0，RA-40三種再生粗骨料的表觀密度，含泥量，壓碎指標(biāo)等指標(biāo)。

從表2中可以看出，表觀密度，含泥量，壓碎指標(biāo)三項(xiàng)性能隨著年限的增長，均有規(guī)律的進(jìn)行變化。故此本試驗(yàn)將以上述指標(biāo)及骨料年限作為再生粗骨料分級的主要依據(jù)。

表2 天然骨料與再生粗骨料的性能指標(biāo)

2.1 再生骨料年限的影響

為消除取代率的不同對混凝土立方體28天抗壓強(qiáng)度的影響，故設(shè)計(jì)試驗(yàn)時，分別對再生骨料取代率取為r=30%，r=50% ，r=70% ，r=100%后，再對抗壓強(qiáng)度進(jìn)行比較：

表3再生粗骨料取代率r=30%立方體抗壓強(qiáng)度

表4再生粗骨料取代率r=50%立方體抗壓強(qiáng)度

表5再生粗骨料取代率r=70%立方體抗壓強(qiáng)度

表6再生粗骨料取代率r=100%立方體抗壓強(qiáng)

綜上，由表3~6知，隨著再生粗骨料年限的增長，混凝土立方體28天抗壓強(qiáng)度不斷降低。

2.2 表觀密度的影響

再生粗骨料表觀密度低表明其孔隙率較大，即表層砂漿質(zhì)地疏松，而這將直接導(dǎo)致由其拌制的再生混凝土密度的降低，從而引起再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量的降低。Muller得出了再生粗集料的表觀密度與再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度之間的線性關(guān)系。

圖3 再生粗骨料表觀密度與再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系

2.3 含泥量的影響

再生粗骨料會隨著其含量的增加而顯著的降低混凝土的強(qiáng)度，其最主要原因是粘土的介入阻礙了粗骨料與水泥石之間的粘結(jié)，并形成軟弱界面層，而此軟弱界面層則會大大的降低有效載荷面積，使得抗壓強(qiáng)度降低。我國張瑞芳等做過類似實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論如下：

圖4再生粗骨料含泥量與再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系

2.4 壓碎指標(biāo)的影響

粗集料的壓碎值用于衡量粗集料在逐漸加荷的情況下抵抗破碎的能力，是石料力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)之一。倪修全，嵇紅軍等人對壓碎指標(biāo)對混凝土強(qiáng)度的影響做了較為深入的研究，得出的結(jié)論如下：壓碎指標(biāo)即使?jié)M足了標(biāo)準(zhǔn)要求，也不一定能配制出所需強(qiáng)度等級的混凝土。因此，壓碎指標(biāo)只能是判斷粗骨料強(qiáng)度的間接指標(biāo)，并非控制因素。

綜上，基于已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時參考了國外再生粗集料的分級標(biāo)準(zhǔn)，建議將我國再生粗集料分為I、II兩級：（見表7）

表7 再生粗骨料分級建議標(biāo)準(zhǔn)

3、結(jié)論

（1）隨著再生粗骨料年限的增長，混凝土立方體28天抗壓強(qiáng)度不斷降低。

（2）再生粗集料的表觀密度與再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度之間的線性關(guān)系。

（3）再生粗骨料會隨著其含量的增加而顯著的降低混凝土的強(qiáng)度。

（4）壓碎指標(biāo)只能是判斷粗骨料強(qiáng)度的間接指標(biāo)，并非控制因素。

（5）提出推薦的粗骨料分級標(biāo)準(zhǔn)如下：

參考文獻(xiàn)

[1]普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006。

[2]普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002。

[3]普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006

[4]張瑞芳、含泥量對混凝土強(qiáng)度的影響建材技術(shù)與應(yīng)用2007。

[5]倪修全、石子參數(shù)對混凝土強(qiáng)度影響的在探討西部探礦工程2004。

[6]嵇紅軍、石子參數(shù)對混凝土強(qiáng)度的影響江蘇建材2009。

[7]李佳彬、再生混凝土基本力學(xué)性能研究上海:同濟(jì)大學(xué), 2004。

[8]肖建莊、謝賀、王長青等、汶川地震災(zāi)區(qū)建筑廢物統(tǒng)計(jì)分析四川大學(xué)學(xué)報:工程科學(xué)版, 2009。

 (本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會    文徑網(wǎng)絡(luò)：劉軍 呂琳琳 編輯  劉真 文徑 審核)