再生骨料混凝土的力学性能及其影响因素.doc

再生骨料混凝土力学性能及其影响因素 目录 0 前言 2 1.再生混凝土的力学性能 2 1.1再生混凝土的力学性能综述 2 1.2再生混凝土力学性能变化及原因 3 1.3再生混凝土力学性能变化的微观解释 5 2.再生骨料混凝土力学性能的影响因素 6 2.1再生混凝土力学性能影响因素综述 6 2.2各因素的具体影响及原因 6 2.2.1 再生骨料的来源和自身特性的影响 6 2.2.2 配合比的影响 7 2.2.3矿物掺合料的影响 11 2.2.4 养护条件和龄期的影响 12 3.再生混凝土的强化措施 13 3.1 再生骨料的强化 13 3.2改进施工工艺和流程 14 3.3 添加减水剂，降低水灰比 14 结论 14 参考文献 15 再生骨料混凝土力学性能及其影响因素 [摘要] 目前对再生混凝土力学性能的试验研究已取得了一些成果。本文在阅读大量文献的基础上，对再生骨料混凝土的力学性能及其影响因素进行了归纳概述，并针对影响因素总结了再生混凝土的强化措施。 [关键词] 再生混凝土 力学性能 强化 0 前言 再生骨料混凝土（recycled aggregate concrete，简称RAC）是指废弃混凝土块经过破碎，清洗，分级后,按一定比例与级配混合，制成粗细骨料,部分或全部代替砂石等天然骨料（主要是粗骨料）配制成的混凝土。近年来，由于建筑垃圾的环境问题和混凝土原材料的资源问题日益突出，利用废弃混凝土进行再生混凝土开发和研究的课题受到国内外学者的广泛重视。 本文根据已有研究成果，对再生骨料混凝土的力学性能进行了归纳概述，包括[1,2]混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、折拉比、拉压比、应力应变关系、峰值应变、弹性模量、泊松比等力学性能指标。并且探究了再生混凝土力学性能的影响因素，包括再生骨料的来源和自身特性的影响，配合比的影响，以及养护条件和龄期的影响。最后，针对影响因素，从再生骨料的强化，改进骨料破碎工艺和施工流程，添加高效减水剂以降低水灰比三个方面，提出了再生骨料混凝土的强化措施。 1.再生混凝土的力学性能 1.1再生混凝土的力学性能综述 再生骨料混凝土的力学性能包括：立方体抗压强度、轴心抗压强度，抗折强度、劈裂抗拉强度。此外，与力学性能相关的参量还有：混凝土的折拉比，拉压比、应力应变关系、峰值应变，弹性模量，泊松比[2]。 同水灰比试验条件下，再生骨料混凝土的28天立方体抗压强度和轴心抗压强度绕普通混凝土强度值有上下波动，再生骨料取代率为60%时，两者降低；抗折强度和劈裂抗拉强度较普通混凝土低。与普通混凝土相比，再生混凝土的折压比增大，拉压比差别不大，脆性减小，延展性增加，峰值应变增大，弹性模量小，泊松比基本不变。[1] 另外需要指出的是，普通混凝土和再生骨料混凝土的受力破坏方式也有不同，普通混凝土的破坏出现在界面粘结处；而再生混凝土不但有界面破坏，还有粗骨料的破坏。 1.2再生混凝土力学性能变化及原因 下面对各个力学性能指标逐一分析，主要从宏观方面对其变化做出解释。试验条件有两类，一类在相同配合比条件下测定并比较再生混凝土和普通混凝土力学性能；另一类试验在达到相同坍落度条件下测定并比较再生混凝土和普通混凝土力学性能。两类试验结果略有不同。 （1）立方体抗压强度fcu 再生粗骨料取代率对混凝土的抗压强度的影响与骨料取代率密切相关，同水灰比时，随再生粗骨料取代率的增加，大致围绕普通混凝土立方体抗压强度上下波动。当再生粗骨料取代率较少时，混凝土的立方体抗压强度较普通混凝土有所增加，但是当再生粗骨料取代率为60%时，再生混凝土的强度则有所降低。 其主要原因是当再生粗骨料取代率较少时，再生骨料对强度的有利因素起主导作用。再生粗骨料吸收了部分水分，使得实际水灰比降低，导致混凝土立方体抗压强度增加，而再生粗骨料取代率较大时，虽然实际水灰比较低，但是此时再生骨料自身强度低和多孔等不利因素的影响逐渐增大，导致再生混凝土的抗压强度降低。 （2）轴心抗压强度fc和fc/fcu值 再生骨料混凝土的轴心抗压强度和立方体抗压强度规律类似，绕普通混凝土有波动。但是当再生粗骨料取代率为60%时，再生混凝土的强度有所降低。[2] 再生混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值fc/fcu高于普通混凝土。这主要是因为再生混凝土多孔，材质疏脆，在轴向荷载的作用下，再生混凝土立方体试件横向约束作用比普通混凝土弱，导致再生混凝土立方体抗压强度与轴心强度相比增加不多，因此表现为再生混凝土的值较普通混凝土fc/fcu增加[3] （3）劈裂抗拉强度与拉压比 再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度较普通混凝土低。拉压比反映混凝土脆性，拉压比脆性越大,混凝土的脆性越低，延展性越好。水灰比相同的试验条件下，再生混凝土的拉压比较普通混凝土差别不大；坍落度相同条件下拉压比则略有升高。对于普通混凝土，劈裂抗拉强度（ft,s）与抗压强度（fcu）之间的关系一般取为ft,s= 0.19fcu3/4 ；对再生混凝土，配合比相同的试验条件下，劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系不完全吻合[3]，实际劈裂抗拉强度小于理论值，上关系式应进一步修正；坍落度相同条件下，劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系则基本成立[4]。 （4）抗折强度与折压比 再生混凝土的抗折强度较普通混凝土并不严格增加或者降低，绕普通混凝土试验值有波动[3,4]。 折压比反映混凝土脆性，折压比越大,混凝土的脆性越低，延展性越好。两种试验条件下，再生混凝土的折压比都较普通混凝土高。一般认为，混凝土的抗折强度 ff与抗压强度的平方根√fcu存在一定的比例关系ff =0.81√fcu [5]再生混凝土的抗折强度和立方体抗压强度基本满足此关系式[3] （5）应力应变关系及峰值应变 试验中，从轴心单轴受压应力应变曲线上读取混凝土的峰值应变（ε0）.混凝土的峰值应变增加,主要原因是再生骨料的弹性模量较低，导致混凝土的变形性能增加，因此峰值应变增加。[3,4] （6）弹性模量 混凝土的弹性模量降低，原因主要是再生骨料本身弹性模量较低以及再生混凝土的孔隙率较高。以前研究建立的混凝土抗压强度和弹性模量的关系式对再生混凝土都不再成立。 （7）泊松比 再生粗骨料对混凝土的泊松比影响不大，再生混凝土的泊松比与普通混凝土基本相同[3,4]。 1.3再生混凝土力学性能变化的微观解释： 在微观领域，关于再生混凝土的试验研究还很欠缺，目前研究的重点方向是再生骨料混凝土的界面过渡区，再生混凝土力学性能的微观解释还有待进一步的探索。下图1，2分别是普通混凝土和粗骨料取代率为60%时再生混凝土的28d SEM照片 图1 普通混凝土28d的SEM照片[6] 图2 粗骨料取代率为60%时再生混凝土的28dSEM照片[6] 从图中观察到，普通混凝土和完全再生骨料混凝土微观结构的相同之处在于两者的界面过渡区都有氢氧化钙定向结晶，主要的水化产物都是水化硅酸钙，其次是氢氧化钙和钙矾石晶体； 不同之处在于再生混凝土的界面过渡区结构没有普通混凝土密实，孔缝尺寸相对更大，数量更多；因为再生混凝土孔隙裂缝多，会给氢氧化钙和钙矾石晶体的生长提供一定空间， 所以含有很多结晶较大的氢氧化钙和钙矾石晶体，界面过渡区结构较差,因而再生混凝土强度变低。[6,7] 另外，从普通混凝土和再生混凝土的受荷载破坏形式来看，普通混凝土的破坏几乎全都出现在水泥和骨料界面处；而再生混凝土不但有界面破坏，还有粗骨料的破坏。对混凝土破坏的微观方面研究需要进一步深入。 2.再生骨料混凝土力学性能的影响因素 2.1再生混凝土力学性能影响因素综述 对于普通骨料混凝土力学性能来说,影响因素有很多,包括水泥石的强度，水泥石与骨料的粘结强度（水灰比和骨料表面状况），搅拌与振捣效果，养护条件（温度，湿度），龄期等。 对再生骨料混凝土而言，除了考虑影响混凝土强度的一般性因素外，由于再生骨料具有特殊性，可将再生混凝土的力学性能的主要影响因素概括成以下三个方面：一是再生骨料的来源和自身特性的影响，包括再生骨料的性质、强度等级和取材来源；二是再生混凝土配合比的影响，包括再生粗骨料取代率、水灰比；三是矿物掺合料的影响，包括粉煤灰，硅灰，矿渣的影响；四是养护条件与龄期的影响。 2.2各因素的具体影响及原因 2.2.1 再生骨料的来源和自身特性的影响 （1）再生集料的来源和破碎工艺 粗骨料的材料来源，粒径大小，强度等级，自身特性不同，混凝土的力学强度也不同。在同一水灰比的条件下，再生骨料原取材混凝土的强度等级越高，再生混凝土各项强度指标越高。选择再生骨料时，应考虑构件需要达到的强度等级，选择满足强度的再生骨料。有研究表明，不同等级的混凝土强度相互混合后配出的再生混凝土的抗压强度将比来源单一的混凝土配出的再生混凝土抗压强度有明显的降低,故不宜不同来源的再生骨料掺杂在一起。[8] 破碎工艺直接影响骨料颗粒形状，进而影响骨料和水泥浆的界面粘结。改进和优化破碎工艺，能使生产出的骨料粒形良好，界面粘结强，强度高。 （2）再生骨料自身特性 再生骨料对混凝土的力学性能的影响分两个方面。一方面，再生骨料含有一定数量的硬化水泥砂浆[1],骨料自身强度降低，孔隙率高，表面附着大量水泥砂浆，含有较多的有害杂质。且在生产过程中, 破碎等机械外力作用致使再生骨料内部产生了一定程度的损伤。在其内部残留一定数量的缺陷或微裂纹，会减弱骨料和新旧砂浆之间的界面粘结[9]，这些都是影响力学性能的不利因素，会导致强度降低。另一方面，与天然骨料相比,再生骨料与水泥浆的相容性好，彼此存在发生化学反应的可能；再生骨料表面粗糙，摩擦大，机械咬合力大，与水泥石粘结强度高。由于再生骨料多孔，会吸收一部分水，使实际水灰比降低；再生骨料与新水泥砂浆之间弹性模量相差较小,有助于改善界面[2]。这些是影响强度的有利因素。 与普通混凝土相比，再生混凝土的各力学性能有的增长，有的减弱。这是有利和不利因素共同作用，相互抗衡的结果。如果有利因素对某力学性能起主导作用，则该性能增强，反之，若不利因素起主导作用，则该性能减弱。 （3）细骨料 细骨料要求严格控制其中的泥和泥块含量，有害杂质含量，颗粒形状和表面特征要尽可能圆滑，级配良好，细度模数适当。如果采用再生细骨料，则再生混凝土的强度降低效果会非常明显，故一般情况下不用再生细骨料来配制混凝土。 2.2.2 配合比的影响 1 再生粗骨料的取代率的影响 试验简介： 以往研究再生粗骨料的取代率对再生混凝土力学性能影响的试验主要有两类。一类研究的是其他配合比相同条件下再生粗骨料取代率的影响[3]；另一类试验研究坍落度相同的情况下再生粗骨料取代率的影响[4]。两类试验都设置几组再生混凝土试块，每组试块不同的再生粗骨料的掺入量不同，骨料取代率从0到60%, 然后进行试块立方体抗压强度、轴心抗压强度、峰值应变和泊松比、弹性模量、劈裂抗拉强度以及抗折强度的测定，将同一强度指标试验中各组的试验结果进行对比，结果列出表格，绘成曲线，总结规律，得出再生粗骨料取代率对混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、峰值应变和泊松比、弹性模量、劈裂抗拉强度以及抗折强度的影响。然后将不同力学性能指标进行比较，求拉压比，折压比等，代入普通混凝土各指标关系式中，探究这些关系是否适用于再生混凝土。 试验结果及分析： 试验结果表明, 再生粗骨料取代率对各性能指标均有影响, 但影响程度不同。同时发现, 除劈裂抗拉强度和抗折强度外, 普通混凝土各基本力学性能指标间的关系不适用再生骨料混凝土[4]。 （1） 立方体抗压强度 随着再生粗骨料取代率的增加，混凝土的立方体抗压强度降低, 在各组相同坍落度试验条件下测出的立方体抗压强度的降低程度比相同配合比条件下的试验结果大。 混凝土抗压强度降低的原因除了再生骨料自身强度低和多孔等因素外, 相