机制砂再生粗骨料混凝土抗压强度分析_李渊.pdf

第 33 卷第 1 期广东石油化工学院学报Vol 33No 12023 年 2 月Journal of Guangdong University of Petrochemical TechnologyFebruary 2023机制砂再生粗骨料混凝土抗压强度分析李渊1，刘紫洋2，蔡龙3(1 深圳大学 土木与交通工程学院，广东 深圳 518060;2 深圳市机场(集团)有限公司动力分公司，广东 深圳 518128;3 广东石油化工学院 建筑工程学院，广东 茂名 525000)摘要:为了研究机制砂原料种类和石粉含量对机制砂再生粗骨料混凝土抗压强度的影响，以不同水灰比(0 27，0 33，0 39，0 48)、不同细骨料种类(天然砂，机制砂)、不同机制砂原料(石灰石，卵石)及多种石粉含量(0%，50%，7 5%，10%，12 5%，15 0%，17 5%，20 0%)为考察参数，共进行了 5 组 36 个再生混凝土试块的抗压试验。结果表明，以机制砂替代天然砂可提升再生粗骨料混凝土的抗压强度，最大可提高 18%;机制砂原料为石灰石的抗压强度略高于卵石的。石粉可增加机制砂再生粗骨料混凝土的抗压强度，最佳石粉掺量与机制砂原料种类、混凝土强度有关，一般在 10%15%之间。关键词:水灰比;机制砂;石粉;再生粗骨料;抗压强度中图分类号:TU528文献标识码:A文章编号:2095 2562(2023)01 0052 05随着城市化进程的快速发展，天然砂石的资源枯竭和城市更新改造过程中产生的大量建筑垃圾对环境造成污染的问题日益凸显。为了有效地解决河砂资源匮乏和废弃混凝土围城的问题，使用机制砂再生混凝土。对于再生混凝土的抗压强度，学者主要围绕再生骨料替代率的影响进行了研究1，2。肖倍等3 发现随着取代率增加，再生混凝土抗压强度先减小后增大再减小，而最优取代率在 80%左右。王国林等4 发现在坍落度要求满足的条件下确定好配合比，再生粗骨料混凝土的抗压强度均随再生骨料取代率的增加而降低，而随粉煤灰取代率的增加而缓慢提升。而对于机制砂再生混凝土，赵顺波等5 对再生混凝土柱进行偏心受压试验，主要研究了长细比对柱的正截面应变分布、钢筋和混凝土应变、侧向挠度、破坏形态和极限承载力的影响。梁冬瑶6 则研究了机制砂再生混凝土的拉压强度、单轴受压应力 应变本构关系和水泥水化微观机理。已有研究表明，掺入适量石粉可以改善机制砂混凝土的工作性能和抗压强度7。然而，缺乏石粉含量对不同等级和不同种类的机制砂再生混凝土的影响的相关研究。基于此，本文以机制砂和再生粗骨料替代天然砂石，配制不同石粉含量的机制砂再生混凝土，研究不同强度等级和不同机制砂种类的混凝土的最优石粉含量。1试验1 1原材料与配合比试验所用主要原料有再生粗骨料、细骨料(天然砂和机制砂)、水泥和外加剂。再生粗骨料来自深圳某工程的临时承重梁，混凝土强度等级为 C40，经破碎装置破碎、清洗和筛分之后得到。大部分再生粗骨料为扁长形，且有较多棱角，断面形状多样。该骨料的粒级为 5 0 31 5 mm，吸水率约为 2 5%。细骨料包括卵石机制砂、石灰石机制砂和天然砂，细度模数 2 7。其中，机制砂为卵石和石灰石破碎后得到，该机制砂不含石粉。水泥是润丰牌硅酸盐水泥 P52 5。水为深圳市自来水。外加剂选用聚羧酸减水剂(PCE)，产自广东龙湖科技股份有限公司，外观为黄色粉末。收稿日期:2022 06 14;修回日期:2022 09 05基金项目:国家自然科学基金重大项目(52090082);茂名市科技计划项目(2021629)作者简介:李渊(1995)，男，江西宜春人，在读硕士，主要研究方向为隧道工程抗震。通信作者:蔡龙(1976)，男，海南万宁人，硕士，副教授，主要从事工程结构抗震、结构分析理论与设计方法研究。借鉴普通混凝土的配合比设计经验，通过大量的机制砂再生骨料混凝土前期试配工作，分别获得了C55、C50、C40 与 C30 四个不同强度等级的机制砂再生粗骨料混凝土配合比，见表 1。其中，试件编号 L/P表示石灰石/卵石机制砂再生粗骨料混凝土，编号后两位数字代表混凝土设计强度等级，最后的数字代表石粉含量。例如 L55 5，表示石灰石机制砂再生粗骨料混凝土设计强度等级为 C55，机制砂中石粉含量为 5%。再生粗骨料的吸水率一般较大，这会增大用水量，变相地会减小水灰比，故引入附加用水量，附加用水量为再生骨料用量与吸水率的乘积8。表 1机制砂再生骨料混凝土配合比试件编号ZMS/kgSP/kgPSP/%其他L/P55 062700 00L/P55 5059573145L/P55 7558004707 5L/P55 100564362710L/P55 125548678412 5L/P55 150533094115L/P55 17551731097175L/P55 2005016125420W/C:0 27;W:150 kg;C:556 kg;S:37%;:1068 kg;AW:268 kg;PCE:12%L/P50 063600 00L/P50 5060423185L/P50 7558834777 5L/P50 100572463610L/P50 125556579512 5L/P50 150540695415L/P50 17552471113175L/P50 2005088127220W/C:0 33;W:180 kg;C:545 kg;S:38%;:1038 kg;AW:261 kg;PCE:06%试件编号ZMS/kgSP/kgPSP/%其他L/P40 0665 0000L/P40 50631 83335L/P40 75615 149975L/P40 100598 566510L/P40 125581 9831125L/P40 150565 399815L/P40 175548 61164175L/P40 200532 0133020W/C:039;W:195 kg;C:500 kg;S:39%;:1040 kg;AW:261 kg;PCE:0 6%L/P30 0725 0000L/P30 50688 83635L/P30 75670 654475L/P30 100652 572510L/P30 125634 4906125L/P30 150616 3108815L/P30 175598 11269175L/P30 200580 0145020W/C:048;W:205 kg;C:427 kg;S:41%;:1043 kg;AW:262 kg;PCE:0 2%注:ZMS 为零石粉机制砂含量;SP 为机制砂再生骨料混凝土的石粉含量;PSP 为机制砂中石粉含量百分比;W/C 为机制砂再生骨料混凝土的水灰比;W 为单位用水量;C 为水泥用量;S 为砂率;为再生粗骨料含量;AW 为附加用水量;PCE 为减水剂同时，以天然砂替代机制砂，制作了相同配合比的再生粗骨料混凝土作为对照组，见表 2。其中，试件编号 N 表示天然砂再生粗骨料混凝土，编号后两位数字代表混凝土强度等级。如N55 表示天然砂再生粗骨料混凝土，强度等级为 C55。1 2试件制作和试验方法混凝土立方体抗压强度试件制作如下:表 2天然砂再生骨料混凝土配合比试件编号W/CW/kgC/kgS/%N/kg/kgAW/kgPCE/%N550271505563762710682680 6N500331805453863610382610 6N400391955003966510402610 6N300482054274172510432620 2先将粗骨料和细骨料搅拌均匀(采用 SJD100 强制式双卧轴搅拌机搅拌混凝土)，再加入水泥一起搅拌，再加入自来水和减水剂并搅拌，共搅拌约 4 min。将搅拌好的混凝土倒入标准立方体试模中，并使用机械振动台对这些试件持续振捣，至最上层出现浮浆且没有气泡时停止振捣。1 d 后拆模，并将其置于养护室(温度(20 2)，相对湿度不低于 95%)养护 28 d。养护龄期 28 d 的标准试件取出，使用 MST(200 吨电液伺服)压力试验机对这些试件进行加载，加载的方式为荷载控制，加荷速率为 0 5 MPa/s，连续均匀加载。2结果与分析2 1细骨料种类对再生骨料混凝土抗压强度的影响为了研究细骨料种类和机制砂原料种类对再生粗骨料混凝土抗压强度的影响，对天然砂和零石粉含量的机制砂再生粗骨料混凝土进行抗压强度试验，结果如图 1 所示。35第 1 期李渊等:机制砂再生粗骨料混凝土抗压强度分析试验结果表明，在相同细度模数情况下，相比于较为光滑的天然砂，由石灰石或卵石破碎而成的机制砂棱角多、表面粗糙，有利于与水泥浆体的粘结咬合，提高混凝土的抗压强度。由图 1 可知，机制砂混凝土的抗压强度大于天然砂混凝土抗压强度，且最大可提高 18%。而在机制砂混凝土中，石灰石机制砂比卵石机制砂的棱角更多，表面粗糙度更大，因此抗压强度的提高也更大。除个别试件外，石灰石机制砂混凝土的抗压强度均大于卵石机制砂混凝土，图 1细骨料种类与再生粗骨料混凝土抗压强度的关系且最大可提高 5 3%。2 2石粉含量对再生骨料混凝土抗压强度的影响试验制备了不同石粉含量的机制砂再生粗骨料混凝土，以研究石粉含量对再生粗骨料混凝土抗压强度的影响，结果如图 2、图 3 和表 3、表 4 所示。其中，图 2、图 3 分别为不同石粉含量与石灰石和卵石机制砂再生粗骨料混凝土抗压强度的关系曲线。表 3 为不同强度等级的两种机制砂再生骨料混凝土(P 型和L 型)对应的最优石粉含量，表 4 为最优石粉含量对不同机制砂再生骨料混凝土抗压强度的影响。图 2石粉含量与石灰石机制砂混凝土抗压强度的关系图 3石粉含量与卵石机制砂混凝土抗压强度的关系表 3机制砂再生粗骨料混凝土最优石粉含量强度等级P 型最优石粉 PSP/%L 型最优石粉 PSP/%C551015C501515强度等级P 型最优石粉 PSP/%L 型最优石粉 PSP/%C40125125C301010表 4最优石粉含量对机制砂再生粗骨料混凝土抗压强度的影响抗压强度P 型 fopcu/MPaP 型 focu/MPaP 型(fopcu focu)/focu/100%L 型 fopcu/MPaL 型 focu/MPaL 型(fopcu focu)/focu/100%C556035578361656 98 3C505515235457152 97 9C4047242810348043 99 3C3035632110037433 1130注:fopcu为最优石粉含量下混凝土的抗压强度;focu为零石粉含量下混凝土的抗压强度从图 2 和图 3 可以看出，两种机制砂再生粗骨料混凝土的抗压强度与石粉含量的关系相同，石粉含量在 20%以内时，随着石粉含量的增加，混凝土抗压强度均先增加后减小，且零石粉含量的机制砂再生粗骨料混凝土的抗压强度均最低。由表 3 和表 4 可知，不同强度等级的混凝土抗压强度对石粉含量的敏感性不同，提高的幅度以及最优的石粉含量不同。其中，相对于零石粉含量机制砂再生粗骨料混凝土，含有石粉的石灰石机制砂再生粗骨料混凝土抗压强度最大可提高 13%，而含有石粉的卵石机制砂再生粗骨料混凝土抗压强度最大也可提高10 3%。究其原因，再生粗骨料在生产过程中内部易形成微裂缝，机制砂中的石粉可填充裂缝，增加混凝土抗压强度。然而，当石粉过多时，则形成惰性填充，反而会降低机制砂再生混凝土抗压强度。45广东石油化工学院学报2023 年2 3机制砂再生骨料混凝土抗压强度关系模型通过对水灰比、细骨料类型及石粉含量的分析，发现这三个因素对混凝土力学性能影响较大。其中，水灰比的影响最为明显。经对试验数据作统计回归处理，得到了机制砂再生骨料混凝土抗压强度与水灰比、机制砂原料形态(P 型和 L 型)以及石粉含量(PSP)之间的关系。分析结果见式(1)、式(2)以及表6。fcu(P)=89 6078 116 5732W/C+0 0716PSP(1)fcu(L)=90 8312 118