再生混凝土力学性能试验研究

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2021年11月30日02:53:37 评论

再生混凝土力学性能试验研究

 

混凝土强度往往会直接关系到建筑结构的安全性,以下是小编搜集整理的一篇探究再生混凝土力学性能试验的论文范文,供大家阅读参考。

 

 摘要:采用经过破碎、筛分处理的建筑垃圾作为混凝土的再生粗骨料,代替天然粗骨料配制了C20级再生混凝土。再生骨料的取代率设计为0、35%、65%、100%,进行了混凝土的抗压强度试验,并探讨了掺入粉煤灰对其抗压强度的影响。抗压强度实验在标准条件下养护28 d,在万能压力试验机下测其强度,通过C20级再生混凝土28 d的抗压试验研究,得出了C20级再生混凝土的抗压强度会随再生骨料取代率的增大而降低,粉煤灰可以减少水泥用量但对抗压强度影响不大的结论。

  关键词:再生粗骨料;混凝土;取代率;强度

  1引言

近年来,随着城市建筑更新改造规模增大和自然灾害的影响,产生的建筑垃圾量越来越大。以前建筑垃圾只是单纯的作为回填材料或露天堆放,处理方式单一,容易造成环境污染。前者从一定程度上来说没有充分利用和回收资源,后者则占用紧缺的土地资源,污染环境。我国每年产生的建筑垃圾总量约为35.5亿t,约占城市垃圾的40%。可是我国仅有不到5%的资源化率,远低于发达国家95%的平均资源化率。我国制定了《混凝土用再生粗骨料》 (GB/T25177-2001)、《混凝土和砂用再生细骨料》(GB/T25176-2001)两部国家标准。这些规范标准保证了再生骨料应用的质量,使得再生骨料更广泛的运用于建设之中。再生骨料的应用可以解决天然石材资源枯竭、建筑垃圾污染环境和占用土地资源等问题。因为再生骨料原材料的时间和空间上存在差异性,需要对再生骨料混凝土的性能作具体的研究[2]。

  2试验概况

2.1实验材料

水泥为普通硅酸盐水泥(三峡P・C32.5);沙子为天然粗砂,天然粗骨料为卵石,再生粗骨料为实验室废弃的C40-C50混凝土试块,经人工破碎为粒径4.5~20 mm的碎块,用4.5 mm的筛子筛分得到粒径大于4.5 mm的碎块。然后再用20 mm的筛子筛分得到粒径为4.5~20 mm的连续级配[2]。 按照《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》(JGJ53―92)分别测得再生骨料堆积密度为 1190 kg/m3,表观密度为2640 kg/m3,压碎指标为16.2%,吸水率为5.6%。

2.2配合比设计

本试验参照《普通混凝土配合比设计规程》CECS207∶2006、《高性能混凝土应用技术规程》JGJ55―2011,配置C20级混凝土,再生粗骨料取代率分别取 0%,35%,65%,100%,分别设计了再生粗骨料不同取代率和有无粉煤灰对试块的力学性能的影响。配合比为水泥∶砂∶粗骨料∶水=333∶511.1∶1285.9∶180,水灰比为0.54;掺粉煤灰的再生混凝土配合比为水泥∶粉煤灰∶砂∶粗骨料∶水=320∶80∶507∶1183∶180,水灰比为0.56。1 m3材料用量见表1。

在试验过程中再生粗骨料的吸水率和吸水速率都要高于天然骨料,按照普通混凝土配合比设计的再生混凝土,必须要增加用水量才能满足工作度要求。在相同单位用水量下,随着再生骨料取代率的增加,就会使混凝土的坍落度逐渐变小,流动性变差,但保水性和粘聚性较好。由于再生骨料表面粗糙和孔隙率大使得其吸水率大,拌合混凝土的流动性差。再生骨料表面粗糙,增加了拌合和浇筑时的摩阻力,所以再生混凝土比普通混凝土的保水性和粘聚力好[3]。

  3试验结果与分析

按照《普通混凝土力学性能试验方法》(GB/T50081-2002)测抗压强度。本试验采用的混凝土试件尺寸为100 mm ×100 mm ×100 mm,成型后在标准条件(温度20士3 ℃,相对湿度90%以上)下养护28 d。从养护箱中取出混凝土试样,将表面清理干净,检查其外观,将试块放在试验机的下压板或垫板上,试块的承压面应为成形时与顶面垂直的面,试件中心对准试验机的下压板中心,启动试验机,当上压板快要接触试块时,调整球座使两者均衡的接触,加荷速度为0.3~0.5 MPa/S,直至试样破坏,记下最大荷载F。试验结果见表2和图1。

3.1再生骨料吸水率的影响

再生粗骨料比天然骨料的吸水率高,吸水率对再生混凝土的强度有较大的影响。混凝土加水拌和后,再生骨料大量吸水,使水泥浆体中实际水灰比降低。低强度混凝土的水灰比变化对强度的影响较为敏感。吸水率随再生骨料掺量增大而增大,使得水泥浆体中的实际水灰比降低,随着实际水灰比的降低会影响再生混凝土的流动性,但再生混凝土的抗压强度有所提高。在再生混凝土中,再生骨料表面的水泥砂浆与新拌合的水泥砂浆的弹性模量相似,加强了骨料与浆体间的界面结合。

3.2粉煤灰的影响

粉煤灰对普通混凝土早期强度形成不利,但是粉煤灰粒径较细(粒径1~100 um)能填充水泥颗粒和再生骨料间大量的空隙,使得混凝土更加的密实。掺粉煤灰后的再生混凝土28 d强度与原混凝土抗压强度相差不大。同时水泥水化产物中的Ca(OH)2会与粉煤灰中的活性SiO2和活性AL2O3反应,生成具有胶凝性能的水化物从而增强混凝土的粘结力,它们和水泥硬化浆体结合十分牢固,使得混凝土后期强度有较快的提升。粉煤灰是火力发电厂燃烧煤后的工业废渣,价格便宜,可以有效减少水泥的用量,是一种环保型材料,应该推广使用。

3.3再生骨料亲水性的影响

再生骨料具有亲水性,在混凝土拌合时快吸水,当新的水泥颗粒进入再生骨料表面的微裂缝时,接触面增大使水化更加充分,形成致密的界面结构。界面结构加强在一定程度上补偿因为再生骨料强度较低而导致的再生混凝土性能的劣化。此外,因为再生骨料表面粘附水泥砂浆,使其粗糙度和与胶凝材料的粘结比天然骨料高很多。由于再生骨料的性能被优化,强度能得到一定的提高。

3.4试验结论   通过实验数据可以看出再生混凝土的抗压强度随粗骨料的取代率的增长而下降,同时再生骨料替换率越高强度下降的越快。且掺一定量的粉煤灰对再生混凝土的强度的影响不大,但可以有效减少水泥的用量。随再生骨料取代率的增大,其吸水性、亲水性和粉煤灰的活性效应越明显,再生混凝土结构的抗压强度的提高也就越大。

  4再生混凝土应用中存在的问题

4.1强度问题

混凝土强度往往会直接关系到建筑结构的`安全性,影响再生混凝土强度的因素有再生骨料的矿物组成、吸水性、孔隙率、加工方法、级配、内部裂纹和再生混凝土新旧界面的粘结力[5]。当前对再生混凝土强度机理有两种不同的解释,一是再生粗骨料的强度比天然骨料强度低且随废料的强度影响比较大;机械破碎过程中对骨料有一定的损伤,混凝土块中骨料和水泥浆体的粘结力下降致使强度降低。其二是再生骨料与新拌水泥浆之间的相容性较好,在一定程度上改善了界面的性能;再生骨料吸水率高等特点可以提高再生混凝土的强度。

目前再生混凝土应用在实际工程中不多,主要应用于试验研究,大部分人对再生混凝土的强度是否能达标持怀疑态度,可信度不高。同时,缺少相应的规范,技术规程和没有形成相对成熟的系统,是再生混凝土应用比较缓慢的原因。

4.2收缩大的问题

再生骨料比天然骨料的颗粒棱角多,包含着较多的硬化水泥砂浆,且原混凝土孔隙率较大,破碎时内部会产生大量微裂纹,所以再生骨料比天然骨料的吸水率和吸水速率要大[6]。吸水率高使得混凝土干缩和徐变增大。这里所说的吸水率与之前所提到的吸水率高有利于强度的说法并不矛盾,因为再生骨料能吸收新拌水泥砂浆中多余的水份, 使得骨料表面水灰比和混凝土拌合物的水灰比降低。所以用再生骨料配置再生混凝土时,需要减小再生混凝土的收缩性,以稳定再生混凝土工作性能[7]。

  5结语

再生粗骨料颗粒大多为表面附着部分废旧砂浆的次生颗粒,表面附着废旧砂浆的次生骨料颗粒自身差异性很大,对混凝土的性能产生很大的影响。再生粗骨料在破碎过程中内部会产生微裂缝,在混凝土内部产生应力集中。当混凝土承受荷载后,这些结构缺陷将导致混凝土在未达到极限强度即被破坏[8]。

再生混凝土满足普通混凝土基本性能要求,可以应用于实际工程。但是由于再生骨料原料年代大多较早,在当时的技术条件,混凝土的强度不高,会影响新拌合的再生混凝土的强度,一般只用于非承重结构的混凝土。为了让再生混凝土能在建筑领域更广泛的应用,如何提高再生混凝土的工作性能、物理性能、力学性能和耐久性还需要我们做更深入的研究。

  参考文献:

[1]许新兵,李生彬.废弃混凝土制备再生骨料及其性能研究[J].绿色科技,2015,6(6):301~301.

[2]魏鹏,游劲秋,陈佳琨. 再生混凝土的研究现状与应用前景[J].浙江建筑, 2008,25(11):59~61.

[3]刘昕,张雄,李雯霞,等.国内外再生粗骨料研究新进展[J].建筑技术,2010,1(41):64~65.

[4]柴玉军.再生混凝土工作性能研究[D].成都: 西南交通大学,2009.

[5]蒋敦凤,李拨. 再生混凝土的性能及研究方向[J]. 山西建筑,2009(16):162~163.

 

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