王建東，鐘 悅，吳桐青，田哲祺，盧 寬

（1.浙江工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，浙江 杭州 310032；2.浙江工業(yè)大學(xué)校園建設(shè)處，浙江 杭州 310014）

混凝土的再利用解決了建筑垃圾中大量廢棄混凝土的處理問(wèn)題，減少了對(duì)天然集料的開(kāi)發(fā)。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，在降低天然骨料的開(kāi)采量和廢棄混凝土對(duì)環(huán)境的影響的同時(shí)，又更好地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境和自然資源，這對(duì)建設(shè)高效節(jié)能型社會(huì)有著重要意義，并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于房屋建筑工程、市政工程和道路工程等［1］。但再生骨料與天然骨料相比，具有組成成分復(fù)雜、孔隙率高、吸水性大、強(qiáng)度低等特征，加上再生骨料混凝土中的全部或部分骨料與天然骨料的性狀和性質(zhì)都有一定差別，因而導(dǎo)致再生骨料混凝土的基本性能與天然骨料混凝土有著明顯差別。為了促進(jìn)再生混凝土的應(yīng)用和發(fā)展，本文在已有再生混凝土力學(xué)性能研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)再生骨料的級(jí)配、粗骨料替代率和受載形式等因素對(duì)再生混凝土的抗壓和抗?jié)B性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，為進(jìn)一步深入研究再生混凝土的各項(xiàng)性能做了基礎(chǔ)工作。

試驗(yàn)采用錢潮牌P.C 42.5復(fù)合硅酸鹽水泥，細(xì)度模數(shù)為2.4的中細(xì)河砂（表觀密度為2600 kg／m3），生活用自來(lái)水，粗骨料采用連續(xù)級(jí)配的碎石和再生粗骨料。其中，再生粗骨料由既有建筑物廢棄混凝土試塊（原設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30）經(jīng)人工破碎所得，試驗(yàn)采用的砂子級(jí)配見(jiàn)表1，再生混凝土骨料級(jí)配見(jiàn)表2。

表1 試驗(yàn)混凝土的砂的級(jí)配

表2 再生混凝土的粗骨料篩分結(jié)果

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)了不同再生粗骨料替代率、水灰比、礦物摻和料的再生混凝土。其中，再生粗骨料取代率為0%、50%、75%、100%，設(shè)計(jì)水灰比為0.4［2］，再生混凝土配合比見(jiàn)表3。

表3 混凝土試件的配合比

1.2 制作、養(yǎng)護(hù)和測(cè)試方法

考慮試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性，每組制備了6個(gè)150 mm×150 mm×150 mm試件，以及6個(gè)直徑Φ100 mm×50 mm的圓柱狀試件，試件按規(guī)范《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程（SL 352—2006）》［3］成型，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后，分別進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)（每組取3個(gè)150 mm×150 mm×150 mm試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，另取3個(gè)直徑Φ100 mm×50 mm試件進(jìn)行水滲透試驗(yàn)），剩余試件放入持載裝置，加載裝置見(jiàn)圖1，試驗(yàn)持載荷載取抗壓強(qiáng)度值的50%，待持載365 d后，再進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試和測(cè)定水滲透系數(shù)。

圖1 加載裝置

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 骨料替代率對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

混凝土抗壓強(qiáng)度隨再生骨料替代率的變化見(jiàn)圖2，再生混凝土28 d齡期試件（不受持載作用的再生混凝土）的抗壓強(qiáng)度隨替代率的增大而減小，分析原因主要是再生骨料的摻入，使混凝土內(nèi)部空隙變大，易于產(chǎn)生應(yīng)力集中，再生混凝土中存在許多弱界面過(guò)渡帶，從而導(dǎo)致了再生混凝土抗壓強(qiáng)度的降低［4-6］。當(dāng)再生集料替代率為50%～75%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度值變化不大，相較于對(duì)比組強(qiáng)度下降也不明顯。這驗(yàn)證了一些學(xué)者的研究結(jié)論：再生混凝土的最優(yōu)再生骨料取代率將介于50%～75%之間［7-10］，原因是此時(shí)混凝土形成了較優(yōu)的合成級(jí)配，并且再生集料吸水率大，導(dǎo)致水泥漿體的實(shí)際水灰比降低，再生混凝土抗壓強(qiáng)度適當(dāng)提高。

圖2 再生混凝土的抗壓強(qiáng)度值

此外，相同條件下，隨著再生骨料替代率的提高，其抗壓強(qiáng)度有降低趨勢(shì)。

2.2 受載狀態(tài)對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖2可知，試驗(yàn)采用的對(duì)于受載作用的混凝土，其抗壓強(qiáng)度值相較于不受持載作用、同等摻量的再生混凝土有較為明顯的提高。分析其原因，一方面是受混凝土碳化的影響：即混凝土隨時(shí)間的增長(zhǎng)，其內(nèi)部堿性物質(zhì)Ca（OH）2逐漸與空氣中的CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽CaCO3和水，水從孔隙中蒸發(fā)后，Ca（OH）2與CO2的化學(xué)產(chǎn)物碳酸鈣提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度；另一方面試件在長(zhǎng)期持載的作用下，混凝土被逐漸壓密，混凝土中孔隙率變小，一定程度上也對(duì)再生混凝土的抗壓性能起到了促進(jìn)作用。

2.3 破壞形態(tài)的分析

無(wú)論是受載或未受載的再生混凝土與普通混凝土的破壞形態(tài)基本相同。即混凝土試樣受壓到一定荷載時(shí)，在側(cè)面上形成裂紋并繼續(xù)擴(kuò)展，隨著載荷的不斷增加，試樣的表面開(kāi)始出現(xiàn)大裂紋和剝離現(xiàn)象，中間剝離最為嚴(yán)重，最終形成破裂狀態(tài)：中間較細(xì)，上、下較粗。

2.4 受載與再生粗骨料替代率對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響

無(wú)論試件是否受載，再生混凝土的抗?jié)B性能受再生粗骨料替代率的影響明顯，從圖3中可以看到，隨著再生粗骨料替代率的增加，其抗?jié)B性能逐漸變差。分析原因是再生粗骨料的表面一般包裹著硬化的水泥砂漿，水泥砂漿表面棱角多，當(dāng)試件受水壓時(shí)，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)許多細(xì)小裂縫，致使再生骨料的孔隙率變大，水越容易滲入，因此混凝土的抗?jié)B性能就變差。

3 結(jié)語(yǔ)

再生混凝土的抗壓強(qiáng)度隨替代率的增大而減小，持載后的混凝土抗壓強(qiáng)度略有提高；再生混凝土的抗?jié)B性能均隨替代率的增大而減小，持載作用也降低再生混凝土的抗?jié)B能力。