掺粉煤灰再生混凝土劈裂抗拉强度研究

荆慧斌，赖海珍，李阳，王冲

（1.中水珠江规划勘测设计有限公司上海分公司，上海 201999；2.崇明区农村水利管理所，上海 202150；3.西安理工大学水利水电学院，陕西西安 710048）

再生粗骨料主要是经加工破碎后粒径大于4.75 mm的废弃建筑材料（如砂浆、混凝土、砖瓦等材料）的骨料颗粒；再生细骨料主要是经加工破碎后粒径不大于4.75 mm的废弃建筑材料（如砂浆、砖瓦、混凝土等材料）的骨料颗粒[1-2]。为提高再生混凝土集料的利用范围，本文所研究暂不考虑再生混凝土细骨料对于再生混凝土强度的影响，本文着重研究再生粗集料。

目前，我国关于再生骨料的研究缺乏较为系统的应用研究，也缺乏较为完整的再生混凝土应用的技术规范、标准，仍处于实验室试验的初步阶段。Khaleel等人[3-6]提出了各参数对再生骨料混凝土性能影响的一种强度预测模型，并对再生骨料的性能强度使用多线性和非线性回归分析。贾艳东等学者通过相关的试验研究了不同的再生粗骨料替代率对再生混凝土抗压性能的影响，试验结果表明：再生骨料混凝土相较于天然骨料混凝土，它的力学性能有所下降，但根据规范要求其可以满足要求[7]，相同的结论路行文等学者进行的试验研究得以验证[8]。

本文通过试验研究再生骨料采用不同母体混凝土强度、再生粗骨料替代率等因素对再生骨料混凝土抗拉性能的机理进行研究。

1 试验方法

1.1 试验原材料

试验所采用材料见表1。

表1 试验材料表Tab.1 The experiment material

1.2 配合比设计

再生混凝土初步配合比根据《普通混凝土配合比设计规程》[9]外加一定的修正系数确定，粉煤灰掺量根据《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》[10]进行设计，然后再进行减水剂掺量设计。再生混凝土的强度根据所配制再生混凝土坍落度试验结果进行调整。各编号再生混凝土配合比见表2。

1.3 试验方法

试验测定抗拉强度的仪器是天水红山WAW-1 000型万能试验机。试件尺寸：100 mm×100 mm×100 mm。

试验试件在标准养护箱内混凝土试件养护28 d以后取出，对试件进行保湿，以出现干缩裂缝等；随后开始试验，首先检查混凝土试件表面光滑程度，随后对于混凝土试件的尺寸进行复核，精确到1 mm，计算再生混凝土受压面积。存在严重缺陷的再生混凝土试件应废弃；将再生混凝土试件放在混凝土压力试验机台座的正中央，当承压板与混凝土试件成型时的顶面垂直。开动试验机；进行劈裂抗拉试验时，在混凝土的上下部分别放置两根钢筋，保证上下面的钢筋都位于混凝土的中部；以0.5 mm/min的恒定速度进行加载，保持速度不变，加载由微机进行控制，拍照记录。图1显示了天然粗骨料和再生骨料混凝土的破坏形态。对于再生混凝土而言，破坏后裂缝发展方式有所不同，破坏的部位主要表现在两个部位：1）再生粗骨料和水泥砂浆之间的界面过渡区；2）再生粗骨料本身（从再生骨料中间破坏）。如图2所示，天然骨料混凝土破坏以后，天然骨料并没有出现破坏，裂缝主要沿着天然骨料与砂浆的结合面进行延伸。然而，对于再生混凝土立方体试件，劈裂以后的样品表现出完美的双边对称性，可以看出再生骨料在劈裂试验中发生了破坏。

图1 天然骨料混凝土劈裂抗拉破坏试件Fig.1 Destruction piece of natural aggregate concrete splitting tensile test

图2 再生骨料混凝土劈裂抗拉破坏试件Fig.2 Destruction piece of recycled aggregate concrete splitting tensile test

表2 再生混凝土配合比Tab.2 Mixing proportion of surface slab concrete

2 试验结果及分析

2.1 不同再生骨料替代率影响分析

试验测定结果见图3—图5。

图3 再生混凝土抗拉强度随着再生骨料掺量变化关系（w/c=0.45）Fig.3 The relationship between splitting tensile strength of recycled aggregate and recycled aggregate content（w/c=0.45）

图4 再生混凝土抗拉强度随着再生骨料掺量变化关系（w/c=0.40）Fig.4 The relationship between splitting tensile strength of recycled aggregate and recycled aggregate content（w/c=0.40）

根据以上变化关系曲线（图3—图5），可以得出：不同替代率对于再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度影响较大。随着再生骨料替代率的逐渐增大，其劈裂抗压强度趋于逐渐较小。

出现上述结果的原因主要有以下2个方面：

图5 再生混凝土抗拉强度随着再生骨料掺量变化关系（w/c=0.35）Fig.5 The relationship between splitting tensile strength of recycled aggregate and recycled aggregate content（w/c=0.35）

1）再生混凝土内部结合面

再生混凝土中粗骨料与所替代天然骨料粒径相同的情况下，是不会减少混凝土的抗拉强度的。然而，在再生混凝土的内部，存在着3个结合面，包括：再生骨料上黏结砂浆与自然骨料之间的结合面；再生骨料上黏结的旧砂浆与新砂浆直接的结合面；天然骨料与新砂浆之间的结合面。

根据前人研究成果可知：天然骨料与黏结砂浆、新砂浆之间的结合面对再生混凝土抗拉强度的影响较小。然而，再生骨料上黏结的旧砂浆与新砂浆直接的结合面影响较大。旧砂浆与新砂浆结合面随着再生骨料的含量增多而产生的就越多，因此，高替代率下的再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度较小。

2）再生骨料混凝土的孔隙率与含水率

拌和的再生混凝土在水化过程中，多余水分会从再生骨料中释放出来，致使含水率变大。再生骨料具有孔隙率大、压碎值高等基本性能。因此，再生混凝土在承受轴向应力时候，其较高的孔隙率与含水率容易形成应力集中现象，从而导致再生混凝土抗拉强度下降。

2.2 母体混凝土强度对再生混凝土抗拉强度的影响

试验测定结果见图6—图8。

根据以上变化关系曲线（图6—图8），可以得出：再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度与再生骨料的来源有着很大的关系，再生混凝土骨料的母体混凝土强度越大，导致再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度有所提高。

再生混凝土抗拉强度随着母体混凝土抗拉强度增加，其抗拉强度都有不同程度的增加。由于废弃混凝土破碎物（再生骨料母体混凝土）是再生混凝土粗骨料的主要来源。因此，再生骨料母体混凝土强度越高，所得到的粗骨料强度越高，骨料内部的微小裂缝也就越少，很大程度上提升了再生骨料的性质，于是，再生混凝土抗拉强度也会随之提高。

图6 再生混凝土抗拉强度随着母体混凝土强度的变化关系（w/c=0.45）Fig.6 Variation of splitting tensile strength of recycled concrete with the strength of parent concrete（w/c=0.45）

图7 再生混凝土抗拉强度随着母体混凝土强度的变化关系（w/c=0.40）Fig.7 Variation of splitting tensile strength of recycled concrete with the strength of parent concrete（w/c=0.40）

图8 再生混凝土抗拉强度随着母体混凝土强度的变化关系（w/c=0.35）Fig.8 Variation of splitting tensile strength of recycled concrete with the strength of parent concrete（w/c=0.35）

3 结论

通过天水红山WAW-1 000型万能试验机进行了不同再生骨料掺量以及不同母体混凝土强度再生混凝土的抗拉强度试验，得出以下结论：

1）对于再生混凝土而言，破坏后裂缝发展方式有所不同，破坏的部位主要体现在为2个方面：第一个方面为再生混凝土粗骨料与其所在部位周围的砂浆之间产生的界面薄弱过渡区内，另一个方面是体现在再生混凝土粗骨料本身的薄弱面。

2）再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度受再生混凝土粗骨料与其母体混凝土强度影响较大。再生混凝土粗骨料替代率的增大，再生骨料母体混凝土强度的提高，再生混凝土的劈裂抗拉强度有所增加。

[1]GHOLAMREZA FATHIFAZL，RAZAQPUR A，ISGOR ABDELGADIR O，et al.Creep and drying shrinkage characteristics of concrete produced with recycled concrete aggregate[J].Cement Concr Compos，2011（33）：1026-1037.

[2]SAGOE-CRENTSIL K K，BROWN T，TAYLOR A H.Performance of concrete made with commercially produced coarse recycled concrete aggregate[J].Cem Concr Res，2001，31（5）：707-712.

[3] 祝林超，李鹏，寇君淑，等.再生粗骨料混凝土物理力学性能研究进展[J].四川建材，2015，41（3）：13-14.ZHU Linchao，LI Peng，KOU Junshu，et al.Research progress of physical properties of recycled coarse aggregate concrete[J].Sichuan Building Materials，2015，41（3）：13-14.

[4] 文希，王泽云.再生混凝土的抗压强度的研究分析[J].四川建材，2010，36（1）：3-5.WEN Xi，WANG Zeyun.Research and analysis of compressive strength of recycled concrete[J].Sichuan Building Materials，2010，36（1）：3-5.

[5] HUDA S B，ALAM M S.Mechanical and freeze-thaw durability properties of recycled aggregate concrete made with recycled coarse aggregate[J].J Mater Civ Eng，2015，10（27）：1-9.

[6] 肖建庄.再生混凝土单轴受压应力应变全曲线实验研究[J].同济大学学报（自然科学版），2007，35（11）：1445-1449.XIAO Jianzhuang.Experimental study on stress-strain curves of recycled concrete under uniaxial compression[J].Journal of Tongji University（Natural Science），2007，35（11）：1445-1449.

[7] GUO Y，QIAO J，WANG X.Pore structure and influence of recycled aggregate concrete on drying shrinkage[J].Mathemat Probl Eng，2013：1-7.

[8]BOUCHERIT D，KENAI S，KADRI E，et al.A simplified model for the prediction of long term concrete drying shrinkage[J].KSCE J Civ Eng，2014（18）：2196-2208.

[9] 中华人民共和国住房和城乡建设部.普通混凝土配合比设计规程：JGJ 55-2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[10]中华人民共和国国家发展和改革委员会.水工混凝土掺用粉煤灰技术规范：DL/T5055-2007[S].北京：中国电力出版社，2007.