再生混凝土抗压强度试验研究

高 旭，王 宁（山东科技大学土木工程与建筑学院，山东青岛 ）

0 引言

近些年来国家大力推动绿色节能型建筑发展，拆除建筑所产生的大量废弃混凝土处理起来非常棘手，将其破碎后作为骨料重新使用是一种绿色环保的措施[1]。将已凝结成型的混凝土经破碎、筛选、清洗后替代石子拌制而成的混凝土称为再生混凝土[2]。再生混凝土的使用不仅可以解决建筑垃圾处理问题，同时可以降低工程建造材料的成本，还有效的节约天然资源的使用，符合我国可持续发展的政策方向[3]。我国学者对再生混凝土的研究相比于国外学者较晚，本文通过对不同取代率的再生混凝土试块进行抗压试验，为今后再生混凝土研究及工程应用提供试验数据基础。

1 试验设计

1.1 材料基本性能

本次试验所使用山水牌P·O42.5R普通硅酸盐水泥，拌和及养护所用的水为饮用自来水，使用普通河砂为细骨料，标准中砂，所用粗骨料分为天然石子和再生粗骨料，再生粗骨料为青岛市某拆除废弃混凝土构件经破碎、过筛、冲洗、晒干后而成，本试验主要研究再生粗骨料性能对拌合成的再生混凝土力学性能的影响，因此对粗骨料性能进行相关的性能测试。见表1。

1.2 配合比设计

本试验龄期参数分别为7 d，14 d，28 d，100 d四个龄期，粗骨料取代率分别为0%，50%，100%，混凝土立方体试件尺寸100 mm×100 mm×100 mm，共12组36块，配合比设计符合《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55—2011内的相关要求，因所用的再生粗骨料吸水率过大，在拌和时增加3%的附加吸水量，配合比具体内容见表2。

表1 粗骨料性能指标

表2 再生混凝土的配合比 kg/m3

1.3 试件制作及加载设备

采用强制350搅拌机进行混凝土搅拌，先将粗骨料，水泥，砂按次序加入并搅拌均匀，减水剂同拌合用水搅拌并加入搅拌机内，水分3次加入，待各种材料搅拌成胶凝状态，坍落度符合要求后卸料并装入试模进行振动台振捣，表面无气泡浮出时停止振捣，试件静置24h拆模后进行编号，置于养护箱标准养护至28 d，到达设计龄期进行抗压强度试验。

试验加载设备为长春产的TAW-2000电液伺服岩石三轴仪，抗压强度试验采用力控加载，先进行预加载至2 kN，然后采用加载速率为2 kN/s匀速加载，至试件压坏停止试验。

2 试验现象

再生混凝土立方体抗压破坏状态与普通混凝土较为相似，随着轴向荷载的增大，试件最终剥落成X型，见图1，不同在于再生混凝土破坏时出现裂缝劈裂了再生骨料，普通混凝土破坏裂缝均未出现劈裂天然骨料，再生混凝土试件开裂荷载随龄期的延长有所增大，100 d较7 d龄期时裂缝发展快，试件破坏较迅速。这是因为再生粗骨料还有老砂浆成分[4]，这些老砂浆强度低于天然的粗骨料，受压时在再生粗骨料易被劈裂，养护初期，试件内部水化反应还未充分，试件硬度较低，长龄期时，试件内部水分充分耗尽，破坏时表现出脆性破坏形态。

图1 立方体抗压破坏

3 结果分析

3.1 立方体抗压强度

再生混凝土立方体抗压强度试验结果列于表3内，为了使试验结果数据更具有代表性，每组每各龄期做3个试件，当实际测出的3个强度值中最大值或最小值与平均值之差小于15%时，以平均值作为强度值；若大于时，则取中间值作为强度值。本试验进行理论研究，所以不考虑非标准试件尺寸效应影响系数。

表3 抗压强度平均值 MPa

由表3的试验结果可知：长龄期再生混凝土立方体抗压强度大于短龄期抗压强度，同龄期再生混凝土立方体抗压强度随再生骨料取代率的增大有所降低。在7 d龄期时，B、C组相比于A组抗压强度降低分别为1.68%、25.68%，在28d龄期时，B、C组相比于A组抗压强度降低分别为12.34%，14.98%。这是因为再生粗骨料在经颚式破碎机破碎时，造成骨料内部损坏，试件浇筑的新拌砂浆强度小于粗骨料强度，所受荷载主要由骨料承担，A、B组结果值较为接近。随着养护龄期延长，新砂浆强度增长，试件整体刚度增大，B组试件内部再生粗骨料产生的不利影响明显；C组试件内部所含总砂浆量较多，新砂浆强度增长对试件后期抗压强度产生有利影响。

3.2 相对立方体抗压强度

将试验结果以7 d抗压强度值为基准进行归一化见图2。分析相对立方体抗压强度可知，在14～28 d区间内B组、C组曲线斜率小于等于A组，这说明再生混凝土抗压强度增长速率小于普通混凝土；在28～100 d区间内B组、C组曲线斜率大于A组，分析原因是再生粗骨料内部的微缝隙在拌和时吸入部分水，试件脱离恒温恒湿养护条件后，外表水分蒸发，缝隙内部水分释放后在试件内部形成内养护模式，相当于养护时间延长，有利于后期强度增长。

图2 相对立方体抗压强度

3.3 强度推算曲线

研究表明普通混凝土强度与龄期呈指数关系[5]，使用龄期-强度关系推算长期强度有利于今后再生混凝土的应用，本文对所试验的每组再生混凝土试验结果进行数学拟合具体公式如下：

决定系数R2是判别数据与模型相关性的参数，越接近1表示相关性越好，从图（3）可知拟合结果的R2均大于0.97，说明拟合结果与实测值吻合较好。

图3 立方体抗压强度-龄期曲线

4 结论

（1）再生混凝土轴向受压试验破坏形态呈X型。与普通混凝土的不同点在于再生混凝土出现裂缝发展将再生粗骨料劈裂，普通混凝土未出现；随龄期延长再生混凝土开裂荷载增大，试件破坏表现出脆性破坏形态。

（2）长龄期再生混凝土立方体抗压强度有所增大。28 d龄期之前，再生混凝土强度增长速率小于普通混凝土，28 d龄期之后，再生混凝土强度增长速率大于普通混凝土，其原因是裂缝内吸入的水对内部提供二次养护有利于后期强度增长。高取代率比低取代率的再生混凝土抗压强度有所降低，分析其原因是再生粗骨料在破碎时产生原始破损，使其拌和而成的混凝土强度也随之降低。

（3）通过对再生混凝土抗压强度的试验结果进行数学拟合，拟合结果与实测值相关系数R2均大于0.97，较好的吻合，为今后再生混凝土设计使用提供试验基础。