1、討論再生混凝土骨料級配對混凝土強(qiáng)度的影響研究摘要：骨料級配是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素之一。在水灰比 0.55 和水泥、細(xì)骨料、粗骨料的配合比為 1：2：2.75 情況下，對不同粗骨料級配情況下的再生混凝土工作性能和受壓強(qiáng)度進(jìn)行了實驗測試，通過實驗發(fā)現(xiàn)再生混凝土破壞形態(tài)和普通混凝土破壞形態(tài)相似，當(dāng)混凝土工作性能有保證時，再生混凝土的強(qiáng)度會增大。但當(dāng)混凝土工作性能沒有保證或變差時，強(qiáng)度會降低。在不同粒徑粒數(shù)分布滿足分形規(guī)律和滿足骨料級配的情況下，計算了包裹骨料需要的水泥漿與總水泥漿的比值，值可以反映不同骨料級配變化引起的骨料表面積的變化。值越大，骨料的表面積越大。較大時混凝土工作性能和受壓強(qiáng)度降低

2、。比值較小時混凝土工作性能和受壓強(qiáng)度提高。中部粒徑范圍骨料級配的變化對再生混凝土工作性能和受壓強(qiáng)度有明顯影響。再生骨料替代率分別為 50%、60%、100%時，粒徑范圍 9.5-19mm 和 1926.5mm 的骨料級配接近，再生混凝土強(qiáng)度可以高于天然骨料的混凝土強(qiáng)度。再生骨料替代大粒徑范圍骨料的強(qiáng)度小于替代小粒徑范圍骨料的強(qiáng)度。關(guān)鍵詞：再生骨料 級配 工作性能 強(qiáng)度 骨料表面積1. 引言 由于國內(nèi)大量的基本建設(shè)和各類工程建設(shè)需求，使得我國水泥產(chǎn)量在 2003 年達(dá)到 8 億噸，占當(dāng)年世界產(chǎn)量 42%，排名第一1。同時大量基礎(chǔ)工程改造和城市大規(guī)模拆遷每年產(chǎn)生大約 2.4 億噸的廢棄混凝土2。將

3、廢棄混凝土再生利用，既可有效減少建筑垃圾的數(shù)量，同時可節(jié)省天然石料、保護(hù)自然資源，是有效解決發(fā)展、環(huán)境、資源相互協(xié)調(diào)的有力措施。 廢棄混凝土經(jīng)過破碎、清洗、分級后,按一定的比例混合形成再生骨料,部分或全部代替天然骨料配制而成的新混凝土稱為再生混凝土。大量的再生混凝土研究表明再生粗細(xì)骨料對混凝土各項性能都產(chǎn)生影響3,4。經(jīng)過對再生骨料的替代率和水灰比的控制，可以制備滿足性能要求的各類混凝土，但從中也發(fā)現(xiàn)相同水灰比下的再生混凝土性能差異比較大，隨替代率提高，差異有增大的趨勢，反映出再生骨人員對再生骨料的吸水率、壓碎值指標(biāo)等特性已經(jīng)做了大量研究6，但對再生骨料級配對混凝土性能的影響研究比較少，而骨料

4、級配既是影響混凝土性能的關(guān)鍵因素之一，也是混凝土配合比設(shè)計的一個主要參數(shù)7，為此本文就再生混凝土骨料級配對混凝土強(qiáng)度的影響進(jìn)行研究。2.1 實驗原材料 水泥采用福建水泥有限公司建福水泥廠生產(chǎn)的建福牌 32.5普通硅酸鹽水泥，砂料為普通天然砂，拌和水為自來水。天然骨料采用天然石材加工而成的碎石，粒經(jīng)范圍為 4.7531.5mm，連續(xù)級配。廢棄混凝土塊從廈門某住宅小區(qū)拆遷現(xiàn)場采集，采集現(xiàn)場如圖 1 所示，采集的廢棄混凝土運(yùn)到碎石場破碎，碎石現(xiàn)場如圖 2 所示。廢棄混凝土經(jīng)破碎加工而成，選取粒經(jīng)范圍4.7531.5mm 的骨料作為連續(xù)級配再生骨料。典型的骨料顆粒如圖 3 所示，可以看出再生骨料顆粒有

5、：部分或全部水泥漿包裹的碎石骨料、水泥漿粘合幾塊碎石形成的骨料、水泥漿塊和碎石粘合形成的骨料、單獨(dú)的水泥漿塊骨料和單獨(dú)的碎石骨料等五種情況。天然骨料與再生骨料的級配見表 1，再生骨料的級配與天然骨料略有不同，再生骨料中大直徑顆粒相對較多。測試的骨料基本性能如表 2 所示，與大多數(shù)再生骨料特點(diǎn)相同，其堆積密度和表觀密度小于天然骨料，吸水率、壓碎值指標(biāo)都大于天然骨料，再生骨料的針片狀含量低于天然骨料。2.2 實驗分組 按骨料的不同級配，實驗分為 11 組，水灰比均為 0.55，單位體積細(xì)骨料相同，都為 800kg。各組的骨料級配設(shè)計如表 3 所示，各組混凝土的骨料級配和配合比見表 4。按表 4 不

6、同骨料粒徑范圍做出各組骨料的級配比例如圖 4 所示。2.3 試塊的制作與試驗方法 所有試驗混凝土拌和物均采用機(jī)器攪拌和振搗，按照普通混凝土拌和物性能試驗方法（GB/ T 50080 2002）操作9。24h 后拆模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至一定齡期測試其抗壓強(qiáng)度，試塊尺寸均為 100100100mm，抗壓強(qiáng)度測試按照普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/ T 50081 2002)操作10，壓力機(jī)型號為 YE-2000。3. 實驗結(jié)果和分析3.1. 再生混凝土的破壞形態(tài) 隨著荷載的增大，試塊表面開始出現(xiàn)細(xì)小的裂縫；荷載繼續(xù)增大，裂縫沿著受力方向發(fā)展，裂縫主要集中于試塊四角部分，少量裂縫在試塊中部

7、出現(xiàn)；荷載進(jìn)一步增大，裂縫開始向試塊中部發(fā)展，且試塊表面開始鼓起、剝落，試塊四角處出現(xiàn)很寬的裂縫；再增加荷載，混凝土塊大量剝落，試塊四角完全剝落，最終形成倒四角椎，破壞過程見圖 5。 從試塊的外在破壞形態(tài)來看，再生混凝土破壞形態(tài)和普通混凝土破壞形態(tài)相似。3.2. 各組混凝土的工作性能和強(qiáng)度 測試的各組混凝土的坍落度、保水性、和易性以及抗壓強(qiáng)度如表 5。從中可以看出不同骨料級配的混凝土不僅其工作性能相差很大，不同齡期的混凝土強(qiáng)度也相差很大。3.3. 實驗結(jié)果分析 由于各組混凝土試塊的水灰比和配合比相同，骨料級配的不同將形成不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于再生骨料吸水率大于天然骨料，所以隨再生骨料的增加，骨料

8、吸取了水泥漿體中更多的水分，使得水泥漿體的實際水灰比降低，當(dāng)混凝土工作性能有保證時，混凝土的強(qiáng)度會增大，如 A6、A8A11 各組的測試結(jié)果。但當(dāng)混凝土工作性能沒有保證或變差時，強(qiáng)度會降低，如 A2A5、A7 各組的測試結(jié)果。特別是增加小直徑骨料含量，使得工作性能降低，強(qiáng)度也很低。如 A7 的測試結(jié)果。4. 骨料級配對混凝土抗壓強(qiáng)度影響的理論分析 骨料與水泥漿的交接面強(qiáng)度是影響混凝土強(qiáng)度的一個主要因素11。當(dāng)交接面強(qiáng)度比較低時，混凝土強(qiáng)度也比較低，而交接面強(qiáng)度高時，混凝土強(qiáng)度也高。當(dāng)再生骨料吸取水泥漿體中的水分降低了水泥漿實際的水灰比，使得交接面強(qiáng)度提高時，再生混凝土的強(qiáng)度就會提高。但當(dāng)再生骨

9、料吸取水分后的水泥漿水灰比很小，使得交接面強(qiáng)度降低時，再生混凝土的強(qiáng)度也會降低。 交接面的強(qiáng)度主要由水泥漿包裹骨料的質(zhì)量即水泥漿和骨料之間的結(jié)合層控制12。混凝土中骨料總表面積就是結(jié)合層的面積，當(dāng)結(jié)合層厚度取相同值，就可以得到包裹骨料需要的水泥漿體積，用包裹骨料需要的水泥漿體積hh=.除以混凝土中水泥漿總體積 V可得比值/V=，反映了水泥漿和骨料之間形成結(jié)合層的相互關(guān)系。越接近 1，說明水泥漿體包裹骨料越難，結(jié)合層質(zhì)量越難以保證。計算不同級配再生骨料的 c，c可反映不同再生骨料級配吸取水分的程度。越大，說明骨料的吸水越多。4.1 骨料總表面積的計算 骨料總表面積的計算過程如圖 6 所示，骨料尺

10、寸的范圍為骨料篩分測試的上下限，如本次實驗中的骨料為 4.75-31.5mm。為將連續(xù)分布的骨料尺寸離散化，將骨料的尺寸按一定的尺寸差異進(jìn)行分割，如尺寸差異按 1mm 分割，則本次實驗的骨料尺寸可用的離散骨料尺寸表示。如果骨料的形狀假定為以其尺寸 d 為直徑的球體，則不同的骨料表面積為42。骨料組織結(jié)構(gòu)圖輸入混凝土體積或重量 計算骨料體積或重量 計算每級骨料的體積 輸入混凝土配合比（體積或重量）輸入骨料級配 計算每一尺寸骨料的數(shù)量輸入骨料每個級配單位重量或體積的顆粒數(shù)量輸出：骨料的總表面積 輸入：骨料尺寸范圍和骨料劃分尺圖 6 骨料總表面積計算框圖 級配可采用理論曲線或?qū)嶋H混凝土配合時各部分骨

11、料的重量，如本次實驗 A1 組四部分骨料的重量分別為35，584，343，140，其級配為0.0318，0.5299，0.3113，0.1270。 假定不同粒徑粒數(shù)分布滿足分形的規(guī)律13，按照分形概念，粒數(shù)分布曲線的分形度量公式可以寫成： 其中：為粒徑尺寸為的粒數(shù)，為分形常數(shù)，為分形維數(shù)。式適用于對分形曲線、分形面積和分形體積的度量。當(dāng)()Ndd0ND()11D=時, 對應(yīng)于線； 當(dāng)時, 對應(yīng)于面積；當(dāng),Nd2D=,Nd3D=時, 對應(yīng)于體積。取,Nd3D=代入()1 計算得出的骨料數(shù)量要滿足骨料級配不同范圍的體積要求，即： 其中：為第 i 段骨料范圍的體積，本實驗中 iV4i=。可以通過骨料

12、級配、骨料重量和密度計算得出。m 為第 i 段骨料粒徑尺寸的個數(shù)。由此可通過式 iV()1 和式(確定各部分骨料的分形常數(shù)，得出滿足骨料級配要求的各粒徑骨料數(shù)量。從而骨料總的表面積為： 其中：為骨料粒徑尺寸的總個數(shù)。為第kjdj 個粒徑尺寸的骨料直徑。4.2 比值的計算 水泥漿和骨料之間的結(jié)合層厚度 h 因不同的結(jié)合層理論定義可以從 50100m 到幾 mm 級14，對相對指標(biāo)的計算，可忽略厚度 h取值的影響，計算中取 0.1mm。混凝土中水泥漿總體積 V 為水泥、水和砂的體積總和。由此可按下式計算比值： 計算表 3 各組骨料的相對比值，與實測的混凝土受壓強(qiáng)度關(guān)系如圖 7 所示。比較圖 4 和

13、圖 7 可以看出，相對比值可以反映不同骨料級配變化引起的骨料表面的變化。如 A3 組小尺寸骨料增多，骨料表面積增大，比值增大。而 A2 組由于大尺寸骨料增多，骨料表面積減小，比值減小。比值與骨料表面積有很好的相關(guān)性。4.3 計算和實驗結(jié)果分析 從圖 7 可以看出，當(dāng)比值大于 0.085 時，不論混凝土工作性能好差，如 A3、A5、A7 組，受壓強(qiáng)度為 108134MPa。當(dāng)比值小于 0.085 時，混凝土工作性能較好，受壓強(qiáng)度可以達(dá)到 293430MPa。但其中增加粒徑范圍為 9.5-19mm 的骨料 ，同時減少粒徑范圍為 19-26.5mm 的骨料，如 A4；或減少粒徑范圍為 9.5-19m

14、m 的骨料 ，同時增加粒徑范圍為 19-26.5mm的骨料，如 A2；混凝土工作性能較差，受壓強(qiáng)度降低為 130184MPa。所以，當(dāng)比值比較小，如本例中小于 0.085 時，中部粒徑范圍 9.5-26.5mm 骨料級配差異較小時，混凝土工作性能較好，受壓強(qiáng)度高；而當(dāng)中部粒徑范圍 9.5-26.5mm骨料級配差異較大時，混凝土工作性能差，受壓強(qiáng)度低。當(dāng)比值比較大，如本例中大于 0.085 時，混凝土工作性能差，受壓強(qiáng)度低。 按混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程要求的骨料級配制備再生混凝土，如 A3、A4、A5 組，混凝土工作性能差，受壓強(qiáng)度為 129134MPa，強(qiáng)度比較低。而增加粒徑范圍 26.5-31

15、.5mm 和19-26.5mm 的骨料含量，如 A6、A8 組，混凝土工作性好，受壓強(qiáng)度達(dá)到388430MPa，強(qiáng)度比較高。當(dāng)增加粒徑范圍 4.75-9.5mm 的骨料含量，如 A7組，混凝土工作性能差，受壓強(qiáng)度僅為 108MPa，強(qiáng)度很低。 采用再生骨料的自然級配制備混凝土，如 A2，盡管比值比較小，但混凝土工作性能差，受壓強(qiáng)度為 184MPa，強(qiáng)度低。再生骨料替代率分別為 50%、60%、100%時，通過調(diào)整粒徑范圍 9.5-26.5mm 的骨料，使其級配接近，再生混凝土強(qiáng)度可以高于天然骨料的混凝土強(qiáng)度，如 A10、A11、A9、A6、A8 組的強(qiáng)度為 388430MPa 高于 A1 組強(qiáng)

16、度 293MPa。 再生骨料替代粒徑范圍 4.75-19mm 的骨料與替代粒徑范圍 19-31.5mm 的骨料分別制備再生混凝土，如 A10、A11 組，替代大粒徑范圍骨料的強(qiáng)度小于替代小粒徑范圍骨料的強(qiáng)度。5. 結(jié)論 通過實驗測試和計算分析，可以得出如下結(jié)論： 1、 相對指標(biāo)可以反映不同骨料級配變化引起的骨料表面的變化。值越大，骨料的表面積越大，包裹骨料需要的水泥漿越多。當(dāng)水灰比為 0.55 時，大于 0.085 時，混凝土工作性能好差，受壓強(qiáng)度低。當(dāng)比值小于 0.085 時，混凝土工作性能較好，受壓強(qiáng)度高。 2、 當(dāng)比值比較小時，中部粒徑范圍 9.5-26.5mm 骨料級配差異較小時，混凝

17、土工作性能較好，受壓強(qiáng)度高；而當(dāng)中部粒徑范圍 9.5-26.5mm 骨料級配差異較大時，混凝土工作性能差，受壓強(qiáng)度低。 3、 按混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程要求的骨料級配制備再生混凝土，混凝土工作性能差，受壓強(qiáng)度比較低。 4、 增加粒徑范圍 19-26.5mm 和 26.5-31.5mm 的骨料含量，混凝土工作性好，受壓強(qiáng)度高。而增加粒徑范圍 4.75-9.5mm 的骨料含量，混凝土工作性能差，受壓強(qiáng)度低。 5、 采用再生骨料的自然級配制備混凝土，盡管比值比較小，但混凝土工作性能差，受壓強(qiáng)度低。 6、 再生骨料替代率分別為 50%、60%、100%時，調(diào)整粒徑范圍 9.5-26.5mm 的骨料，使其

18、級配接近，再生混凝土強(qiáng)度可以高于天然骨料的混凝土強(qiáng)度。 7、 再生骨料替代大粒徑范圍骨料的強(qiáng)度小于替代小粒徑范圍骨料的強(qiáng)度。京都名師論文中心成立于 2000 年，是中國最頂級的論文工作平臺，致力于為全國各類客戶提供論文指導(dǎo)、發(fā)表論文服務(wù)，以提供高品質(zhì)職稱論文服務(wù)為己任，是全國唯一一家依托北京各大高校學(xué)術(shù)資源、設(shè)置在北京大學(xué)校內(nèi)的論文發(fā)表服務(wù)機(jī)構(gòu)。一直以來，京都名師論文網(wǎng)致力于對高品質(zhì)工程師職稱論文、企業(yè)工程師論文的傳承與傳播，對中國高品質(zhì)原創(chuàng)論文事業(yè)的推動，已得到社會各界的廣泛認(rèn)可和贊譽(yù)。參考文獻(xiàn)1 David Menzie, Pui-Kwan Tse, Mike Fenton, John J

19、orgenson, andHendrik van Oss：U.S. Geological Survey Chinas Growing Appetite forMinerals，available via the web at2 YZ Xu,JG Shi. Estimation and forecasting of concrete debrisamounts in China. Proceeding of ISISS2005. 944-957.3 Standard Descriptive Nomenclature for Constituents ofConcrete Aggregates ASTM C 294-054 Kikuchi M, Dosho Y, Narikawa M, Miura T. Application ofrecycled aggregate concrete for structural concrete, part-I