关于水胶比对混凝土拌合物特性的影响

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基于水胶比和再生粗骨料取代率对混凝土性能的影响分析

孙家国 ，谷艳玲

（武夷学院 土木工程与建筑学院，福建 武夷山 354300）

摘要：通过水胶比和再生粗骨料取代率的变化，以C30为设计强度，利用均匀设计法制定了15组试验方案，研究其对混凝土流动性和抗压强度的影响规律。试验结果表明:再生混凝土抗压强度随水胶比增大而降低，当取代率在50%以下时具有较好的稳定性；再生粗骨料取代率对混凝土强度影响较大，其强度普遍低于普通混凝土，尤其取代率为30%和50%时表现较为明显。当水胶比0.40、再生粗骨料取代率100%时，混凝土28d抗压强度可以达到45.2mpa.

关键词：再生混凝土；水胶比；抗压强度；试验

0 前言

目前，随着我国工业化和城市化进程的不断加快，产生的建筑垃圾堆积如山，据统计我国城市建筑垃圾的年产量可达24亿t左右，其中绝大部分是废弃混凝土[1]，而且每年都以8%左右的速度递增，预计2020年废弃混凝土的产量将达到6.38亿t，带来了相当大的环境压力和资源浪费[2]，直接影响了生态文明建设，因此，对废弃混凝土进行再生循环利用迫在眉睫。当前，废弃混凝土最有效、最直接的利用途径是加工成再生粗骨料用于生产再生混凝土，这不仅可以减少资源的浪费，更有利于推动建筑行业绿色发展，具有显著的社会效益、生态效益和经济效益，是我国城市能否可持续发展的关键因素[3]。

然而相比较于普通混凝土而言，影响再生混凝土强度的因素较为复杂，必须通过试验确定影响因素[4]。近年来，我国许多专家学者已经开展废弃混凝土再利用的研究，并取得一定的成果，但相关研究仍缺乏系统性和针对性。本研究主要基于不同水胶比和再生粗骨料取代率，以C30为设计强度，利用均匀设计法制定了15组试验方案，探究其对混凝土流动性和抗压强度的影响规律，找出再生混凝土的最佳配合比。

1 试验材料

1.1 水泥

试验所使用的水泥是江西省生产的万年青牌P.O 42.5，其细度为1.22。

1.2 砂

采用武夷山当地的河砂，中砂，级配良好，其物理性能见表1。

表1砂子的物理性能

1.5 水

武夷山当地的自来水。

1.6减水剂

选用福州君安建材有限公司生产的YS-A型混凝土高效能减水剂，减水率15%。

2 试验研究

2.1再生混凝土配合比

试验按照强度等级为C30，坍落度80 mm，砂率取38%进行配合比设计，采用水胶比为0.4、0.5和0.6三种，废混凝土等质量取代天然粗骨料，取代率分别为0、30%、50%、75%和100%。采用均匀设计法制定了15组试验方案，具体方案见表3。

表3 再生混凝土试验方案（kg/m3）

2.2 混凝土试件的制作

根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》( GB /T50081—2002)（以下简称《标准》）的规定，试块采用150 mm×150 mm×150 mm标准试模，按照试验方案制作成15组试块，每组测试7 d、28 d和56 d的抗压强度和工作性能，每次确定的强度值取三个数据的平均值，故每组按照7 d、28 d和56d三个养护龄期分别制作9个试块，总计135个试块。

2.3 流动性测试

根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》( GB /T50080—2002) 进行坍落度试验，测定不同试验组别混凝土拌合物的流动性，试验结果见表4。

表4 再生混凝土拌合物坍落度值(1)

3 试验结果分析

3.1 流动性影响分析

以水胶比和废混凝土取代率为变量，通过测试不同试验方案再生混凝土的坍落度值，得出其对再生混凝土流动性的影响规律，其试验结果见图1。

由图1可以看出：随着废混凝土取代率的增加，三种水胶比的再生混凝土坍落度值均呈现明显的下降趋势，而且下降率基本相同，当再生骨料取代率达到75%时，再生混凝土坍落度最低为89 mm，已接近预设的混凝土坍落度值(80mm)；当再生骨料取代率达到100%时，再生混凝土坍落度最低是68mm，已低于预设的混凝土坍落度值(80mm)。

研究结果表明:由于废混凝土的孔隙率大且吸水性好，其吸水率要大于天然粗骨料，即再生粗骨料需要更多的水才能使其达到饱和水且表面干燥的状态[5]，因此，在用水量相同的条件下，减少了实际用于拌合混凝土的水量，导致混凝土的流动性变差；同时，再生粗骨料表面附着旧水泥砂浆，表面比较粗糙，造成再生混凝土的和易性降低[6]。

3.2再生粗骨料取代率对抗压强度的影响分析

本试验以废混凝土取代率为变量，通过测试不同试验方案混凝土的抗压强度，得出其对7 d 、28 d 和56d龄期混凝土抗压强度的影响规律，其试验结果见图2-图4。

从图2-图4中可以看出，废混凝土取代率对不同龄期再生混凝土抗压强度的影响规律基本相同，但是混凝土的强度并不是随着再生粗骨料取代率的多少而有规律的变化，而是大致围绕基准配合比混凝土抗压强度上下波动。当再生粗骨料取代率为30%时，28d和56d的抗压强度最低，其水胶比为0.6时28d 的抗压强度仅为28.4mPa；当再生粗骨料取代率为50%时，7d的抗压强度最低，其水胶比为0.6时7d 的抗压强度仅为20.2mPa；当再生粗骨料取代率超过50%时，混凝土的抗压强度则有所增加，但是低于基准配合比混凝土的抗压强度。

分析表明：废混凝土不仅棱角多，而且表面粗糙，具有粘结面较好、界面粘结强度较高的特性［7］；另外，由于废混凝土的吸水性强，遇水后能快速湿润，促使其表面的许多微裂缝立刻吸入水泥颗粒，加快了水化反映速度，形成致密的界面结构，在一定程度上补偿了废混凝土强度较低的缺陷。

3.3 水胶比对抗压强度的影响分析

本试验以水胶比为变量，通过测试不同试验方案混凝土7d 、28d 和56d的抗压强度值，得出水胶比对不同龄期混凝土抗压强度的影响规律，其试验结果见图5-图7。

由图5-图7可以发现， 再生混凝土抗压强度随着水胶比的增大而逐渐降低，与普通混凝土基本相似，在水胶比为0.40时，再生混凝土取代率为0%时（基准配合比），28d抗压强度最高达到46.6 mPa。在水胶比为0.60，取代率为75%时，28d抗压强度是31.9mPa，是本试验在同等条件下唯一再生混凝土强度大于基准配合比混凝土（31.7mPa）。但通过对不同粗骨料取代率下运用线性拟合分析水胶比的影响时，发现水胶比的影响规律不尽相同。在水胶比从0.40增至0.50，取代率为0%、30%和50%时，再生混凝土抗压强度呈现出规律性的降低，线性斜率呈逐渐增大变化，但在取代率75%时强度降低较大，在取代率100%时，甚至出现一定的增加，表现出不稳定的变化；在水胶比由0.50增至0.60时，抗压强度值总体上呈现出比较平稳的波动，但在取代率100%时，还是出现较大的增加幅度，在一定程度上存在不稳定的变化。可见水胶比对于再生粗骨料取代率为75%、100%两种再生混凝土抗压强度的硬影响还是比较明显的，但规律性不强。然而对于取代率低于50%的再生混凝土抗压强度呈现出规律性的变化。

研究表明，由于再生粗骨料表面的粗糙程度比天然骨料大，且再生粗骨料表面包裹着旧水泥砂浆，导致界面结合得到一定强化；此外，由于废混凝土的吸水率较高，降低了混凝土的有效水胶比，提高了再生混凝土的抗压强度 [8]。

4 结语

（1） 水胶比对再生混凝土抗压强度的影响规律同普通混凝土基本相似，当取代率50%以下时具有较好的稳定性。但对于粗骨料取代率为75%、100%，其水胶比大于0.50时，再生混凝土的抗压强度表现出相当不稳定的状况，变化规律性不强。

（2） 再生粗骨料取代率对混凝土强度有较大影响，这是由于再生粗骨料中天然骨料与老砂浆之间，以及再生粗骨料与新砂浆之间的界面过渡区比较薄弱，导致其强度低于普通混凝土，尤其是再生粗骨料取代率为30%和50%时表现较为明显。

（3） 从再生混凝土的抗压强度试验中可看出，其破坏断面主要集中在粗骨料的界面，试验中只有少量粗骨料被劈开的情况，从整个破坏形式来看，再生混凝土立方体试块的破坏基本上是骨料和砂浆结合面的滑动导致的破坏，同普通混凝土破坏形式基本一致。

（4） 在本试验中，废弃混凝土来源武夷山当地旧建筑物，强度等级以C30为主，但在实际工程中，再生粗骨料的来源比较复杂，其性能也差别较大，这也就给再生混凝土的研究带来了很多不确定因素，因此，对于再生粗骨料的不同来源应该作进一步的研究。

参考文献：

[1] 孙家国，谷艳玲. 基于矿渣再生混凝土抗压强度试验分析[J]．重庆科技学院学报（自然科学版），2014（3）：109-111.

[2] 邓旭华.水灰比对再生混凝土强度影响的试验研究[J].混凝土,2005（2）：46-48.

[3] 袁继峰，王卫，陆永涛. 水胶比和再生粗骨料取代率对再生混凝土强度影响的试验研究[J]. 重庆建筑，2014（10）：83-85.

[4] 薛建阳，罗峥，元成方，等.再生混凝土力学性能及耐久性能试验研究[J].工业建筑，2013（10）：86-88

[5] 吴中伟.高性能混凝土—绿色混凝土[J]．混凝土与水泥制品，2000（1）：3-6.

[6] 贾淑明，赵永花，姚旭.再生混凝土技术的发展及应用[J].中国建材科技，2013（1）：22-26.

[7] IKONOMOU N D. Recycled concrete aggregates[J]. ment and Concrete Composites ，2005，27(2): 315-318.

[8] 邓寿昌，罗冠祥.混凝土配合比设计与再生混凝土配合比设计方法的比较与分析[J].惠州学院学报，2011，31（3）:9-18.

基金项目：福建省自然科学基金项目“基于矿渣和再生骨料耦合配制混凝土力学性能和耐久性研究”（2015J01648）；南平市指导性科技计划项目“武夷山再生骨料生态护坡混凝土的配置及应用研究”（N2014D02）