再生粗骨料特性及其對再生混凝土性能的影響

1、收稿日期:2003-12-01;修訂日期:2004-01-14基金項目:上海市科學技術委員會資助項目(02DZ12104作者簡介:李佳彬(1978-,男,河北獻縣人,同濟大學碩士.文章編號:1007-9629(200404-0390-06再生粗骨料特性及其對再生混凝土性能的影響李佳彬1,肖建莊1,孫振平2(1.同濟大學建筑工程系,上海200092;2.同濟大學混凝土材料研究實驗室,上海200092摘要:系統(tǒng)測試了再生粗骨料的基本特性,研究了不考慮與考慮再生粗骨料的高吸水特性時再生混凝土的基本性能.結果表明,再生粗骨料的基本性能與天然骨料相比存在一定差異,主要表現(xiàn)為密度低、吸水率大、壓碎指標大、

2、堅固性差.不考慮再生粗骨料的吸水特性時,再生混凝土的坍落度偏小,強度低于普通混凝土,且水灰比越大,強度降低越多;考慮再生粗骨料的吸水特性時,再生混凝土可獲得與普通混凝土相近的坍落度,強度則較普通混凝土降低更多,但其降低程度隨水灰比的增大而減小.關鍵詞:再生粗骨料;再生混凝土;吸水率;坍落度;抗壓強度中圖分類號:X 799.1;TU 528.041文獻標識碼:AProperties of R ecycled Coarse Aggregate andIts Influence on R ecycled ConcreteL I Jia 2bi n 1,X IA O Jian 2z huang 1,S

3、 U N Zhen 2pi ng 2(1.Department of Building Engineering ,Tongji University ,Shanghai 200092,China ;2.Laboratory of Concrete Materials Research ,Tongji University ,Shanghai 200092,China Abstract :Some properties of recycled coarse aggregate (RCA were tested.The basic performance of recycled concrete

4、with or without considering the high water absorption of RCA was studies.The re 2sults indicate that properties of RCA are different from that of natural coarse aggtegate (NCA ,mainly characterized as low density ,high water absorption and crush index as well as low soundness.The slump and compressi

5、ve strength of concrete with recycled aggregate are lower than that of concrete with natural aggregate when high water absorption of RCA is not considered.However ,when high water absorption is considered ,the compressive strength decreases further ,while the slump can be similar to that of concrete

6、 with natural aggregate.K ey w ords :recycled coarse aggregate (RCA ;recycled concrete ;water absorption ;slump ;compres 2sive strength盡管混凝土材料的使用壽命較長,但是混凝土構筑物或建筑物在使用一段時間后,終將由于各種因素而被拆除,從而產(chǎn)生大量廢棄混凝土.再生混凝土技術可實現(xiàn)對廢棄混凝土的循環(huán)利用,通常被看作是發(fā)展綠色混凝土的主要措施之一1.再生混凝土是利用再生骨料,部分或全部替代天然骨料配制而成的混凝土.所謂再生骨料是指由廢棄混凝土經(jīng)破碎、分級所形成的骨料.

7、根據(jù)其粒徑的大小,再生骨料可以分為再生粗骨料(粒徑>5mm 和再生細骨料(粒徑<5mm .第7卷第4期2004年12月建筑材料學報JOURNAL OF BU ILDIN G MA TERIAL SVol.7,No.4Dec.,2004Sidney 2指出,由于再生細骨料中含有大量水化水泥漿體和二水石膏,不宜再用于拌制混凝土,因此再生骨料一般指再生粗骨料.近年來,一些發(fā)達國家相繼制定了再生骨料的質(zhì)量標準和使用規(guī)程3.國內(nèi)關于再生粗骨料基本性能的研究已有所開展46,但尚未制定出相應的標準或規(guī)程,加之再生粗骨料本身的隨機性和變異性,故仍需要對其基本特性及其對再生混凝土性能的影響進行系統(tǒng)的

8、研究.1再生粗骨料基本性能試驗1.1試驗原材料再生粗骨料由上海某機場跑道廢棄混凝土經(jīng)顎式破碎機破碎而成,該批廢棄混凝土年代較久,技術資料不詳.再生粗骨料的外形介于碎石與卵石之間,略扁并帶有若干棱角,孔隙較多,表面附著有30%(質(zhì)量分數(shù),本文中所涉及的各百分數(shù)均為質(zhì)量分數(shù)左右的硬化水泥漿;粒徑主要包括515mm 和1531.5mm 兩種.天然粗骨料為碎石,粒徑為531.5mm.1.2粗骨料級配天然粗骨料(NCA 為連續(xù)級配;再生粗骨料采用連續(xù)級配(RCA 和自然級配(RCA 2種.NCA 與RCA 的級配組成見表1所示.選擇RCA 是考慮到由目前的破碎工藝所形成的再生粗骨料一般不可能達到連續(xù)級配

9、,故將現(xiàn)有粒徑按不同比例組合,測試其堆積密度,堆積密度最大的即為較優(yōu)的自然級配.通過測試可知,當515mm 與1531.5mm 再生粗骨料之質(zhì)量比達32時,其堆積密度最大,為1290kg/m 3,故本文中取再生粗骨料自然級配(RCA 為2種粒徑(515mm ,1531.5mm ,它們的質(zhì)量比為32.1.3主要試驗結果按照普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標準及檢驗方法(J G J 5392,主要測試了再生粗骨料的堆積密度、表觀密度、吸水率、針片狀顆粒含量、壓碎指標、含泥量和堅固性等指標.1.3.1堆積密度與表觀密度試驗結果見表2.由表2可見,與天然粗骨料相比,再生粗骨料的堆積密度與表觀密度分別降低了約

10、13%和12%,原因主要是其表面水泥砂漿的含量較高.表1天然粗骨料與再生粗骨料的級配組成T able 1G rading of NCA and RCA w /%Code Scope/mm51010202031.5NCA 14.3646.6838.96RCA 12.560.7636.68表2天然粗骨料與再生粗骨料的堆積密度和表觀密度T able 2Bulk density and app arent density of NCA and RCA Code Bulk density/(kg m -3Apparent density/(kg m -3NCA 14532820RCA 12602482R

11、CA 129025201.3.2吸水率10min ,30min ,24h 的吸水率測試結果見表3.由表3可見,再生粗骨料的吸水率明顯高于天然粗骨料.RCA 和RCA 的吸水率分別約為NCA 的16倍和23倍.原因主要是再生粗骨料表面附著部分水泥砂漿,其孔隙率大,在短時間內(nèi)即可吸水飽和,10min 可達飽和程度的85%左右,30min 可達飽和程度的95%以上.為反映粒徑與再生粗骨料吸水率的關系,測試了510mm ,1020mm ,2031.5mm 粒徑的再生粗骨料10min ,30min 和24h 的吸水率,結果見表4.可見,再生粗骨料的吸水率隨粒徑的減小而增加.這是因為再生粗骨料粒徑愈小,其

12、比表面積越大,從而使吸水率越大.1.3.3壓碎指標NCA ,RCA 和RCA 的壓碎指標值分別為4.04%,17.1%和15.2%.再生粗骨料的壓碎指標值顯著大于天然粗骨料,表明其強度較低.這主要是因為再生粗骨料表面水泥砂漿含量較高,導致其較易破碎.193第4期李佳彬等:再生粗骨料特性及其對再生混凝土性能的影響表3天然粗骨料與再生粗骨料的吸水率T able3W ater absorption of NCA and RCA w/% Code10min30min24h NCA0.3320.3820.40 RCA 5.680 5.960 6.25 RCA8.3408.8209.25表4不同粒徑再生粗

13、骨料的吸水率T ab le4W ater absorption of R CA w ith different grading w/% Grading/mm10min30min24h 51011.4813.6213.681020 3.92 4.51 4.562031.5 2.63 3.12 3.181.3.4針片狀顆粒含量NCA,RCA和RCA的針片狀顆粒含量分別為4.8%,5.7%和6.2%,這3個數(shù)值相差不大,表明再生粗骨料的形狀與天然粗骨料較為相似,其形狀不會對再生混凝土的工作性和強度產(chǎn)生顯著的不良影響.1.3.5堅固性NCA,RCA和RCA的堅固性試驗結果(質(zhì)量損失率分別為3.2%,8

14、.7%和9.2%.表明再生粗骨料的堅固性低于天然粗骨料,耐久性較差,因此應對再生混凝土的耐久性進行系統(tǒng)研究.1.3.6含泥量NCA,RCA和RCA的含泥量試驗結果分別為1.80%,3.55%和4.08%.可見再生粗骨料的含泥量高于天然粗骨料,這主要是由于再生骨料的破碎工藝所致.含泥量過高會對混凝土的性能產(chǎn)生不利影響,如強度降低,干縮率增大等.綜合上述試驗結果可知,再生粗骨料的性能與天然粗骨料相比存在較大差別,但仍能基本滿足普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標準及檢驗方法(J G J5392中對粗骨料的要求.因此,從對骨料要求的角度來講,再生粗骨料用于配制普通混凝土是可行的.2再生混凝土基本性能試驗2.

15、1試驗原材料水泥為海螺牌32.5R普通硅酸鹽水泥,砂為普通黃砂,拌合水為自來水.天然粗骨料為連續(xù)級配,再生粗骨料采用自然級配RCA.2.2配合比設計為反映再生粗骨料高吸水率的影響,本文分別設計了不考慮和考慮其吸水特性的配合比.不考慮再生粗骨料吸水特性的混凝土配合比設計按照普通混凝土的配合比設計方法進行;考慮再生粗骨料吸水特性的混凝土配合比設計參照文獻7進行,即首先按照普通混凝土配合比設計方法計算出各材料用量,然后根據(jù)實測再生粗骨料的有效吸水率(自然干燥狀態(tài)至飽和面干狀態(tài)的吸水率,本文約為4%計算出用以補償再生粗骨料高吸水率的那部分水(附加水的用量.同時,為了探討再生粗骨料取代率r(再生粗骨料占

16、全部粗骨料的質(zhì)量分數(shù)對再生混凝土性能的影響,考慮了r =0,30%,50%,70%和100%共5種情況.r=0時即為普通混凝土,此處作基準混凝土之用.采用的水灰比共有3種:0.39,0.47和0.53.各混凝土的配合比分別見表5,6.2.3試塊的制作與養(yǎng)護試塊的制作與養(yǎng)護在同濟大學混凝土材料研究實驗室進行.再生混凝土拌合物采用人工攪拌,投料順序為:攪拌砂和水泥至均勻、加入粗骨料;繼續(xù)攪拌至混合均勻、加入水;攪拌35min后測量坍落度、將拌合物注入鋼模;人工插搗密實后用刮刀插實周邊、抹平表面.24h后拆模,在標準條件下養(yǎng)護至一定齡期后進行試驗.試塊均為100mm×100mm×

17、100mm的立方體,共27組,每組3塊.抗壓強度試驗按照普通混凝土力學性能試驗方法標準(G B/T500812002進行.293建筑材料學報第7卷表5混凝土的配合比(未考慮再生粗骨料吸水特性T able 5Mix proportions of concrete without considering w ater absorption of RCACode r /%m w /m cMix proportion/(kg m -3C S NCA RCAWater NC -a 00.394745421264185NC -b 00.473945631314185NC -c 00.53349575134

18、2185RC -30-a 300.39474523855366185RC -30-b 300.47394544888381185RC -30-c 300.53349556907389185RC -50-a 500.39474511596596185RC -50-b 500.47394532621621185RC -50-c 500.53349544635635185RC -70-a 700.39474499349814185RC -70-b 700.47394518363847185RC -70-c 700.53349530371865185RC -100-a 1000.39474482112

19、4185RC -100-b 1000.473945011167185RC -100-c1000.533495121194185表6混凝土的配合比(考慮再生粗骨料吸水特性T able 6Mix proportions of concrete with considering w ater absorption of RCACode r /%m w /m cMix proportion/(kg m -3C S NCA RCA Water RC -30-A 300.39474523855366200RC -30-B 300.47394544888381200RC -30-C 300.53349556

20、907389201RC -50-A 500.39474511596596209RC -50-B 500.47394532621621210RC -50-C 500.53349544635635211RC -70-A 700.39474499349814218RC -70-B 700.47394518363847219RC -70-C 700.53349530371865220RC -100-A 1000.394744821124230RC -100-B 1000.473945011167232RC -100-C1000.533495121194233Note :The m w /m c is

21、an effective water cement ratio ,that is ,the role of additional water in the cement hydration is not considered.2.4試驗結果與分析2.4.1坍落度再生混凝土坍落度試驗結果見圖1.由圖1可見,未考慮再生粗骨料的吸水特性時,其坍落度偏小,約為普通混凝土的20%75%;考慮再生粗骨料的吸水特性時,其坍落度與普通混凝土相近.原因是再生粗骨料吸水率較高,故未考慮其吸水特性時,在混凝土拌制過程中,再生粗骨料要吸393第4期李佳彬等:再生粗骨料特性及其對再生混凝土性能的影響收部分水分,使實際拌

22、合水減少,故坍落度變小;而考慮了其吸水特性后,補充了拌合水,故使坍落度有所增加 .(a Water absorption of RCA is not considered (b Water absorption of RCA is considered圖1再生混凝土的坍落度Fig.1Slump of recycled concrete2.4.2表觀密度參照ASTM C64290,對再生混凝土的表觀密度進行了測試,結果見圖2.由圖2可見,再生混凝土的表觀密度較低,且取代率越大,表觀密度降低越多,當取代率為100%時,再生混凝土的表觀密度約為普通混凝土的95%.是否考慮再生粗骨料的吸水特性對再生混

23、凝土的表觀密度影響不大. 再生混凝土表觀密度降低是由于再生粗骨料的表觀密度較低所致 .(a Water absorption of RCA is not considered (b Water absorption of RCA is considered圖2再生混凝土的表觀密度Fig.2Apparent density of recycled concrete2.4.3抗壓強度再生混凝土的28d 抗壓強度試驗結果見圖3.由圖3可以看出:(1當再生粗骨料取代率分別為30%,70%和100%時,無論是否考慮其吸水特性,再生混凝土的強度均低于普通混凝土,而且強度降低的程度隨再生粗骨料取代率的增加而

24、增加.這主要是由于再生粗骨料孔隙率較高,承受壓力時容易形成應力集中所致.但當再生粗骨料的取代率為50%時,再生混凝土的強度卻反而較高,原因可能是此時天然粗骨料與再生粗骨料形成的級配較優(yōu).(2當再生粗骨料取代率分別為30%,70%和100%時,未考慮其吸水特性的再生混凝土強度降低17%21%;考慮其吸水特性的再生混凝土強度降低21%43%,但降低程度隨水灰比的增大而減小.原因是當水灰比較高時,再生粗骨料周圍的水泥漿強度較低,此時混凝土的強度由水泥漿強度決定,因此導致再生混凝土與普通混凝土的強度差別不大;當水灰比較低時,水泥漿強度較高,此時再生混凝土的強度將取決于強度較低的再生粗骨料,從而使得再生

25、混凝土的強度無法隨水泥漿強度的提高而提高,最終導致再生混凝土與普通混凝土強度差異較大.(3未考慮與考慮再生粗骨料吸水特性兩種情況下的再生混凝土,前者的強度要高于后者,原因是前者的有效水灰比較低,因而強度較高.493建筑材料學報第7卷 4期 第 李佳彬等 : 再生粗骨料特性及其對再生混凝土性能的影響 395 (a Water absorption of RCA is not considered (b Water absorption of RCA is considered 圖3 再生混凝土的抗壓強度 Fig. 3 Compressive strengt h of recycled concrete 3 結論 1. 再生粗骨料的堆積密度 、 表觀密度和堅固性低于天然粗骨料 ,而吸水率 、 針片狀顆粒含量 、 含 泥量和壓碎指標則高于天然粗骨料 ,但仍能基本滿足 普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)