再生混凝土的基本性能（共8篇）
再生混凝土的基本性能 篇1
引言
在当今的土木建筑行业中, 混凝土材料仍然是主要的结构材料。其中, 混凝土骨料是混凝土中体积比重最大的部分, 约占60%~70%[1]。长期以来, 人们不断对天然的砂石材料进行开采, 已经造成了严重的资源枯竭和环境污染;另一方面, 建筑物更新速率加快, 加之频繁自然灾害的作用, 已经使建筑废料的处理消化成为一定的问题。我国混凝土垃圾2010年已达到2.39×109t, 预计2020年将达到6.38×109t, 平均每年以8%的量增长[2]。因此, 再生混凝土的开发和利用, 不仅可以大量利用废弃的混凝土材料, 减少建筑业对天然骨料的消耗;同时可以从根本上缓解天然骨料匮乏的现状, 在一定称得上解决有混凝土废料引发的环境恶化问题, 从而实现可持续发展。
1 再生骨料混凝土与再生骨料的定义
再生骨料混凝土, 是由废弃混凝土块经过破碎、清洗与分级后形成的再生骨料部分或全部代替砂石等天然骨料配制而成的混凝土[5]。再生骨料是指将建 (构) 筑物拆除、路面翻修、混凝土生产、工程施工或其他状况下产生的废混凝土块, 经过破碎、清洗和分级等一系列加工后, 按一定比例混相互配合, 所得到的粒径在40mm以下的骨料[1]。再生骨料混凝土由于其来源及骨料本身性质与天然骨料之间的差异, 其性能与天然混凝土有较大的不同。本文即通过分析再生骨料混凝土的制备工艺及强度、稳定性等特性, 对再生骨料混凝土做一些阐述。
2 再生骨料的特性
再生骨料表面粗糙、孔隙多、略微扁平, 带有较多棱角, 介于碎石与卵石之间, 表面大多附着水泥砂浆。再生骨料在生产过程中, 经过筛分除杂阶段后, 一般可以满足所需级配的要求[2]。
再生粗骨料的表观密度较天然粗骨料降低10%左右, 这是由于骨料表面水泥浆含量偏高, 是总体表观密度降低, 其表观密度降低将会导致混凝土材料的密度和弹性模量下降。再生细骨料的表观密度虽降低, 但对整体材料密度的影响微弱, 可忽略不计。
再生骨料混凝土表面附着有水泥砂浆, 其孔隙率大, 密度小, 因而导致再生粗骨料的堆积密度会低于天然材料[1].而根据实验表明, 再生细骨料的松散堆积密度会高于天然砂, 孔隙率叫天然细骨料提高近36%[3]。
如文献[1]所述:再生骨料吸水率随骨料粒径的增大而减小, 并会随着进水时间的增长而增大。其中, 再生细骨料的吸水率约为天然砂的1.7倍[3]。
压碎指标表示再生粗骨料抵抗压碎的能力, 压碎指标越大, 表明骨料的强度越低。再生粗骨料的压碎指标高于天然骨料, 这主要是因为再生粗骨料表面水泥砂浆含量高且粘结较弱, 造纸再生粗骨料比天然粗骨料更易破碎。
3 再生混凝土的性质
3.1 抗压强度
再生骨料的强度较天然骨料强度较低, 堆积密度和表观密度低, 压碎指标和骨料的吸水率高, 杂质含量较高, 而且在生产过程中, 内部损伤积累会使再生骨料内部存在大量微裂纹, 似的混凝土块中骨料和水泥浆体的粘结力下降导致强度下降。
再生骨料与新拌水泥浆之间有良好的相容性, 彼此存在发生化学反应的可能;再生骨料表面粗糙, 界面啮合能力强, 一定程度上改善了界面的性能;再生骨料吸水率高, 吸收了新拌水泥浆中多余的水分, 降低了骨料表面的水灰比, 也降低了混凝土拌合物的有效水灰比。这一点可使再生混凝土的强度提高。
再生混凝土中, 来自不同母体的骨料对混凝土的抗压强度也有不同的影响, 再生骨料混凝土的性能通常通常取决于回收的废旧混凝土的性能。用于生产再生粗骨料的母体混凝土强度高于目标混凝土强度时, 生产出的再生混凝土的强度与天然骨料混凝土的抗压强度相当;但用于生产再生骨料混凝土的母体混凝土强度低于目标混凝土强度时, 会使生产出来的混凝土强度偏低。
再生细骨料对再生混凝土强度的影响也比较明显, 因为再生细骨料的孔隙偏多, 利用其拌制再生混凝土时要达到相同的工作性能就需要增加拌合水的用量。同时, 随着再生细骨料替代率的增加, 混凝土的破坏呈脆性趋势发展。
不同强度的砂浆界面过渡区对再生混凝土的强度影响不同。高强度原生混凝土经破碎后作为再生骨料配置相对较低强度等级的再生混凝土时, 其强度与天然骨料混凝土相当;较低强度原生混凝土经破碎后作为再生骨料配枝头同等强度等级以及较高强度等级再生混凝土时, 其再生混凝土的强度低于天然骨料混凝土。
3.2 拌合物的和易性
因为再生骨料表面存在砂浆层, 其孔隙率偏高, 吸水率增大, 因此, 要达到与天然骨料混凝土相同的拌合物的和易性, 需要增大相应的水灰比, 以保证再生骨料在吸水后仍能保持原有的水灰比和坍落度。[4]
3.3 抗渗性
有害气体深入混凝土内部后, 会与混凝土某些组分发生一系列的物理化学作用, 导致混凝土的破坏。因此, 抗渗性是混凝土耐久性首先要控制的指标。随着再生粗骨料掺量的增加, 再生混凝土的抗气渗性能、抗氯离子渗透性能等会有下降的趋势。可以通过掺加一定量的活性掺合料以改善再生混凝土的抗气渗性能。[4]
随着再生细骨料替代量的增加, 吸水率增强, 一定程度上降低了混凝土的有效水胶比, 减少了再生混凝土中的泌水通道, 会使混凝土的抗渗性在一定程度上有所提高。
为提高再生混凝土的抗渗性能, 可以在制备混凝土时加入矿物掺合料, 如粉煤灰、矿粉等。粉煤灰具有火山灰活性, 可与水泥水化产物Ca (OH) 2反应, 生成水化硅酸钙和水化铝酸钙, 从而降低混凝土的碱度, 大大改善混凝土内的孔结构和骨料界面结构, 提高了混凝土的密实性, 因此, 可以提高混凝土的抗渗性;普通矿粉除了具有火山灰效应外, 还具有一定的胶凝性, 其活性高于粉煤灰, 和粉煤灰相比能够提高混凝土的抗渗性。
3.4 抗冻融能力
如文献所述:再生混凝土的抗冻融能力较普通混凝土稍弱些。且随着再生粗骨料掺量的增加, 再生混凝土抗冻融能力减弱, 但降低幅度并不明显, 可以达到工程所需的抗冻要求。同时, 如果需要提高混凝土的抗冻融能力, 可以通过加入引气剂或减水剂等方式提高混凝土抗冻融性能的要求。
3.5 抗碳化能力
再生骨料混凝土的抗碳化能力略低于普通混凝土, 原因是再生混凝土骨料的孔隙率高, 抗渗性差。随着骨料替代率的增加, 抗碳化性能变差。可以通过调整水灰比, 增加矿物外加剂等方式改善抗渗性的同时, 改善再生骨料混凝土的抗碳化能力。
3.6 抗硫酸盐侵蚀能力
由于孔隙率及渗透性的提高, 再生混凝土的抗硫酸盐和酸侵蚀性比普通混凝土差。掺加粉煤灰后, 可以提高再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀的能力。
3.7 再生混凝土的收缩和徐变
再生骨料为人工碎石, 颗粒棱角多, 表面粗糙, 组成中包含着相当数量的硬化水泥砂浆, 其本身孔隙率较大, 且在破碎的过程中, 其内部往往会产生大量具有一定尺寸的裂纹, 因此与天然骨料相比, 再生骨料的吸水率和吸水速率大得多, 这必然导致失水后混凝土干缩增大, 徐变增加。收缩率高是再生混凝土的致命缺陷, 会是混凝土裂缝过大, 对抗渗性、康侵蚀能力造成影响。
根据文献实验结论:粗、细骨料置换率达到50%时, 其干燥收缩裂缝的数量会比天然骨料混凝土增多, 将再生骨料混凝土应用在有约束的剪力墙等结构上时, 应充分考虑骨料置换率对干燥收缩裂缝的影响。
4 结束语
(1) 再生骨料混凝土的应用是基于天然骨料的匮乏及大量建筑废料的堆积的条件下发展起来的, 在节省天然骨料资源, 缓解骨料供求矛盾等方面具有显著的社会效益、经济效益和环境效益, 同时也符合可持续发展的要求, 是发展绿色混凝土的主要途径之一。
(2) 再生骨料混凝土在强度、耐久性、抗腐蚀能力方面比天然骨料混凝土要弱一些, 在结构承重构件中应慎用;如果允许, 可以通过增强技术及合理使用外加剂的方法提高再生混凝土各方面的性能, 用以制备高强再生骨料混凝土并应用于承重结构当中, 扩大再生骨料混凝土的应用范围。
摘要：再生骨料混凝土的研究和应用对于可持续发展的实现具有重要作用, 本文通过分析再生骨料及再生骨料混凝土的强度、抗渗性、耐久性等方面的性能, 得出再生骨料混凝土的强度及耐久性要低于天然骨料混凝土的结论, 如果想扩大再生骨料混凝土的应用范围, 应应用再生混凝土增强技术, 处理之后, 可以应用于部分承重构件。
关键词：再生骨料,混凝土,特性,性能
参考文献
[1]刘昕, 张雄, 李雯雯等..国内外再生粗骨料研究新进展[J].建筑技术, 2010, 41 (1) , 63-66.
[2]陈会凡, 李福恩, 党玲博.不同母体的再生粗骨料对混凝土强度影响[J].原材料及辅助材料, 2011, 5∶09-111.
[3]祝雯, 任俊.再生骨料及再生混凝土技术的研究进展[J].广州建筑, 2008 (36) , 5∶17-22.
[4]孙家瑛, 蒋华钦.再生粗骨料特性及对混凝土性能的影响研究[J].新型建筑材料, 2009, 1∶30-32.
再生混凝土的基本性能 篇2
基于BP网络的道路水泥再生混凝土性能的评价
为了评价道路水泥再生混凝土的性能,在分析BP神经网络原理的`基础上提出了用BP神经网络模拟道路水泥再生混凝土性能与各影响因素间关系的方法.根据道路水泥再生混凝土的实际工况,建立了3个输入节点、4个输出节点的BP神经网络模型,通过9组试验,验证了模型的可靠性.结果表明,实测结果与预测结果相接近,BP神经网络模型可以较准确的评价道路水泥再生混凝土的性能.
作 者：刘怀智 姚运仕 赵悟 冯忠绪 LIU Huai-zhi YAO Yun-shi ZHAO Wu FENG Zhong-xu 作者单位：长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室,陕西,西安,710064 刊 名：筑路机械与施工机械化 PKU英文刊名：ROAD MACHINERY & CONSTRUCTION MECHANIZATION 年，卷(期)： 24(9) 分类号：U416.216 关键词：BP神经网络 道路水泥再生 再生混凝土 评价再生粗骨料混凝土的基本性能初探 篇3
关键词：再生粗骨料混凝土,抗压强度,抗拉强度,抗冻性,抗渗性,抗碳化性,徐变,耐磨性,和易性
引言
再生粗骨料混凝土是指利用废弃混凝土破碎加工而成的再生骨料, 部分或全部的代替天然骨料配制而成的新混凝土, 简称再生混凝土。因为它是对废旧混凝土进行加工利用, 使其满足建筑所需性能, 成为新的建材产品, 所以称其为再生骨料混凝土。混凝土结构服役到达一定使用年限或者由于改造而进行拆除, 会产生大量的废弃混凝土, 给生态环境造成巨大压力。建筑业是我国的支柱产业之一, 近年来得到突飞猛进的发展, 建筑更新速度越来越快, 但是随之产生的建筑废弃物也越来越多, 因此, 开展对建筑废弃物的回收再生利用研究工作, 尤其是以建筑废料生产再生骨料制备再生混凝土的新技术, 具有巨大的社会效益, 环境效益和经济效益, 其发展前景非常可观。
近年来国内外再生混凝土技术的研究与开发得到很大发展。总的来说, 自从20世纪70年代末开始, 德国、日本、荷兰和美国等发达国家在再生混凝土开发应用方面的发展速度很快, 取得一系列的成果并积极推广应用于实际工程中。目前国内再生集料的应用还处于试验、谨慎使用的初步阶段, 缺乏较系统的应用基础研究, 技术上也缺少较完善的再生集料和再生混凝土技术规程、技术标准。同时, 国内外的研究成果表明, 再生混凝土同普通混凝土在原材料、配合比以及施工工艺等方面存在很大的差别, 现行的普通混凝土标准、规范等不适合再生混凝土。近年来, 国内的一些专家学者在废弃混凝土利用方面进行了一些基础性的研究, 并取得了一定的研究成果。
1 再生混凝土的基本力学性能
再生骨料的力学性能与天然骨料相比有很大的差别, 因此, 再生骨料混凝土的物理力学性能与普通混凝土的力学性能也有差别。国内外关于再生混凝土基本力学性能的试验研究做得比较多, 得出来的结论大部分一致:各龄期的再生混凝土强度低于同配合比的普通混凝土。再生骨料的取代率对再生混凝土的抗压强度影响很大, 再生混凝土的抗压强度随再生骨料的取代率的增加而降低, 马彦飞和徐晓勇[1]的试验发现当再生骨料的取代率从25%增加到100%时, 再生混凝土的28d抗压强度较同配合比的普通混凝土降低15%～30%。水灰比对再生混凝土的强度影响很明显, 随着水灰比的增加, 再生混凝土的抗压强度降低。适量掺量的粉煤灰掺量可提高再生混凝土的抗压强度, 王武祥[2]等研究表明粉煤灰在一定范围内可以提高再生混凝土的抗压强度, 不同组成不同配合比再生混凝土存在各自适宜的粉煤灰掺量。再生混凝土的抗拉强度较同配合比的普通混凝土低, 肖建庄和阳兰[3]的再生混凝土单轴受拉性能试验发现, 再生混凝土的弹性模量较普通混凝土低, 弹性模量低的主要原因是再生骨料的弹性模量低, 而且再生混凝土的抗拉强度明显低于普通混凝土。Mandal和Gupta[4]的试验结果表明, 再生混凝土各龄期的抗折强度均低于普通混凝土, 平均低12%。
2 再生混凝土的耐久性
2.1 抗冻性
再生混凝土的抗冻性能低于甚至明显低于普通混凝土, 再生粗集料是再生混凝土抗冻性能的薄弱环节, 其主要原因是再生集料很容易吸水饱和.因而再生粗集料容易先于新水泥基体发生冻融破坏, 成为再生混凝土抗冻性能的薄弱环节。再生混凝土受冻前的养护条件和养护龄期对抗冻性影响很大, 再生混凝土在受冻前需要养护较长时间才能使后期强度不受影, 由于再生混凝土需要养护较长时间, 因此再生混凝土不适宜在冬季施工。降低水灰比 (掺加减水剂) 以减少混凝土内部的孔径可有效地提高再生混凝土的抗冻性能, 掺加引气剂改善再生混凝土的性能有明显的效果。掺加掺合料以细化混凝土内部的孔结构, 减少再生粗集料最大粒径及再生集料的强化, 均能提高再生混凝土的抗冻性能。
2.2 抗渗性
再生集料在破碎过程中产生过程中产生的裂缝及其表面老水泥砂浆的孔隙大大增加了再生混凝土的孔隙率, 从而增大其渗透能力, 所以不同取代率的再生混凝土的抗渗性能均低于同配比的普通混凝土。混凝土的抗渗透性能与其孔隙率或密实度直接相关, 因而提高混凝土密实度的方法均可以起到改善其抗渗性的效果。张李黎等[5]通过试验研究发现再生混凝土的抗渗性能随着水灰比的增大而降低, 随强度的增大而增大。掺加适量的矿物掺合料 (如粉煤灰, 矿渣, 硅粉等) 及外加剂 (减水剂, 引气剂等) 对再生集料进行改性处理均可以提高再生混凝土的抗渗性能。肖开涛[6]对掺与未掺粉煤灰的再生混凝土试块进行扫描电镜分析, 发现未掺粉煤灰的再生混凝土的界面上明显的又裂缝, 而加粉煤灰的再生混凝土, 其界面较为密实。这也是抗渗性能提高的主要原因。同样, 再生混凝土的抗氯离子性能较普通混凝土差。胡波, 柳炳康利用RCM法对再生混凝土的抗氯离子渗透性进行了研究, 分析了再生骨料、砂率以及水灰比对再生混凝土氯离子渗透性的影响, 发现再生混凝土的抗氯离子渗透能力比普通混凝土要差, 并且随着水灰比的减小而增强。
2.3 抗碳化性
再生混凝土的抗碳化性能跟抗渗性有相关性, 特别是抗气渗性, 由于再生骨料较天然骨料孔隙率大, 因此随着再生骨料的取代率的增加, 再生混凝土的抗渗性能降低, 再生混凝土的碳化深度增大, 主要原因是再生骨料的表面较为粗糙, 孔隙较多, 密度较天然骨料低, 随着再生骨料取代率的增加, 再生混凝土的密实度降低, 抗气渗性下降, CO2扩散速度加快, 碳化深度也就越大。同理, 再生混凝土的抗碳化性随水灰比增大而增加。孙浩[7]研究发现掺加矿渣粉, 钢渣粉可以减少碳化深度, 但掺量不宜过大 (矿渣粉掺量不大于30%, 钢渣粉的掺量不大于10%) 。
2.4 徐变
徐变是指混凝土在正常荷载作用下, 其变形随时间不断增加的现象。徐变随灰浆率的增加而增大, 再生骨料中含有大量旧的水泥砂浆, 使得再生混凝土中总的砂浆含量大于同配合比的普通混凝土, 所以再生混凝土的徐变较普通混凝土的徐变大.再生混凝土的徐变的基本趋势同普通混凝土时一致的, 即随水泥用量, 水灰比增加而增大。掺加粉煤灰, 膨胀剂可以减少再生混凝土的徐变。
2.5 耐磨性
耐磨性能是衡量混凝土路面性能的一个重要指标, 主要取决于面层混凝土的强度及硬度, 要在道路工程中推广再生混凝土就必须要研究再生混凝土的耐磨性能。再生混凝土的耐磨性能低于同配合比普通混凝土, 混凝土耐磨性能主要受混凝土强度, 骨料力学性能的影响, 因此提高再生混凝土强度的方法及对再生骨料进行改性出来均能提高再生混凝土的耐磨性能。
3 再生混凝土的和易性
和易性直接影响到混凝土搅拌、运输、浇注、捣实等施工作业, 关系到能否获得质量均匀和密实的混凝土。再生骨料比天然骨料吸水率大、孔隙多、表面较为粗糙, 而且再生骨料含有大量的旧的水泥砂浆导致再生混凝土中砂浆含量多, 从而导致再生混凝土的流动性较同配合比的普通混凝土差, 保水性和黏聚性比同配合比的普通混凝土好。马静[8]等通过对不同取代率再生骨料混凝土的和易性的研究中发现随着再生骨料取代率增大, 新拌混凝土的流动性变得越来越差, 而此时的混凝土的黏聚性变得越来越好;适量的减水剂可以增强混凝土的流动性。
4 再生混凝土的发展趋势
混凝土作为目前世界上用量最大的人造建筑材料, 消耗大量的资源和能源, 而且未经处理的废弃混凝土还会对环境造成污染、影响市容。随着资源、能源、环境问题的日益严峻, 对废弃混凝土进行有效、合理的利用是环境保护和可持续发展的迫切需要, 这样会加速人们对再生混凝土的研究开发利用。经过合理的设计、施工, 再生混凝土也可以大量应用在承重构件以及各种构筑物中, 随着对再生混凝土性能的进一步试验研究, 其各项性能必将得到大幅改善, 再生粗骨料也将应用于商品混凝土, 这都为再生混凝土的推广提供了广阔的前景。充分利用矿渣, 粉煤灰等工业废料及各种外加剂开发高性能再生混凝土, 是再生混凝土的发展趋势
参考文献
[1]马彦飞, 徐晓勇.再生混凝土抗压性能的试验研究[J].江苏建材, 2010 (1) :21-24.
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[6]肖开涛.再生混凝土的性能及改性研究[D].武汉:武汉理工大学, 2004.
[7]孙浩.粗集料和掺合料对再生混凝土性能的影响研究[D].上海:同济大学, 2006.
再生混凝土的基本性能 篇4
混凝土空心砌块砌体结构由于其优异的性能被用于建筑行业中,目前已成为各国主导性墙体材料,以建筑垃圾为原料制成再生混凝土空心砌块砌体,可以有效解决建筑垃圾的再生利用问题,满足绿色发展要求和提高经济效益等[1,2]。
本文通过不同龄期对再生混凝土空心砌块砌体的性能研究,探讨了再生混凝土空心砌块砌体在不同龄期的强度增长规律。
1试验方案设计
再生混凝土空心砌块砌体按照GB/T 501292011《砌体基本力学性能试验方法标准 》[3]进行制作以及养护, 再生混凝土空心砌块砌体试件尺寸为390mm×190mm×600mm,灰缝的厚度为10mm, 如图1所示。 再生混凝土使用太原市某小区拆除的混凝土,用破碎机进行破碎后使用,将不同粒径的再生混凝土进行分类,一类为5~10mm粒径的,另一类为小于5mm粒径的。测试抗压强度的砌体养护时间分六个等级,分别是3d、7d、14d、21d、28d以及56d,每组制作砌体6块,测试抗剪强度的砌体养护时间分4个等级,分别是7d、14d、28d以及56d。
砌块的尺寸为390mm×190mm×190mm,控制水灰比为0.45, 水泥用量为450kg, 粉煤灰用量 为90kg,砂用量788kg,水用量243kg,天然粗骨料和再生骨料都是591kg, 砌块的设计强度等级为MU10和MU15。 砌块中再生骨料的质量分数是50%(即再生粗骨料替代天然石子质量的50%), 再生粗骨料的粒径范围经破碎后采用5~10mm。
砂浆同样采用再生砂浆,再生砂浆中再生细骨料替代天然细骨料质量分数的50%,再生细骨料的粒径为小于5mm,砂浆的设计强度等级为Mb5.0和Mb7.5,具体配比如下:
强度等级为Mb5.0的再生砂浆:水泥:白灰:细骨料:水=1:0.87:5.6:1.53。
强度等级为Mb7.5的再生砂浆:水泥:白灰:细骨料:水=1:0.72:4.3:1.10。
水泥强度等级为42.5R普通硅酸盐水泥; 细度模数为2.5的黄砂;Ⅱ级粉煤灰。
抗压强度的测试使用NYL-500型试验机进行试验,试验的加载过程为:先进行预加载,大小为50k N,然后卸载,之后进行正式的加载试验 ,每级加载荷载为50k N, 持荷5min, 然后进行下一次的加载,当试验荷载加至估计破坏荷载的90%时,则开始采用连续加载的方式进行, 直至试件发生破坏, 试验终止。
抗剪性能试件的设计依据文献[4]进行,本文研究的抗剪性能不考虑竖向正应力的影响。 试验过程中采用匀速连续加荷,加载速度的控制以最终破坏所需要的时间进行,一般时间控制在1~5min之间, 以受剪面破坏为最终破坏标志。
2再生混凝土空心砌块砌体抗压结果分析
2.1试验现象分析
试验中砌体的破坏形式基本与普通砌体一样, 先出现竖向裂缝, 然后沿着裂缝位置进一步开展, 迅速将整个砌体分成不同的小块体,然后中间块逐渐被压碎,最后导致砌体失去承载能力。 从破碎的裂缝处发现裂缝开展的位置处再生骨料被劈裂,也就是再生混凝土空心砌块砌体的破坏大部分是由于再生骨料发生破裂,导致砌体破坏。
2.2试验数据分析
再生混凝土空心砌块砌体抗压性能试验结果见表1。
从表1中的数据可以得出, 随着龄期的增加, 抗压强度呈现递增的趋势,砌体的强度在砂浆强度不变时,再生混凝土空心砌块砌体的强度取决于砌块的强度,砌块的强度越高,制作的砌体强度就高; 同时砂浆的强度也会影响再生混凝土空心砌块砌体的抗压强度,砌块设计强度不变的情况下,砂浆的强度决定砌体的强度,砂浆的强度越高,得到砌体的强度就越高。
不同配比的再生混凝土空心砌块砌体都是随着龄期的增长强度不断提高,而且强度都是先缓慢增长,然后快速增长,之后也在不断递增,但是幅度明显下降。 从表中还可以得知,再生混凝土空心砌块砌体强度增长的主要时间在养护后7d到14d的时间内,同时再生砂浆强度等级为Mb5.0时,养护3d到7d的时间内, 强度增长的斜率明显大于砂浆强度等级为Mb7.5的。 再生砂浆强度越高,对提高砌体强度越有利。
3再生混凝土空心砌块砌体抗剪结果分析
3.1试验现象
抗剪试件破坏的形式是沿通缝破坏,属于脆性破坏,即破坏之前没有任何的征兆;而且试件大部分属于双面破坏,在砂浆与块体的粘结面处容易发生破坏,而且在破坏面处发现很多凸起砂浆。
3.2抗剪性能数据分析
再生混凝土空心砌块砌体抗剪性能试验结果见表2。
龄期的增长同样对于再生混凝土空心砌块砌体的抗剪强度有利,随着龄期的增长,强度呈现递增的趋势,而且14d以后强度的增加更加明显,28d以后强度的增长比较缓慢,从表2可以得知,28d的抗剪强度基本已达56d强度的90%以上;砂浆的强度同样对再生混凝土空心砌块砌体的抗剪强度有着重要的影响,再生砂浆的强度越高,得到的再生混凝土空心砌块砌体的抗剪强度就越高,在使用同样强度等级的砂浆时,砌块的强度越高,再生混凝土空心砌块砌体的抗剪强度就越高。
4结论
(1)再生混凝土空心砌块砌体的抗压强度随着养护时间的增加而提高, 在养护时间为7~14d时, 强度增长速率最大,因此,在施工中应该注意这段时间的养护。
(2) 再生砂浆的强度等级越高 , 砌块的强度等级越高,砌体的抗压强度就越高。
(3)再生混凝土空心砌块砌体的抗剪强度随着龄期的增长而呈现递增的趋势, 在14~28d强度增长最快, 再生砂浆和再生砌块的强度等级越高,砌体的抗剪强度就越高。
摘要：对建筑垃圾用于建筑结构空心砌块砌体进行了研究,砌块采用再生粗骨料,再生砂浆采用再生细骨料。试验结果表明,再生混凝土空心砌块砌体随着龄期的增加,力学性能(抗压强度和抗剪强度)均有提高,抗压强度在养护后7~14d的时间内强度增长最快,而抗剪强度则是养护14~28d的时间内强度增长最快,因此,在实际工程中应该注重相应时间段的养护。
关键词：建筑垃圾,再生混凝土空心砌块砌体,抗压强度,抗剪强度,养护时间
参考文献
[1]戴薇原,孙伟民,缪汉良.再生混凝土的抗冻融性试验研究[J].混凝土,2007(8):69-74.
[2]刘佳亮,孙伟民,郭樟根,等.再生混凝土梁承载力的试验[J].南京工业大学学报:自然科学版,2008,30(5):38-42.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 50129-2011砌体基本力学性能试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.
再生混凝土的基本性能 篇5
1 试验材料
C20、C25、C30配合比采用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥,C35配合比采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥。水泥的强度见表1。
天然粗骨料采用新密产碎石,再生粗骨料来源于废弃的钢筋混凝土梁;砂采用鲁山产河砂,细度模数2.86,含泥量1.8%。粗、细骨料的物理性能见表2。
采用2种钢纤维,分别为铣削型(等效直径0.75 mm,长度40 mm,长径比53.3)和剪切端钩型(等效直径0.6 mm,长度32 mm,长径比53.3),生产厂家为郑州禹建钢纤维有限公司。
减水剂采用河北省混凝土外加剂厂生产的DH13聚羧酸系高性能减水剂(HPWR),减水率为20%。
混凝土拌和用水为自来水。
2 试验方案
选用40%再生粗骨料替代率及纤维体积率均为0.5%的2种钢纤维,进行C20、C25、C30、C35强度等级的钢纤维再生混凝土配合比设计,共12组配合比,钢纤维再生混凝土配合比及混凝土拌合物和易性试验结果如表3所示。
3 试验结果与分析
对标准养护至28 d的混凝土试件进行力学性能测试,结果见表4。
3.1 钢纤维种类对混凝土力学性能的影响
由表4可知,掺加铣削型钢纤维,强度等级分别为C20、C25、C30、C35的再生混凝土比基体混凝土的立方体抗压强度分别提高2.8%、5.3%、1.3%、10.0%,抗折强度分别提高2.1%、4.1%、5.7%、5.3%,劈拉强度分别提高7.1%、12.6%、13.9%、17.8%,轴心抗压强度分别提高3.4%、3.0%、1.0%、5.1%,弹性模量分别提高4.5%、1.7%、0.3%、3.8%;掺加剪切端钩型钢纤维,强度等级分别为C20、C25、C30、C35的再生混凝土比基体混凝土的立方体抗压强度分别提高9.5%、11.5%、4.2%、10.4%,抗折强度分别提高4.2%、10.2%、15.1%、14.0%,劈拉强度分别提高16.0%、19.2%、26.0%、24.3%,轴心抗压强度分别提高13.4%、8.7%、3.4%、9.2%,弹性模量分别提高4.9%、3.0%、0.6%、10.4%。
由以上数据可见,同普通混凝土相似,再生混凝土的抗压强度及弹性模量对钢纤维不敏感,但钢纤维的掺入可明显改善其劈拉和抗折强度。
3.2 不同强度等级混凝土的力学性能
由表4可知,2种类型的钢纤维对C30再生混凝土的力学性能均影响较小。其主要原因如下:由于C30再生混凝土采用P·O32.5水泥,水灰比较小,在此情况下,纤维的加入给搅拌和成型带来一定困难,同时容易引进新的缺陷;再者,由于水灰比的降低,其基体强度提高,使裂纹在基体中扩展时所消耗的能量增加,从而使跨过纤维能量屏障所需的能量占总能量的比例下降,从而削弱了钢纤维的增强效果。
由表4还可以看出,虽然钢纤维的体积率较小,不能较为明显地反映出钢纤维对再生混凝土的增强效应,但在钢纤维掺量和基体混凝土配比相同的情况下,2种钢纤维对基体的增强效应有着较为显著的差异。由表3和表4可见,在2种钢纤维体积率和长径比基本相同的条件下,钢纤维在混凝土拌合物坍落度测试时表现出显著的“棚架”效应,对再生混凝土拌合物的流动性具有约束作用,而剪切型钢纤维长度相对较短致使同体积混凝土中钢纤维的数量增多,作用效应随钢纤维长度的减小而增强,导致剪切型钢纤维再生混凝土的坍落度比铣削型钢纤维再生混凝土小。钢纤维对混凝土基体的增强增韧作用是通过钢纤维与混凝土基体间的粘结得以实现的,在钢纤维和混凝土基体强度得以保证的条件下,纤维与基体的粘结强度直接决定着钢纤维传递应力的水平和能力,剪切型纤维的端钩使纤维锚固力大幅提高,因此,剪切型钢纤维对新拌混凝土的坍落度及28 d龄期时基本力学性能的影响程度大于铣削型纤维。
4 结 语
(1)与普通混凝土相似,再生混凝土的抗压强度、弹性模量对钢纤维不敏感,但钢纤维的掺入可明显改善其劈拉及抗折强度。加入钢纤维后的再生混凝土立方体抗压强度较基体混凝土提高约1.3%~11.5%,抗折强度提高约2.1%~15.1%,抗压弹性模量提高约0.3%~10.4%,劈裂抗拉强度提高约7.1%~26.0%,轴心抗压强度提高约1.0%~13.4%。
(2)剪切型钢纤维对新拌混凝土的坍落度及28 d龄期时基本力学性能的影响程度大于铣削型纤维。
参考文献
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[2]李长永,赵顺波,钱晓军.砂率对剪切型钢纤维增强混凝土性能的影响[J].建筑材料学报,2007,10(2):247-252.
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[6]张茜,刁波,杨松霖,等.哑铃形钢纤维增强超高性能混凝土力学模型研究[J].混凝土,2009(1):8-10.
再生骨料对再生混凝土性能的影响 篇6
从一般意义上讲, 再生混凝土骨料, 是将废旧的混凝土块和碎砖块经过破碎、清洗与分级后, 按一定的比例混合形成的骨料称为再生骨料或再生混凝土骨料 (Recycled Aggregate or Recycle Concret Aggregate) 。用其部分或全部替代砂石等天然骨料配制而成的新混凝土称为再生混凝土 (Recycled Concret) 。将传统意义上的骨料简称为“天然骨料”, 将全部由天然骨料配制的混凝土称为“普通混凝土”[1]。
本文对再生骨料进行基本性能试验检测, 然后将两种再生骨料按一定比例混合代替天然粗骨料配制混凝土, 对再生混凝土工作性能和力学性能的试验研究及规律性的探索分析。
1 再生骨料的基本性质试验
本论文试验所用粗骨料是将工地废弃混凝土和碎砖组成的混合物运到试验室, 经过清理剔除杂质, 人工分离、破碎、筛分后取得再生碎砖骨料和再生混凝土骨料。再生骨料粒径规格 (方孔筛) 4.75mm~19mm。两种骨料经过合理掺配能够达到连续级配要求。然后将再生碎砖和再生混凝土骨料按照100:0;70:30;50:50;30:70;0:100进行混合, 把混合后的再生骨料作为试验对象。按照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006执行。主要检测项目有:密度、吸水率、含泥量、压碎值指标。主要试验数据见表1。
本试验测得再生骨料的吸水率远远大于天然骨料。天然骨料的孔隙体积一般不大于10%, 所以天然骨料的吸水速度和吸水率都较小。相比而言, 再生骨料的表面特征粗糙, 水泥砂浆包裹, 拆除破碎中产生的微裂缝, 及砖骨料内部孔洞较多等诸多因素导致再生骨料中孔隙较大, 吸水率自然较高。Topcu[2]等人的试验发现表观密度为2470kg/m3的再生骨料浸水30min后吸水率达到7%。尚建丽[3]等试验数据表明:再生粗骨料10min吸水达到饱和程度的85%左右, 30min达到饱和程度的95%以上, 可见再生骨料吸水速度很快, 同时吸水率也相当的高。由再生骨料的试验过程和结果研究所得, 再生骨料的吸水速度和吸水率与天然骨料相比有较大差异。如果仍然按照普通混凝土配合比设计选择单位用水量显然是不合理的。史巍[4]提出了基于自由水灰比设计方法:再生混凝土的拌合用水量分为两部分:一部分为骨料所吸附的水分, 这部分完全被骨料所吸收, 在拌合物中起不到润滑和提高流动性的作用, 把它称为吸附水, 吸附水为骨料吸水至饱和面干状态时的用水量。另一部分为拌合用水量, 这部分水分布在水泥砂浆中, 提高拌合物的流动性, 并且在混凝土凝结硬化时, 这部分自由水除有一部分蒸发外, 其余要参与水泥的水化反应, 称为自由水。其中自由水量与水泥用量之比为自由水灰比。再生混凝土强度设计时, 主要考虑自由水灰比。本试验参照基于自由水灰比试验方法:首先结合骨料的吸水率确定单位体积混凝土中吸附水的用量, 再考虑普通混凝土设计方法中计算的单位用水量, 将二者结合即为再生混凝土所需的用水量。而水灰比取自由水灰比。吸附水的加入方法有两种, 一种是在拌制混凝土前将骨料预湿使骨料达到饱和面干吸水状态。这种方法很难控制, 一般很少采用。另外一种方法就是将吸附水和自由水一起在混凝土拌制时加入, 这种方法简便可控制。张宴清[5]试验表明:采用两种方式加水, 坍落度基本相同, 但是预先润湿再生骨料的混凝土强度低于两种水加入时拌制的混凝土。其原因可能为预先吸水饱和状态下骨料含水量高, 水灰比增大, 导致混凝土强度下降。
本试验采用上述的第二种加水方式。同时为了避免在拌合过程中加入的附加水, 从水泥的水化过程中释放出来, 采用加入外加剂降低水灰比和延长搅拌时间的方法控制此问题的发生。此外, 混凝土中加入粉煤灰可以有效改善再生混凝土和易性和耐久性, 还可降低水泥和细骨料的用量。本试验中采用的粉煤灰, 掺量占总胶凝材料的20%。粗骨料完全采用再生骨料。细骨料采用天然砂。
2 再生混凝土试验用原材料
水泥采用普通硅酸盐水泥42.5#水泥, 其技术性能指标见表2。
粉煤灰为Ⅱ级 (掺量为胶凝材料的20%) 。
细骨料:天然砂。Ⅱ区中砂, 见表3。
外加剂采用高效减水剂, 掺量为1.0%, 减水率21%。
粗骨料:其技术性能指标见表1。
拌合用水采用试验室自来水。
3 再生混凝土配制
设计强度取C25, 坍落度选择140mm。用R1, R2, R3, R4, R5代表再生碎砖骨料:再生混凝土骨料=100:0;70:30;50:50;30:70;0:100五种情况。再生混凝土配合比试验配合比见表3。
混凝土和易性和抗压强度试验结果见表4。
在进行抗压强度试验时, 再生混凝土试件破坏过程与普通混凝土试件的破坏过程相似。具体过程如下:随着压力的增大, 试块表面出现细小裂纹, 裂缝沿着垂直方向发展, 压力继续增大, 试块表面鼓起, 混凝土掉皮剥落。最终破坏时, 表面没有大的裂缝出现, 试块仍具有一定的强度。劈开混凝土试块, 可以发现, 再生粗骨料和水泥砂浆粘结良好, 破坏界面一般都在砖骨料自身, 所有掺有砖骨料的混凝土中, 破坏时发现砖骨料均被破坏。说明混凝土的破坏一般从强度较低的材料开始。由此可以看出混凝土中应严格控制砖骨料的含量。
本试验研究了粗骨料全部由再生骨料代替, 在配合比相同的情况下, 再生碎砖粗骨料含量不同比例下对再生混凝土力学性能的影响规律。由图1看出再生混凝土强度随着再生砖骨料含量的降低而增加。R5比R1强度增长了39%。当砖骨料含量超过50%时, 能够接近普通混凝土配制强度要求。当砖骨料含量为0, 完全是再生混凝土骨料的情况下, 再生混凝土抗压强度与普通混凝土抗压强度非常接近。如图1所示。
和易性是指混凝土拌合物能保持其组成成分均匀, 不发生分层离析、泌水等现象, 适于运输、浇筑、振捣成型等施工作业, 并能获得质量均匀、密实的混凝土性能。和易性包含流动性、保水性、粘聚性三个方面。流动性主要用坍落度值表示。粘聚性和保水性通过现场观察。本配合比中掺入了高效减水剂, 使再生混凝土流动性提高, 均能满足设计坍落度要求。根据现场观察, 当砖骨料含量超过50%时, 混凝土保水性和粘聚性越来越差, 当骨料全部由砖骨料来代替时, 保水性和粘聚性最差, 并有泌水出现。当砖骨料含量低于50%时, 再生混凝土拌合物和易性与普通混凝土一样的良好。
此外将混凝土抗压强度与再生骨料压碎指标值联系, 随着再生骨料压碎值指标的提高, 混凝土强度逐渐降低。C25混凝土中骨料压碎值指标由9.1%提高到35%时, 强度由41.0MPa下降至25.0MPa;再生骨料中含有强度较低的碎砖骨料时, 压碎值指标变化较大。对由该骨料配制的混凝土强度也有很大的影响。
4 结语
本文首先对建筑垃圾中碎砖和废混凝土清理、破碎、筛分所得的再生粗、细骨料性质进行研究。针对再生骨料自身特点进行再生混凝土配合比设计, 并对再生混凝土工作性、力学性能进行了一系列试验研究。经过分析总结, 可以得出如下结论:
1) 混凝土中粗骨料完全由再生混凝土骨料所代替时, 混凝土的工作性能、力学性能能够满足要求。
2) 随着再生骨料中碎砖骨料的增加, 再生混凝土的强度逐渐降低。
3) 再生骨料中碎砖比例低于50%时, 再生混凝土的强度与普通混凝土强度几乎相同。
4) 再生碎砖骨料含量超过70%时, 混凝土拌和物和易性较差, 有轻微泌水。因此从满足混凝土工作性的角度出发时, 再生碎砖骨料含量应控制在70%以内。否则应通过强化措施改变混凝土和易性。
5) 再生骨料的压碎值与混凝土强度有着相关性, 压碎值指标是影响混凝土强度的重要因素。严格控制再生碎砖骨料比例, 降低压碎指标值对混凝土强度的影响。
摘要：对建筑垃圾中的碎砖和废弃混凝土进行处理, 生成再生骨料。分别对再生碎砖骨料和再生废混凝土骨料基本性质进行试验, 然后根据两种骨料的不同掺配比例替代天然粗骨料进行再生混凝土的配制, 并检验再生混凝土的基本性能。结果表明:再生粗骨料中碎砖和废混凝土所占的比例对再生混凝土的性能影响很大。再生碎砖骨料的含量越大, 混凝土的工作性越差, 力学强度越低。而随着再生废弃混凝土骨料含量的增加, 混凝土的工作性良好, 力学指标提高。
关键词：再生碎砖骨料,再生废混凝土骨料,比例,再生混凝土,性能
参考文献
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[4]史巍, 侯景鹏, 再生混凝土技术及其配合比设计方法[J], 建筑技术开发, (2001) , 8:18-20.
再生混凝土的基本性能 篇7
关键词：再生混凝土,抗压强度,抗折强度,劈裂抗拉强度,弹性模量
0 前言
随着社会经济的高速发展,建筑垃圾日益成为人们关注的热点问题[1]。目前,我国每年拆除建筑产生的固体废弃物达2亿t以上,新建建筑产生的固体废弃物约1亿t,两项合计约3亿t以上,这些没有再利用的建筑垃圾对环境构成了严重的威胁,违背了我国可持续发展的战略[2]。
本文利用工业化生产的再生粗骨料,采用普通硅酸盐水泥、粉煤灰、磨细矿渣粉等复合胶凝材料及聚羧酸高效减水剂,设计了不同强度等级、不同再生粗骨料取代率的高性能再生混凝土,系统研究了再生混凝土的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度以及弹性模量等力学指标的发展规律及其影响因素。
1 试验原材料及混凝土配合比
1.1 试验原材料
水泥:42.5级普硅水泥。
粉煤灰:Ⅱ级粉煤灰。
磨细矿渣粉:S95级,比表面积400m2/kg。
细骨料:中砂,细度模数2.5。
粗骨料:石灰岩碎石,最大粒径31.5mm。
减水剂:聚羧酸高效减水剂。
再生粗骨料:采用天津市某环保制品有限公司生产的最大粒径31.5mm和10mm两种规格的废混凝土再生粗骨料,性能见表1。
1.2 混凝土配合比
表2为不同强度等级、不同再生粗骨料质量取代率的高性能再生混凝土系列配合比。
2 试验结果与讨论
2.1 抗压强度
高性能再生混凝土的7d、28d、60d抗压强度数据见表3。
由表3可知,高性能再生混凝土随着水胶比的降低,抗压强度稳步提高,再生混凝土强度等级在C30~C60之间。
在40%~80%范围内使用再生骨料,混凝土的强度不仅没有低于同配比的天然骨料混凝土,反而有增大的趋势。相同配比下,各个龄期的混凝土抗压强度随着再生骨料掺量的加大呈现先增大后减小的趋势,7d抗压强度的拐点位于80%处,28d的拐点出现在60%,60d强度的拐点前移至40%,这种现象在高水胶比的混凝土中尤为明显。
100%使用再生骨料的混凝土,各龄期抗压强度均低于同配比的天然骨料混凝土,水胶比越低,下降幅度越大,水胶比0.32的RC-32-100混凝土7d、28d、60d强度分别下降了17.8%、18.2%、24.6%,而水胶比0.45的RC-45-100混凝土7d、28d、60d强度仅分别下降了8.2%、0.6%、1%。
100%使用再生骨料的混凝土极限抗压强度为C50,水胶比0.32的RC-32-100混凝土抗压强度与水胶比0.36的RC-36-100混凝土相差无几,表明破坏发生在再生骨料上,即使降低水胶比,也无法显著提高混凝土强度。
2.2 抗折强度
各个强度等级、不同再生骨料取代率的高性能再生混凝土7d、28d抗折强度数据见表3。
2.2.1 抗压强度与抗折强度关系
表3数据显示,高性能再生混凝土28d抗折强度在4.8~7.6MPa之间,再生混凝土28d抗压强度-抗折强度关系如图1所示。从图1可以看出,再生混凝土抗折强度的增长与抗压强度的增大成线性关系,即抗折强度与水胶比成比例关系,这一规律在路面再生混凝土配合比设计中十分有用。
2.2.2 抗折强度发展规律
从表3可以看出再生混凝土7d、28d抗折强度的发展规律。再生骨料替代率在60%以内,与同配比、同流动度的天然骨料混凝土相比,再生混凝土7d、28d抗折强度持平或略有提高;再生骨料替代率80%时,数据呈现分散状态,出现或提高或降低的情况,提高、降低幅度均在5%以内;全部采用再生骨料时,混凝土抗折强度均低于基准混凝土,多数锐减10%左右。
通过研究发现再生骨料替代率60%以内,通过调整混凝土水胶比,可以安全地配制出抗折强度4.8~7.6MPa的高性能再生混凝土,其抗折强度与天然骨料混凝土相当;再生骨料替代率100%时,与同配比的天然骨料混凝土相比,再生骨料混凝土抗折强度下降10%左右,但均能达到4MPa以上,可以满足工程需要。
2.3 劈裂抗拉强度
再生混凝土劈裂抗拉强度数据见表3。
试验数据显示,再生混凝土的28d劈裂抗拉强度在2.5~4.5MPa之间,其变化趋势与抗折强度变化基本相同:再生骨料替代率60%以内,再生混凝土7d、28d劈裂抗拉强度与天然骨料混凝土相当或略高;再生骨料替代率80%时,数据呈现分散状态;全部采用再生骨料,劈裂抗拉强度呈现下降趋势,降幅5%~15%。
2.4 弹性模量
弹性模量是混凝土重要的力学性能,反映了混凝土所受应力与所产生应变之间的关系,是计算钢筋混凝土结构变形、裂缝开展必需的参数之一。各个强度等级、不同再生骨料替代率的再生混凝土28d弹性模量数据见表3。
2.4.1 再生混凝土强度与弹性模量的关系
再生骨料替代率为0的天然骨料混凝土水胶比由0.45降低到0.32时,混凝土强度显著增加,与之对应,弹性模量也得到提高:弹性模量由30.9GPa增至44.1GPa,增长了42%,混凝土抗压强度与弹性模量存在如图2所示的关系。
与天然骨料混凝土类似,改变水胶比不仅会显著影响再生骨料混凝土的强度,也同样影响再生骨料混凝土的弹性模量,100%再生骨料混凝土随着水胶比的降低,混凝土弹性模量依次增加,由22.5GPa增加至31.5GPa,增加幅度与天然骨料混凝土相当。抗压强度与弹性模量的关系见图3,图3所示的曲线与天然骨料混凝土非常相似,说明再生混凝土与普通混凝土的弹性模量发展规律相同。
2.4.2 再生骨料替代率与弹性模量的关系
从表3可以看出,再生混凝土的弹性模量与再生骨料的取代率有关,随着再生骨料取代率的增大,再生混凝土的弹性模量呈下降趋势。再生骨料替代率100%时,弹性模量较天然骨料混凝土降低30%左右,在弹性性质上表现为受力时变形较大,韧性增强。这是由于低孔隙率的天然骨料弹性模量在70~140GPa范围内,而水化硅酸盐水泥砂浆的弹性模量在7~28GPa范围内,再生骨料中含有大量的硬化水泥砂浆附着于原骨料颗粒上,导致再生骨料的弹性模量偏低,而骨料弹性模量是影响混凝土弹性模量最显著的因素,因此,再生骨料混凝土弹性模量较天然骨料混凝土降低30%左右,使得再生混凝土具有较好的抗震性能和抵抗动荷载的能力。
3 结论
(1)高性能再生混凝土随着水胶比的降低,强度稳步提高,再生混凝土的强度等级在C30~C60之间,再生骨料替代率40%~80%范围内,不降低混凝土抗压强度,100%替代天然骨料后强度下降幅度在5%~25%。
(2)高性能再生混凝土抗折强度与水胶比成比例关系,抗折强度大于4MPa,再生骨料替代率40%~60%范围内,不降低混凝土抗折强度,100%替代天然骨料后抗折强度下降幅度在10%左右。
(3)高性能再生混凝土劈裂抗拉强度大于2MPa,再生骨料替代率60%以内,再生混凝土劈裂抗拉强度与天然骨料混凝土相当或略低,100%替代天然骨料后强度下降幅度在5%~15%。
(4)高性能再生混凝土的弹性模量在20~40GPa之间,弹性模量发展规律与普通混凝土相同,随着再生骨料取代率的增大,再生混凝土的弹性模量呈下降趋势,再生骨料替代率100%时,弹性模量较天然骨料混凝土降低30%左右。
参考文献
[1]刘数华,冷发光.再生混凝土技术[M].北京:中国建材工业出版社,2007.
钢骨再生混凝土的耐火性能研究 篇8
混凝土绝热性能好,热容量大,并具有一定强度,是一种理想的防火保护材料。将混凝土包裹在钢构件表面,形成钢骨混凝土,可提高结构的耐火性能。欧美国家最初发展钢骨混凝土就是基于对钢结构防火和耐久性方面的考虑,同时外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲,显著改善钢结构出平面的扭转屈曲性能,使钢材的强度充分发挥。
再生混凝土作为一种新型的绿色环保建筑材料,具有良好的热工性能[2,3,4],将再生混凝土包裹在钢构件表面形成钢骨再生混凝土(Steel Reinforced Recycled Concrete,简称SRRC),和钢骨普通混凝土相比可改善构件的耐火性能,扩大再生混凝土的使用范围。杨有福[5,6,7]将再生混凝土灌入钢管形成钢管再生混凝土,对钢管再生混凝土构件荷载-变形关系以及受力机理进行了研究,并对其设计方法作了探讨。目前对钢骨再生混凝土耐火性能的研究较少。本文首先分析钢骨再生混凝土耐火性能的影响因素,以此为基础研究钢骨再生混凝土的耐火极限。
1 钢骨再生混凝耐火性能影响因素
1.1 再生混凝土的物理特性
再生粗集料孔隙率约为天然粗集料的20倍[2],增大了再生混凝土的孔隙率,较大的孔隙率必将增大再生混凝土的吸水率。再生混凝土较大的孔隙率类似于轻质混凝土,轻质混凝土平衡含水率为2.5%[8],在缺少实测资料时本文建议再生混凝土的平衡含水率可参照轻质混凝土取用。表1为再生混凝土平衡含水率的建议值。
注:密度取文献[4]相应密度值。
再生混凝土作为一种湿性保护层,和普通混凝土一样,由于其内部含有一定的自由水分,当构件温度升至100℃时,考虑水分蒸发,吸收热量,因此钢骨升温分析中必须考虑延迟时间tv,tv可以按式(1)近似计算[8]:
式中:p———保护层中所含的水分,%;
ρi——保护层的密度,kg/m3;
di——保护层厚度,m;
λi——保护层导热系数,W/(m·℃)。
表2为利用式(1)计算得到的不同层厚度再生混凝土所对应的升温延迟时间。
min
从表2可以看出,随着再生粗集料取代率的增加,再生混凝土升温延迟时间增加;随厚度的增加再生混凝土(r=100%)升温延迟时间从25 mm厚的0.5 min,增加到150 mm厚的19.3 min,而普通混凝土升温延迟时间从0.2 min左右增加到9.0 min,再生混凝土升温延迟时间随厚度增加明显高于普通混凝土;相同的厚度下再生混凝土(r=100%)升温延迟时间约为普通混凝土的2倍。再生混凝土的高孔隙率、高含水率、长升温延迟时间,可显著延长钢骨再生混凝土构件的耐火时间。
1.2 再生混凝土的高温性能
再生混凝土的高温试验研究表明[3]:0~700℃时再生混凝土试块表面未出现裂纹,在700℃以上时试块表面出现明显的细裂纹,随温度升高逐渐出现明显的骨料膨胀造成的星形裂纹,但裂纹不多。同时在600℃以下时,试块尺寸基本没有变化,在600℃以上时,试块会产生一定膨胀。和普通混凝土相比,在整个试验过程中没有发生爆裂现象,再生混凝土具有较强的抗爆裂性能。高温后抗压试验研究表明,当再生粗集料取代率为50%以上时,再生混凝土高温后相对残余抗压强度整体上优于普通混凝土。
钢骨再生混凝土在火灾作用下,再生混凝土抗爆裂性能可以使得再生混凝土紧紧地包裹在钢骨表面,延缓钢骨温度快速升高,同时保持组合构件内部钢骨的稳定性;较好的高温后抗压强度,使得钢骨再生混凝土构件还具有一定强度,结构不致迅速垮塌。和钢骨普通混凝土相比,钢骨再生混凝土具有较好的耐火性能。
1.3 再生混凝土的热工性能
1.3.1 比热
比热大的材料在同样升温幅度下吸收的热量要多。表3为再生混凝土的比热计算值[4]。
从表3可以看出,再生混凝土的比热略高于普通混凝土,且随着再生粗集料取代率的增加再生混凝土的比热进一步增大。和钢骨普通混凝土相比,在吸收同样热量的情况下,钢骨再生混凝土可以降低构件升温,且随再生粗集料取代率增加,构件升温进一步降低。因此,在吸收同样热量的情况下,钢骨再生混凝土的耐火性能提高。
1.3.2 导热系数
钢材同其它建筑材料相比具有良好的导热性能,自身易导热。混凝土的导热系数远低于钢材,在火灾作用下,钢骨混凝土中钢骨周围的混凝土可以有效延缓外界热量传递给钢骨,起到保护钢骨作用,从而提高组合构件的耐火性能。图1为再生混凝土的导热系数实测值[4]。
由图1可见,随着再生粗集料取代率的增加,再生混凝土导热系数降低。普通混凝土的导热系数为1.86 J/(kg·℃),取代率为50%时导热系数为1.62 J/(kg·℃),降低了13%;取代率为100%时导热系数为1.33 J/(kg·℃),降低了28%。钢骨再生混凝土外围的再生混凝土比普通混凝土的导热系数低,能更有效地阻止外界热量迅速传递给内部钢骨,进一步延缓钢骨温度升高,提高了钢骨再生混凝土的耐火性能。
2 钢骨再生混凝土的耐火性能分析
钢骨混凝土钢骨周围包裹的混凝土,属于非轻质保护层。对于非轻质保护层构件在火灾下的升温计算,欧洲规范3(EUROCODE3)给出的构件升温计算公式为:
式中:μ———保护层与构件的热容比,且μ=cbpbd F/ρscsV;
△t——时间步长,一般不超过30 s;
△Ts——该时间步长内构件的温度增量,℃(当△Ts<0时取△Ts=0);
△TA———该时间步长内空气的温度增量,℃。
建筑结构在火灾情况下的升温一般初始阶段较剧烈,然后变化渐趋于平缓,图2为国际标准IS0-834升温曲线[8]。
图3为按ISO-834标准升温曲线对不同截面形状钢骨再生混凝土构件进行升温,利用欧洲规范3计算获得的不同再生混凝土厚度对应的钢骨耐火极限(耐火极限是钢骨温度升至550℃时所需时间),其中,再生混凝土的比热和导热系数分别按表3和图1取值,钢材的比热cs=500 J/(kg·℃)、密度ρs≈7850 kg/m3,钢骨为型钢□350 mm×350 mm×15 mm和HN350 mm×175 mm×7 mm×11 mm,截面形状系数分别为70和197,热容比见表4。
从图3可以看出:
(1)相同保护层厚度下钢骨再生混凝土的耐火极限高于钢骨普通混凝土,且随着再生粗集料取代率的增加耐火极限进一步提高。例如,当外包混凝土厚度为100 mm时,对钢骨混凝土柱,当r=0时,耐火极限为110 min;当r=50%时,耐火极限为121.8 min;当r=100%时,耐火极限为142.6 min。钢骨再生混凝土(r=100%)的耐火极限比钢骨普通混凝土(r=0)提高超过30 min。
(2)随混凝土保护层厚度的增加,钢骨再生混凝土的耐火极限增加幅度大于钢骨普通混凝土。
(3)钢柱的耐火极限[9],对一级和二级高层民用建筑的要求分别为3 h和2.5 h,从图3(a)可以看出,一级建筑再生混凝土(r=100%)厚约为120 mm时即可满足要求,普通混凝土则需要145 mm厚才能满足;二级建筑再生混凝土(r=100%)厚约为105 mm时即可满足要求,普通混凝土则需要125 mm厚才能满足。钢梁耐火极限[9],对一级和二级高层民用建筑的要求分别为2 h和1.5 h,从图3(b)可以看出,一级建筑再生混凝土(r=100%)厚为100 mm时即可满足要求,普通混凝土则需要约120 mm厚才能满足;二级建筑再生混凝土(r=100%)厚约为85 mm时即可满足要求,普通混凝土则需要100 mm厚才能满足。因此,和钢骨普通混凝土相比,达到同样的耐火极限钢骨再生混凝土所需的截面尺寸较小,有利于节省建筑空间,减轻结构自重。
3 结论与展望
(1)再生混凝土的高孔隙率和高含水率增加了在火灾作用下构件的升温延迟时间,延长了构件耐火极限;再生混凝土的抗爆裂性能及良好高温后力学性能、略高的比热及较低的导热系数有助于提高钢骨再生混凝土的耐火性能。
(2)钢骨再生混凝土的耐火极限高于钢骨普通混凝土,有利于建筑防火,且能减轻结构自重。
(3)钢骨再生混凝土可以实现废弃资源的再利用,有利于节省天然资源和环境保护,且具有良好的耐火性能。为了了解钢骨再生混凝土的力学性能,将钢骨再生混凝土用于实际工程,作者认为还应在以下几个方面开展研究工作:(1)静力工作性能。目前国内外对于钢骨混凝土的静力性能已进行了较深入的研究,但对钢骨再生混凝土的静力性能研究还很缺乏。进行钢骨再生混凝土的轴压短柱、纯弯构件、压弯构件实验及理论研究,揭示其静力工作原理,考察现有的钢骨混凝土计算理论是否适用于钢骨再生混凝土很有必要。(2)滞回性能。钢骨混凝土构件具有良好的延性和耗能能力[10,11],但钢骨再生混凝土构件是否仍具有良好的滞回性能有待研究。
参考文献
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