李榮俠 商懷帥* 盧曉梅

(青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院，山東青島 266033)

混凝土由于良好的工作性、強(qiáng)度、可塑性和耐久性，以及原材料價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛逐漸成為當(dāng)今世界應(yīng)用最廣泛的建筑材料。但廢棄混凝土造成的各種問(wèn)題已不容忽視，隨時(shí)代的變遷，建筑業(yè)要走可持續(xù)發(fā)展道路已成為共識(shí)，而再生混凝土技術(shù)是讓混凝土走綠色發(fā)展道路的主要措施之一［1］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)研究［3-8］都驗(yàn)證了再生混凝土性能和普通混凝土之間存在很大差異，但通過(guò)大量的研究結(jié)果和應(yīng)用實(shí)例可以看出，再生混凝土是可以服務(wù)于實(shí)際工程的。試驗(yàn)表明［2-7］，抗壓強(qiáng)度、回彈值和超聲波速存在相關(guān)關(guān)系。本試驗(yàn)配制出強(qiáng)度為C30的再生混凝土試件，其再生粗骨料取代率為0%，30%，50%，70%，100%，采用超聲回彈綜合法檢測(cè)其抗壓強(qiáng)度，得出再生混凝土測(cè)強(qiáng)公式。

1 試驗(yàn)概況

1)試驗(yàn)原材料。試驗(yàn)拌合水取普通自來(lái)水;砂是普通河砂;水泥是山水牌42.5R普通硅酸鹽水泥;天然粗骨料采用花崗巖碎石;再生粗骨料來(lái)自山東省即墨市中聯(lián)水泥廠，其基本性能由中聯(lián)水泥廠測(cè)定，已應(yīng)用于實(shí)際工程中。2)混凝土配合比設(shè)計(jì)。本試驗(yàn)采用4種再生粗骨料取代率配制混凝土，取代率分別為0%，30%，70%和100%，并將再生粗骨料取代率為0%的普通混凝土作為基準(zhǔn)混凝土。參照J(rèn)GJ 55-2011普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程進(jìn)行再生混凝土配合比設(shè)計(jì)，并采用了文獻(xiàn)［1］［8］介紹的預(yù)濕再生粗骨料減小水灰比的配合比方法，經(jīng)多次試配，最終確定再生混凝土配合比。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。3)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法。采用容量80 L的攪拌機(jī);抗壓強(qiáng)度檢測(cè)設(shè)備為YZ-5000型液壓力試驗(yàn)機(jī);采用山東樂(lè)陵回彈儀廠生產(chǎn)的ZC3-A型普通混凝土回彈儀進(jìn)行回彈試驗(yàn);超聲檢測(cè)采用康科瑞工程檢測(cè)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的非金屬超聲檢測(cè)分析儀，精度為0.1 μs。本試驗(yàn)試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm立方體，每組6塊。試驗(yàn)主要步驟為:a.回彈試驗(yàn)。測(cè)試面選取試塊澆筑方向的側(cè)面，同時(shí)將試件置于液壓機(jī)上下承板之間，在施加預(yù)壓力至30 kN～50 kN時(shí)，在非澆筑面各測(cè)8個(gè)測(cè)點(diǎn)回彈值，去除3個(gè)最大值和3個(gè)最小值，取剩下10個(gè)值的平均值作為試件混凝土回彈值的代表值R。b.測(cè)量聲速值。結(jié)束回彈值測(cè)試后卸載，將回彈值測(cè)試面置于壓力機(jī)承壓板正中，連續(xù)均勻加載(0.5 MPa/min)，每塊試塊分別加壓至60 kN，150 kN，240 kN測(cè)量其聲速v1，取3個(gè)測(cè)點(diǎn)聲速的平均值作為每種荷載作用下測(cè)量聲速的代表值v。c.抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。聲速測(cè)量完畢，試塊保持不動(dòng)，連續(xù)均勻加載(0.5 MPa/min)直至試件破壞，計(jì)算抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值fcu。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和回彈值

由圖1得出:1)再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨著再生粗骨料替代率增加而降低;2)再生混凝土抗壓強(qiáng)度明顯低于普通混凝土抗壓強(qiáng)度，如再生混凝土28 d抗壓強(qiáng)度約是普通天然混凝土抗壓強(qiáng)度的89.09% ～96.17%。

表1 配合比表

圖1 不同齡期各取代率混凝土強(qiáng)度

圖2 再生混凝土不同取代率各齡期回彈值

由圖2可得出:1)總體趨勢(shì)上，普通混凝土在各個(gè)齡期的回彈值略高于再生混凝土。2)再生粗骨料替代率為100%時(shí)，其回彈值與普通混凝土的差距達(dá)到最大值，降低幅度為5%左右，且降低程度隨齡期的增大而增加。原因分析:1)再生粗骨料本身的強(qiáng)度較低且內(nèi)部存在大量微裂縫;2)再生粗骨料表面本來(lái)就附著的砂漿降低了再生混凝土表面硬度，且造成部分粘結(jié)力薄弱的區(qū)域。再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和回彈值基本上隨再生粗骨料取代率的增加而降低，這與Topcu［3］研究結(jié)果基本一致。

2.2 再生混凝土抗壓強(qiáng)度與回彈值的關(guān)系

由圖3可知，再生粗骨料基本上不影響再生混凝土抗壓強(qiáng)度和回彈值之間的關(guān)系，這說(shuō)明普通混凝土全國(guó)統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線同樣適用于再生混凝土。

圖3 再生混凝土抗壓強(qiáng)度和回彈值關(guān)系圖

2.3 再生混凝土超聲聲速

圖4 再生混凝土不同恒載作用下各齡期超聲聲速

圖4a)～圖4d)給出了再生粗骨料取代率為0%，30%，70%，100%的再生混凝土齡期達(dá)到3 d～28 d時(shí)在荷載值為0 kN，60 kN，150 kN，240 kN作用下的聲速變化規(guī)律。

由圖4可以得出以下結(jié)論:1)同取代率、同齡期試件超聲聲速隨持載值增大而降低，最大降低48.95%，最小降低14.46%。2)4種取代率都隨齡期的增大聲速趨于平緩，且各取代率無(wú)荷載作用時(shí)28 d超聲聲速最大。3)與其他3種取代率比較，各齡期R-100再生混凝土在荷載值為0 kN～150 kN作用下，聲速變化曲線比較平緩，但在240 kN荷載作用下3 d～14 d的聲速曲線陡峭，變化率較大。原因分析:1)隨著荷載強(qiáng)度增大，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐步破壞，直接導(dǎo)致混凝土密實(shí)性變差，聲速變小。2)普通混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)快，隨齡期增大，速度逐漸減緩，且密實(shí)性逐漸增大，再生混凝土亦是如此。3)240 kN荷載時(shí)R-100再生混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)已嚴(yán)重破壞，故聲速明顯低于其他3種取代率。

2.4 再生混凝土抗壓強(qiáng)度與超聲聲速關(guān)系

利用Matlab等軟件的不同數(shù)學(xué)模型對(duì)本試驗(yàn)得到的不同取代率的混凝土抗壓強(qiáng)度與超聲聲速的關(guān)系進(jìn)行分析，得到如下關(guān)系:

再生混凝土28 d的抗壓強(qiáng)度與超聲聲速關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖5 再生混凝土28 d的抗壓強(qiáng)度與超聲聲速的關(guān)系

3 結(jié)語(yǔ)

1)再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨再生骨料取代率增加而降低，且明顯低于普通混凝土抗壓強(qiáng)度;再生粗骨料替代率越大，再生混凝土每個(gè)齡期強(qiáng)度越不穩(wěn)定。2)隨著再生骨料取代率增加，再生混凝土回彈值降低，且略低于普通混凝土，同時(shí)齡期越長(zhǎng)二者相差越大。3)增大再生混凝土試件持載值和取代率都會(huì)降低同齡期再生混凝土超聲聲速，再生混凝土隨著齡期的增長(zhǎng)，聲速趨于平緩，同時(shí)再生粗骨料取代率越大，再生混凝土早期超聲聲速變化越不穩(wěn)定。故在實(shí)際工程中更要注重再生混凝土早期養(yǎng)護(hù)，特別是重要受力構(gòu)件。4)本研究推出的式(1)～式(4)可依據(jù)實(shí)測(cè)超聲聲速計(jì)算出四種取代率再生混凝土抗壓強(qiáng)度，對(duì)其他不同取代率再生混凝土也有重要的參考價(jià)值。

［1］肖建莊，李佳彬，孫振平.回彈法檢測(cè)再生混凝土抗壓強(qiáng)度研究［J］.四川建筑科學(xué)研究，2004，30(4)：51-54.

［2］肖建莊，李佳彬，蘭 陽(yáng).再生混凝土技術(shù)研究最新進(jìn)展與評(píng)述［J］.混凝土，2003(10)：17-20，57.

［3］Topcu I B.Physicaland mechanical properties of concrete produced with waste concrete［J］.Cement and concrete Research，1997，27(12)：1817-1823.

［4］Ravindrarajah R S，Loo Y J，Tam C T.Sternth evaluation of recycled aggregate concrete by in-situ test［J］.Materials and Structures，1988(21)：289-295.

［5］Maio A A，Zega C J，Traversa L P.Estimation of compressive strengh of recycled concrete with the ultrasonnic method［J］.Journal of ASTM International，2005，2(5)：1979-1986.

［6］吳新璇.混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［7］石鐵飚，龔愛(ài)民，彭玉林，等.回彈法檢測(cè)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究［J］.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，24(6)：891-894.

［8］Barragi N K，Vidyadhare H S，Ravaande K.Mix design Procedure for Recycled Aggregate Concrete［J］.Construction and Building Materials，1990，4(4)：188-193.