湯貝貝，王磊，宗蘭，陳龍，張春（南京工程學院建筑工程學院，江蘇 南京 211167）

碎磚骨料再生混凝土的抗凍性能試驗研究

湯貝貝，王磊，宗蘭，陳龍，張春
（南京工程學院建筑工程學院，江蘇 南京 211167）

試驗采用碎磚替代30%的粗骨料石子，制備碎磚骨料再生混凝土，通過與天然混凝土在凍融環(huán)境下的對比試驗，研究碎磚骨料再生混凝土的抗凍性。試驗結(jié)果表明：按C40強度等級設計30%取代率的碎磚骨料再生混凝土的立方體抗壓強度基本接近設計強度；30%取代率的碎磚骨料再生混凝土的抗凍等級也可以達到D300。為碎磚骨料再生混凝土在工程中的應用提供了參考數(shù)據(jù)。

碎磚骨料；再生混凝土；抗壓強度；耐久性；抗凍性

0　引言

隨著城市化建設進程的加快，建筑不斷更新，市政動遷規(guī)模不斷加大，建筑垃圾量急劇增加，占用大量土地對生態(tài)環(huán)境造成嚴重的破壞；隨著混凝土需求量的急劇增加，加劇了對有限的天然砂石骨料的開采，資源枯竭和環(huán)境破壞問題日益凸顯。利用廢棄磚塊制備出高品質(zhì)的再生骨料混凝土，既解決了“如何處理建筑廢棄磚塊”和“尋找砂石骨料的替代品”等問題，又保護了生態(tài)環(huán)境，促進混凝土材料的可持續(xù)發(fā)展，符合 “綠色建筑”的倡導精神。

混凝土的強度和耐久性是其兩大基本特性，然而再生混凝土材料強度的研究結(jié)果顯示基本能夠滿足設計使用要求，現(xiàn)在研究更多的是其耐久性。而我國的西北、華北、東北屬寒冷地區(qū)，凍融循環(huán)作用往往是導致混凝土劣化、影響其耐久性的最主要因素之一。由于南京處于冬冷夏熱地區(qū)，因此，再生骨料混凝土的抗凍融性直接關系到結(jié)構(gòu)的安全和再生混凝土工程應用的耐久性。

本課題采用碎磚代替30%的粗骨料石子來制備高強度的碎磚骨料再生混凝土，對碎磚類骨料再生混凝土的配制方法、配合比設計和基本的力學性能進行了前期研究，研究結(jié)果顯示：綜合考慮其工作性能和力學性能，用碎磚取代30%的粗骨料為最佳。本課題在此基礎上，進一步研究碎磚骨料再生混凝土的抗凍性，通過凍融循環(huán)實驗，分析研究30%取代率的碎磚骨料再生混凝土的凍融循環(huán)破壞機理，實驗測定出其抗凍等級，為碎磚骨料再生混凝土的工程應用取得相關的數(shù)據(jù)支持。

1　試驗原材料

水泥：膠凝材料用南京中聯(lián)水泥責任有限公司生產(chǎn)的中聯(lián)牌42.5普通硅酸鹽水泥。

粉煤灰：采用I級粉煤灰。

減水劑：本試驗外加劑為聚羧酸系高效減水劑，減水率為25%。

水：混凝土拌和與養(yǎng)護用水為南京市江寧區(qū)飲用自來水。

細骨料：采用天然河沙，該天然河砂為中砂，含水率3%。

粗骨料：天然粗骨料采用碎石，粒徑在5～25 mm。再生粗骨料取自南京市某三層磚混結(jié)構(gòu)的住宅樓中拆除的碎磚。經(jīng)過分揀、破碎、篩分等工藝，采用鄂氏破碎機破碎，加工制成碎磚再生骨料，粒徑范圍為5～25 mm。其各項性能見表1。

2　配合比設計

2.1細骨料砂的級配設計

試驗中設計的天然砂級配見圖1，表2。

2.2粗骨料的級配設計

試驗中設計的粗骨料級配見圖2，表3。

表1　天然粗骨料與再生磚骨料主要性能指標

2.3試驗配合比設計

以C40混凝土配合比為基準，再生粗骨料取代率分別為0%、30%來配置天然骨料混凝土和碎磚骨料再生混凝土，粉煤灰摻量為10%，減水劑摻量為水泥的1.5%，附加水為碎磚質(zhì)量的5%。

3　試驗方案

表2　天然河砂配比設計

表3　再生碎磚骨料及天然骨料顆粒級配表

圖1　天然砂級配曲線

圖2　天然粗骨料和再生碎磚骨料級配曲線

試驗采用《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》（GBT50082-2009）規(guī)范中的快速凍融法。采用100 mm×100 mm×400 mm規(guī)格的試件，每組試件應為3塊，每種做兩組。在標準養(yǎng)護室28 d齡期時開始進行凍融試驗。每25個循環(huán)測一次混凝土試塊的質(zhì)量和橫向基頻，根據(jù)混凝土試件質(zhì)量損失和相對動彈模量變化值及強度下降值來衡量混凝土抗凍性能。普通混凝土和30%取代率的碎磚骨料再生混凝土各預留兩組試塊，每組3個，做成150 mm×150 mm×150 mm的立方體抗壓強度試塊；分別測試其7 d和28 d的抗壓強度。

4　試驗結(jié)果分析

4.1抗壓強度結(jié)果分析

碎磚骨料再生混凝土和普通混凝土7 d、28 d抗壓強度試驗數(shù)據(jù)見表4，其中強度比值為混凝土的7 d強度與28 d強度的比值。

由表4可知，碎磚骨料再生混凝土和普通混凝土的7 d和28 d抗壓強度比在70%左右，這與普通混凝土的強度增長程度基本上是一致的。混凝土設計強度等級為C40，碎磚骨料再生混凝土的強度接近40 MPa，較普通混凝土28 d的抗壓強度稍低一些。

表4　混凝土7 d和28 d的強度數(shù)據(jù)

4.2凍融循環(huán)實驗現(xiàn)象

在標準養(yǎng)護室內(nèi)或同條件養(yǎng)護的試件在養(yǎng)護齡期為24 d時提前將凍融實驗的試件從養(yǎng)護地點取出，隨后將凍融試件放在（20±2）℃的水中浸泡4 d后，在將試件裝模入實驗箱之前觀察試件表面情況有：各試件表面光滑，無缺陷。實驗過程中，隨著凍融循環(huán)的次數(shù)上升，碎磚骨料再生混凝土的破壞是由表面、邊角逐漸破壞。碎磚骨料再生混凝土凍融循環(huán)次數(shù)較少的情況下，試件外觀破壞不明顯，但隨著次數(shù)達到150次以上，破壞開始較為明顯，特別是靠近箱底的部位混凝土表面剝離現(xiàn)象更加明顯。碎磚骨料再生混凝土的凍融循環(huán)和天然骨料的凍融循環(huán)都能夠達到300次。凍融循環(huán)300次后再生混凝土表面呈現(xiàn)麻狀，塊狀剝落，裸露出磚骨料。普通混凝土表面呈現(xiàn)麻狀，但是骨料裸露情況不明顯。凍融循環(huán)實驗結(jié)束后表面見圖3。

圖3　碎磚骨料再生混凝土與普通混凝土凍融循環(huán)試驗照片

4.3實驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析

凍融循環(huán)實驗過程中30%取代率的碎磚骨料再生混凝土和普通混凝土的相對動彈模量和質(zhì)量都在不斷變化著，兩者的相對動彈模量變化如圖4所示，兩者的質(zhì)量損失如圖5所示。

圖4　凍融循環(huán)試驗下相對動彈模量變化對比曲線圖

圖5　凍融循環(huán)試驗下質(zhì)量損失率變化對比曲線圖

由圖4可知，在凍融循環(huán)100次后，30%取代率的碎磚骨料再生混凝土和天然混凝土的相對動彈模量均有下降的趨勢，前者下降的較后者稍快些；在凍融循環(huán)250次后，30%取代率的碎磚骨料再生混凝土的相對動彈模量較普通混凝土的下降速度增快。達到300次凍融循環(huán)后，30%取代率的碎磚骨料再生混凝土的相對動彈模量降低59%，接近破壞，而普通混凝土的相對動彈模量下降40%。破壞的主要原因是磚骨料裸露，混凝土表面空隙較多，吸水凍脹，導致破壞。

由圖5可知，在凍融循環(huán)50次之前，30%取代率的碎磚骨料再生混凝土和普通混凝土的質(zhì)量損失基本相同；在凍融循環(huán)75～225次，30%取代率的碎磚骨料再生混凝土的質(zhì)量損失反而較普通混凝土的要小，在凍融循環(huán)100～200次之間，30%取代率的碎磚骨料再生混凝土的質(zhì)量反而增大，這是由于碎磚骨料再生混凝土表面破壞，磚骨料裸露，空隙增大，吸水量增加，才導致質(zhì)量損失出現(xiàn)負增長。凍融循環(huán)250次后，30%取代率的碎磚骨料再生混凝土破壞增大，其質(zhì)量損失較普通混凝土開始增大。凍融循環(huán)300次后，碎磚骨料再生混凝土的質(zhì)量損失是天然混凝土質(zhì)量損失的兩倍。

由此可以看出，高強C40，30%取代率的碎磚骨料再生混凝土和普通混凝土的凍融循環(huán)測試結(jié)果顯示：在凍融循環(huán)200次，碎磚骨料再生混凝土與普通混凝土的破壞形式接近。

5　結(jié)論

（1）30%粗骨料取代率的碎磚骨料再生混凝土基本上滿足高強混凝土的設計要求，按C40強度等級設計的碎磚骨料再生混凝土的立方體抗壓強度基本上可以達到40 MPa。

（2）30%粗骨料取代率的碎磚骨料再生混凝土的抗凍等級可以達到D300，在凍融循環(huán)過程中，30%粗骨料取代率的碎磚骨料再生混凝土的相對動彈模量下降趨勢較普通混凝土稍快些。在達到300次凍融循環(huán)后，碎磚骨料再生混凝土，達到破壞的邊緣。

（3）30%粗骨料取代率的碎磚骨料再生混凝土在凍融循環(huán)100次后，其表面開始小范圍剝離，凍融循環(huán)200次后，磚骨料開始裸露，空隙率增加，吸水增加，最終導致凍脹剝離；剝離界面主要是磚骨料破壞，而非磚骨料與膠凝材料的接觸面破壞。

（4）試驗結(jié)果達到預期目標，C40，30%粗骨料取代率的碎磚骨料再生混凝土的工程實際應用前景樂觀。

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This experiment adopts the rubble to replace 30%of aggregate stones to prepare brick recycled concrete aggregate.Compared with natural concrete in the freeze-thaw environment test it studies frost resistance of recycled concrete aggregate.Experimental results show that:according to the grades of C40，the cube compressive strength of recycled concrete aggregate with 30%rubble is close to the design strength；The level of antifreeze of recycled concrete brick aggregate with 30%replacement ratio can also achieve D300.It provides reference data for brick recycled concrete aggregate in the engineering application.

brickbat aggregate；recycled concrete；the compressive strength；durability；frost resistance

江蘇省住建廳科技研究項目（2013ZD07）；南京工程學院大學生科技創(chuàng)新項目（N20140914）；南京工程學院大學生科技創(chuàng)新項目（N20140901）。

湯貝貝（1992-），男，本科，土木工程專業(yè)。

（編輯：張嵐嶸）（2015-4-19）