(邯鄲市交通運(yùn)輸局 公路勘察設(shè)計(jì)院 , 河北 邯鄲 056002)

正交法分析再生粗骨料混凝土力學(xué)性能

景茂武

(邯鄲市交通運(yùn)輸局 公路勘察設(shè)計(jì)院 , 河北 邯鄲 056002)

通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，計(jì)算再生粗骨料的不同取代率(0、50%、100%)、粉煤灰不同取代率(0、10%、20%)、減水劑含量的不同(0、0.5%、1%)和鋼纖維(銑削型鋼纖維和剪切啞鈴型鋼纖維)含量不同(1%銑削型鋼纖維、0.5%剪切啞鈴型鋼纖維和0.5%銑削型鋼纖維、1%剪切啞鈴型鋼纖維)4個(gè)因素(每個(gè)因素有3個(gè)水平)對(duì)再生混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度力學(xué)性能的影響，分析并評(píng)價(jià)再生混凝土的基本力學(xué)性能。

再生混凝土； 再生粗骨料； 正交法； 力學(xué)性能

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷發(fā)展，城市建設(shè)的蓬勃發(fā)展對(duì)混凝土材料的需求越來(lái)越廣泛，對(duì)于粗細(xì)骨料的需求量逐步加劇，傳統(tǒng)混凝土原材料中用量最大的砂石曾被人們認(rèn)為是用之不竭的而隨意開采，目前的情況已經(jīng)破壞了我國(guó)的原生態(tài)環(huán)境，阻礙并制約了我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展。為了解決這些問(wèn)題，必須尋求可替代天然砂石的新型材料，傳統(tǒng)混凝土的生產(chǎn)模式也必須尋求突破。在該時(shí)代大背景下，將大量的建筑垃圾回收再利用，發(fā)展新的加工工藝，研究再生混凝土(Recycled Aggregate Concrete)正是在這一國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)路線轉(zhuǎn)移的要求下應(yīng)運(yùn)而生的[1-5]。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

再生粗骨料來(lái)源于廢棄鋼筋混凝土梁，加工后的再生粗骨料參照《建筑用卵石、碎石》(GB/T14685 — 2001),測(cè)得基本性能見表1，水泥采用P.O 42.5，采用Ⅰ級(jí)粉煤灰，鋼纖維采用銑削型鋼纖維和剪切啞鈴型分別用①和②標(biāo)記。并且采用FN-H高效減水劑，拌和水采用自來(lái)水，呈弱酸性。

表1 再生粗骨料的物理性能指標(biāo)粒徑/mm表觀密度/(kg·m-3)堆積密度/(kg·m-3)含泥量/%吸水率/%壓碎指標(biāo)/%5～2024901240068425142

1.2 試驗(yàn)方法

采用正交方法進(jìn)行分析。本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)有4個(gè)因素(變量)，每個(gè)因素設(shè)計(jì)3個(gè)水平，采用L9(34) 正交試驗(yàn)表安排本次試驗(yàn)。再生混凝土正交設(shè)計(jì)因素 — 水平表見表2。

表2 再生粗骨料混凝土正交因素—水平表水平因素A再生粗骨料含量/%B粉煤灰含量/%C鋼纖維含量/%D減水劑含量/%1 0(A1) 0(B1)1①(C1) 0(D1)2 50(A2)10(B2)05①+05②(C2)05(D2)3100(A3)20(B3)1②(C3) 1(D3)

本次試驗(yàn)方法按照《普通混凝土拌和物性能試驗(yàn)方法》(GB/T 50080 — 2002)，本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用100 mm×100 mm×100 mm試件，測(cè)得該批試件強(qiáng)度值均應(yīng)乘以0.95的尺寸換算系數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

再生粗骨料混凝土立方體抗壓試驗(yàn)及劈裂抗拉試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 再生粗骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度及劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果(28d)編號(hào)水泥/kg用水量/kg砂/kg再生石子/kg天然石子/kg粉煤灰/kg纖維/kg減水劑/kg抗壓強(qiáng)度/MPa劈拉強(qiáng)度/MPaZ136018065101209078①004453．23Z2324180636012095478②164063．15Z32881806200120910839①+39②293752．84Z436018065160456045039①+39②184593．41Z5324180636604560455478①323982．99Z62881806206045604510878②003832．83Z736018065112090078②364503．45Z8324180636120905439①+39②003922．91Z92881806201209010878①143732．83

3 正交法分析試驗(yàn)結(jié)果

3.1 方差分析法對(duì)再生粗骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分析

采用正交分析法中常用的采用方差法對(duì)再生粗骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表4。正交分析點(diǎn)圖見圖1。

表4 再生粗骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度方差分析結(jié)果方差來(lái)源平方和自由度均方F顯著性再生粗骨料含量A3142157粉煤灰含量B263062131531134??鋼纖維含量C2662133減水劑含量D1862093誤差27072181504誤差Δ2783824 注：F>F001，因素影響特別顯著，記為“??”；F001>F>F005，因素影響顯著，記為“?”；F005>F>F010，因素有一定的影響，記為“(?)”；F010>F，因素影響不顯著。

圖1 立方體抗壓強(qiáng)度正交分析點(diǎn)圖

表4可以看出： 影響混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的主次順序是B>A>C>D,即粉煤灰含量>再生粗骨料含量>纖維含量>減水劑含量。就混凝土立方體抗壓強(qiáng)度而言，最佳配合比為A2、B1、C2、D2。

通過(guò)圖1立方體抗壓強(qiáng)度正交分析點(diǎn)圖可以看出：

1) 隨著再生粗骨料含量、纖維含量和減水劑含量增加，再生粗骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度變化趨勢(shì)呈現(xiàn)先是增加后下降。

2) 隨著粉煤灰含量增加，混凝土立方體抗壓強(qiáng)度呈一直下降趨勢(shì)，開始時(shí)下降速度相對(duì)較快，后期下降速度變緩。

3) 對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度影響最大的是粉煤灰含量，再生粗骨料含量次之，纖維含量和減水劑含量影響最小。

3.2 方差分析法對(duì)再生粗骨料混凝土立方體劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行分析

再生粗骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度方差分析如表5及圖2所示。

表5 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度方差分析表方差來(lái)源平方和自由度均方F顯著性再生粗骨料含量A2粉煤灰含量B1242062 279??鋼纖維含量C00120005225(?)減水劑含量D00320015675?誤差004180002

由表5可以看出： 影響混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的主次順序是B>D>C>A,即粉煤灰含量>減水劑含量>纖維含量>再生粗骨料含量。

圖2 立方體劈裂抗拉強(qiáng)度正交分析點(diǎn)圖

通過(guò)圖2劈裂抗拉強(qiáng)度正交分析點(diǎn)圖可以看出：

1) 隨著再生粗骨料含量增加，混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度先是呈上升趨勢(shì)，然后開始下降，只是變化非常緩慢，該試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明再生粗骨料含量摻量變化對(duì)再生粗骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度影響不顯著。

2) 隨著粉煤灰含量增加，混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度一直下降，且速度逐漸變慢。這是由于粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度(試驗(yàn)測(cè)的是28 d強(qiáng)度)和普通混凝土相比較低。

3) 隨著鋼纖維與減水劑含量增加，再生粗骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度都是呈現(xiàn)先增加，后減小的變化趨勢(shì)，且兩者的隨摻量變化的趨勢(shì)比較接近。

4) 對(duì)混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度影響最大的是粉煤灰含量，再生粗骨料含量影響最小。

纖維表面與水泥漿體之間有一個(gè)薄弱的過(guò)渡區(qū)，此時(shí)強(qiáng)度較低，特別是單一纖維表現(xiàn)更為突出。C1、C3對(duì)應(yīng)的都是單一纖維，對(duì)應(yīng)的過(guò)渡區(qū)比較單一，而C2對(duì)應(yīng)的是混雜纖維，過(guò)渡區(qū)不明顯，強(qiáng)度相對(duì)較高。因此纖維對(duì)應(yīng)的劈裂抗拉強(qiáng)度如劈裂抗拉強(qiáng)度正交分析點(diǎn)圖所示。

劈裂抗拉強(qiáng)度正交分析點(diǎn)圖中，摻量變化時(shí)，減水劑增加，水灰比則呈下降狀態(tài)，混凝土內(nèi)部劈裂抗拉破壞形式不同。由于再生粗骨料中存在較多的裂縫裂且易遭到破壞，當(dāng)水灰比較小的配合比時(shí)，水泥漿的強(qiáng)度相對(duì)較高，再生粗骨料遭到破壞的強(qiáng)度較低，因此曲線下降。

4 結(jié)論

1) 在其它條件相同的情況下，再生粗骨料混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和立方體劈裂抗拉強(qiáng)度隨著再生粗骨料摻量的增加而呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

2) 在其他條件相同的情況下，再生粗骨料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度和立方體劈裂抗拉強(qiáng)度隨粉煤灰摻量增加而降低。

3) 粉煤灰顆粒粒徑小，在混凝土內(nèi)部具有良好的物理填充性能，并具有良好的化學(xué)活性使其力學(xué)性能得到有效提高。

4) 鋼纖維的摻入對(duì)再生粗骨料混凝土具有很好的增強(qiáng)韌性、提高強(qiáng)度和阻止裂縫擴(kuò)展的效果。

5) 減水劑可以使水泥顆粒分散均勻，能有效改善再生粗骨料混凝土的工作性能，提高和易性，有效降低用水量，從而提高混凝土硬度和致密性。在再生粗骨料混凝土中適量加入減水劑，可以加快工程進(jìn)度和節(jié)約水泥，主要起到有效改善混凝土和易性、流動(dòng)性，但是對(duì)再生粗骨料混凝土強(qiáng)度改善效果不明顯。

[1] 丁雪芬.廢棄混凝土在建筑工程上的回收利用[J].混凝土,2003(2):56-57.

[2] 邢振賢,蓋占方.再生混凝土技術(shù)研究及應(yīng)用開發(fā)[J].華北水利水電學(xué)院報(bào),2000(4):38-40.

[3] 陳愛玖，潘麗云，王靜，等.粉煤灰對(duì)再生混凝土性能的影響研究[J].混凝土，2010(8)：84-87.

[4] 彭獻(xiàn)生，陳豪吉，顏聰.再生混凝土強(qiáng)度性質(zhì)的探討[A].王培鉻，黃兆龍，姚武.新世紀(jì)海岸兩岸高性能混凝土研究與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2002.

[5] 邢振賢.再生骨料的基本性能研究[J].華北水利水電學(xué)報(bào),1998(6)：29-31.

1008-844X(2017)03-0098-03

U 414

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2017-01-03

景茂武(1972-),男，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榈缆窐蛄涸O(shè)計(jì)。