葉世昌,羅素蓉,鄭建嵐, 2

(1.福州大學(xué)土木工程學(xué)院,福建 福州 350116； 2. 福建江夏學(xué)院工程學(xué)院,福建 福州 350108)

0 引言

使用再生骨料制備而成的混凝土稱為再生混凝土,其運(yùn)用可有效降低混凝土產(chǎn)業(yè)對(duì)環(huán)境的影響[1]. 再生粗骨料附著的老砂漿吸水率高、內(nèi)部裂紋多[2],導(dǎo)致再生混凝土體積穩(wěn)定性較普通混凝土差,更易開(kāi)裂[3- 4]. 混凝土開(kāi)裂性能與其早齡期拉伸徐變性能密切相關(guān)[5-6],目前再生混凝土早齡期拉伸徐變性能亟待研究. 本研究對(duì)再生粗骨料、單摻粉煤灰和復(fù)摻粉煤灰加礦渣對(duì)再生混凝土早齡期拉伸總徐變、基本徐變和干燥徐變的影響進(jìn)行分析.

1 試驗(yàn)研究

1.1 所用原材料

水泥為煉石牌42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥; 粉煤灰為福建省軍航貿(mào)易有限公司生產(chǎn)的二級(jí)粉煤灰; 礦渣為福建省中聯(lián)建材微粉有限公司生產(chǎn)的S95級(jí)?；郀t礦渣微粉; 砂采用福州閩江中砂,細(xì)度模數(shù)為2.26； 減水劑采用福建省建筑科學(xué)研究院生產(chǎn)的TW-JS高效減水劑.

圖1 粗骨料Fig.1 Coarse aggregate

天然粗骨料為5～20 mm連續(xù)級(jí)配的天然碎石,經(jīng)檢測(cè)符合《建設(shè)用卵石、碎石(GB/T 14685—2011)》的要求； 再生粗骨料由福建某省級(jí)干線公路拆除的混凝土破碎、篩分而成,為5～20 mm連續(xù)級(jí)配,其原混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C18,使用年限18 a. 經(jīng)檢測(cè)其性能滿足《混凝土用再生粗骨料(GB/T 25177—2010)》III級(jí)要求,天然及再生粗骨料見(jiàn)圖1,其性能指標(biāo)見(jiàn)表1. 可見(jiàn)與天然粗骨料對(duì)比,再生粗骨料表面附著老砂漿并含有較多雜質(zhì),其表觀密度、堆積密度明顯降低,吸水率、孔隙率、壓碎指標(biāo)明顯上升.

表1 粗骨料的物理性能

1.2 再生混凝土配合比

以配制出實(shí)際強(qiáng)度達(dá)C30的再生混凝土為目標(biāo),參照相關(guān)規(guī)程[7-9]進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),所用配合比及其相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度和彈性模量見(jiàn)表2. 其中, NC表示普通混凝土； RAC表示再生粗骨料取代率為70%的再生混凝土. 礦物摻合料分為粉煤灰單摻和粉煤灰加礦渣復(fù)摻,其中RAC-F30表示粉煤灰取代30%質(zhì)量水泥,RAC-F15-S15表示粉煤灰和礦渣按照1∶1比例進(jìn)行復(fù)摻分別取代15%質(zhì)量水泥,其余同理.

表2 混凝土配合比和基本力學(xué)性能

續(xù)表2

注：p28 d表示28 d立方體抗壓強(qiáng)度；p1 d表示1 d劈裂抗拉強(qiáng)度；E28 d表示28 d彈性模量

1.3 再生混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)和拉伸徐變?cè)囼?yàn)

拉伸徐變?cè)囼?yàn)采用100 mm×100 mm×400 mm棱柱體試件. 試件澆筑成型后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至1 d前脫膜、處理并在1 d時(shí)在恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室內(nèi)(溫度為20±2 ℃,濕度為60%±5%)進(jìn)行拉伸試驗(yàn). 鑒于混凝土同時(shí)產(chǎn)生徐變與收縮,試驗(yàn)時(shí)同時(shí)澆筑對(duì)照收縮試件,在數(shù)據(jù)處理時(shí)將拉伸徐變?cè)囼?yàn)測(cè)得的變形扣除對(duì)照試件收縮變形得到徐變變形. 為同時(shí)得到再生混凝土的基本徐變和干燥徐變,一套拉伸裝置中同時(shí)含密封和不密封試件,密封試件表面涂蠟并包塑料薄膜保證試件試驗(yàn)過(guò)程中與外界環(huán)境無(wú)水分交換,不密封試件則不處理. 將不密封試件測(cè)得的總徐變變形扣除密封試件測(cè)得的基本徐變變形即為干燥徐變變形.

根據(jù)文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)拉伸徐變裝置如圖2,底座為U型槽鋼,兩端設(shè)有鋼支座,混凝土試件通過(guò)萬(wàn)向軸承和桿件連接,通過(guò)桿件端部螺栓的旋緊對(duì)混凝土試件進(jìn)行拉伸加載. 試驗(yàn)前測(cè)得各組混凝土立方體劈裂抗拉強(qiáng)度,通過(guò)拉壓力傳感器控制每組試件的持荷應(yīng)力比(施加拉應(yīng)力/混凝土極限拉應(yīng)力)為30%. 采用電阻應(yīng)變片貼于試件兩個(gè)側(cè)面中部測(cè)量試件應(yīng)變. 在拉伸過(guò)程中定期對(duì)試件持荷狀況進(jìn)行檢查、調(diào)整. 將徐變值換算成徐變度以便進(jìn)行對(duì)比：

(1)

式中：εc(t,t0)為混凝土由t0加載至t的徐變應(yīng)變；σ0為混凝土t0時(shí)持荷應(yīng)力；Csp(t,t0)為混凝土徐變度.

圖2 混凝土單軸拉伸徐變?cè)囼?yàn)裝置Fig.2 Uniaxial tensile creep test apparatus

2 拉伸徐變?cè)囼?yàn)結(jié)果分析

2.1 再生粗骨料對(duì)再生混凝土拉伸徐變的影響

用再生粗骨料取代70%天然粗骨料對(duì)再生混凝土拉伸徐變的影響見(jiàn)圖3,可見(jiàn)再生混凝土與普通混凝土的拉伸徐變性能相似,早期發(fā)展迅速后期發(fā)展緩慢. 普通混凝土和再生混凝土3 d時(shí)分別達(dá)到14 d拉伸總徐變的89%和86%,說(shuō)明混凝土早齡期拉伸徐變大部分是在加載后3 d內(nèi)發(fā)展的. 到7 d時(shí)混凝土的拉伸徐變曲線基本趨于平緩.

70%再生粗骨料對(duì)再生混凝土各類拉伸徐變的影響規(guī)律一致,均導(dǎo)致再生混凝土拉伸徐變?cè)黾? 相較于普通混凝土,7 d時(shí)再生混凝土拉伸總徐變、基本徐變和干燥徐變分別增加7.3%、9.1%和6.0%,14 d則分別增加8%、5.9%和9.4%. 原因在于再生粗骨料表面一般附著30%～35%的老砂漿[11],用再生粗骨料取代天然粗骨料會(huì)導(dǎo)致混凝土組分中砂漿含量的增加和天然粗骨料的減少,而混凝土中的徐變是因砂漿流動(dòng)產(chǎn)生并由天然粗骨料抑制的[12],因此再生混凝土拉伸徐變變大. 此外,再生粗骨料在加工過(guò)程中舊界面和附著的舊砂漿受到損傷,形成的新界面易因舊砂漿的影響更為薄弱[13],這也會(huì)導(dǎo)致其拉伸徐變變形增大.

圖3 粗骨料對(duì)再生混凝土拉伸徐變的影響Fig.3 Influence of coarse aggregate on tensile creep of recycled concrete

2.2 單摻粉煤灰對(duì)再生混凝土拉伸徐變的影響

單摻粉煤灰對(duì)再生混凝土拉伸徐變的影響見(jiàn)圖4,可見(jiàn)粉煤灰對(duì)再生混凝土各類拉伸徐變的影響規(guī)律一致,單摻粉煤灰引起再生混凝土各類拉伸徐變的增加,且粉煤灰摻量越大拉伸徐變?cè)龇酱? 相較于未摻礦物摻合料再生混凝土組,14 d時(shí)30%、40%、50%、60%粉煤灰摻量的再生混凝土的拉伸總徐變分別增加8.5%、19.4%、27.0%、32.5%,基本徐變分別增加7.2%、21.7%、26.0%、31.4%,干燥徐變則分別增加7.9%、17.9%、27.7%、34.8%. 原因在于粉煤灰活性低于水泥,摻入粉煤灰導(dǎo)致混凝土早期水化反應(yīng)少,強(qiáng)度形成慢,在早齡期加載時(shí)無(wú)法有效抵抗拉伸變形,因此粉煤灰摻量越大拉伸徐變?cè)酱?

圖4 單摻粉煤灰對(duì)再生混凝土拉伸徐變的影響Fig.4 Influence of fly ash on tensile creep of recycled concrete

2.3 復(fù)摻粉煤灰加礦渣對(duì)再生混凝土拉伸徐變的影響

復(fù)摻粉煤灰加礦渣對(duì)再生混凝土拉伸徐變的影響見(jiàn)圖5. 可見(jiàn)復(fù)摻粉煤灰加礦渣對(duì)再生混凝土各類拉伸徐變的影響規(guī)律基本一致,隨粉煤灰加礦渣復(fù)摻量的增加再生混凝土各類拉伸徐變?cè)黾? 相較于未摻礦物摻合料再生混凝土組,14 d時(shí)30%、40%、50%、60%粉煤灰加礦渣復(fù)摻量的再生混凝土的拉伸總徐變分別增加2.6%、3.2%、17.1%、21.7%,基本徐變分別增加1.9%、5.2%、19.3%、21.1%,干燥徐變則分別增加3.5%、1.9%、15.5%、22.6%.

圖5 復(fù)摻粉煤灰加礦渣對(duì)再生混凝土拉伸徐變的影響Fig.5 Influence of combined addition of fly ash and slag on tensile creep of recycled concrete

項(xiàng)目徐變?cè)龇鶎?duì)比總徐變基本徐變干燥徐變單摻粉煤灰8.5%～32.5%7.2%～31.4%7.9%～34.8%復(fù)摻粉煤灰加礦渣2.6%～21.7%1.9%～21.1%3.5%～22.6%

復(fù)摻粉煤灰加礦渣再生混凝土拉伸徐變?cè)龇c單摻粉煤灰組對(duì)比見(jiàn)表3,可見(jiàn)復(fù)摻粉煤灰加礦渣的拉伸徐變?cè)龇^小. 原因在于粉煤灰加礦渣復(fù)摻使不同粒徑分布的粉煤灰、礦渣和水泥互相填充,形成更為密實(shí)的結(jié)構(gòu)[14]. 此外,礦渣活性高于粉煤灰,早期水化反應(yīng)較快,故其早期強(qiáng)度發(fā)展快于單摻粉煤灰,從而較單摻粉煤灰組復(fù)摻粉煤灰加礦渣在拉伸荷載作用下拉伸徐變降低. 30%、40%復(fù)摻組拉伸徐變?cè)龇黠@小于50%、60%復(fù)摻組且較接近普通混凝土,說(shuō)明40%以內(nèi)的復(fù)摻有利于形成更為密實(shí)的再生混凝土結(jié)構(gòu),更為有效抵抗混凝土拉伸.

3 結(jié)論

1) 再生混凝土與普通混凝土的拉伸徐變性能相似,早期發(fā)展迅速后期發(fā)展緩慢. 再生混凝土早齡期拉伸徐變大部分是在加載后3 d內(nèi)發(fā)展的,7 d時(shí)再生混凝土的拉伸徐變曲線基本趨于平緩.

2) 70%再生粗骨料對(duì)再生混凝土各類拉伸徐變的影響規(guī)律一致,均導(dǎo)致再生混凝土拉伸徐變?cè)黾? 相較于普通混凝土,14 d時(shí)再生混凝土拉伸總徐變、基本徐變和干燥徐變分別增加8.0%、5.9%和9.4%.

3) 單摻粉煤灰引起再生混凝土各類拉伸徐變的增加,且粉煤灰摻量越大拉伸徐變?cè)龇酱? 相較于普通混凝土,14 d時(shí)30%～60%粉煤灰摻量的再生混凝土的拉伸總徐變?cè)黾恿?.5%～32.5%.

4) 隨粉煤灰加礦渣復(fù)摻量的增加再生混凝土各類拉伸徐變?cè)黾? 相較于普通混凝土,14 d時(shí)30%～60%粉煤灰加礦渣復(fù)摻量的再生混凝土的拉伸總徐變?cè)黾恿?.6%～21.7%. 對(duì)比單摻粉煤灰組,復(fù)摻粉煤灰加礦渣再生混凝土的拉伸徐變降低. 復(fù)摻40%以內(nèi)粉煤灰加礦渣的再生混凝土在受拉時(shí)徐變?cè)龇^小.