尚壯壯，劉元珍，高宇璇，王朝旭

(太原理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，山西 太原 030024)

?；⒅樵偕鼗炷磷鳛橐环N集保溫隔熱和承重于一體的新型綠色建筑材料對(duì)于構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)有重大意義.近年以來(lái)，為了推廣?；⒅樵偕鼗炷恋膹V泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)其材料性能、力學(xué)性能以及它在裝配式建筑中的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究[1-6].然而關(guān)于再生保溫混凝土長(zhǎng)齡期抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究卻相對(duì)匱乏.

混凝土長(zhǎng)齡期強(qiáng)度是混凝土長(zhǎng)期性能的重要組成部分，相較于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d的抗壓強(qiáng)度，360 d齡期內(nèi)強(qiáng)度更能真實(shí)反應(yīng)混凝土的后期強(qiáng)度，對(duì)結(jié)構(gòu)安全承載更為重要.肖建莊[7-8]等人對(duì)再生混凝土長(zhǎng)齡期強(qiáng)度進(jìn)行了研究，其結(jié)果表明：再生混凝土的長(zhǎng)齡期立方體抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律與普通混凝土保持一致，但再生混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率遠(yuǎn)大于普通混凝土.王永貴[9]等研究表明在再生混凝土中添加適量纖維可以有效促進(jìn)其早中期抗壓強(qiáng)度的提高，但對(duì)其90 d強(qiáng)度的影響較小.成國(guó)耀、陳宗平[10-11]等人通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：再生混凝土長(zhǎng)齡期棱柱體抗壓強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)齡期實(shí)測(cè)值平均提高了16.8%.

再生骨料取代率是影響混凝土長(zhǎng)齡期強(qiáng)度的重要因素之一.相關(guān)研究表明，再生骨料取代率越高，混凝土28 d抗壓強(qiáng)度越低，但再生混凝土后期會(huì)獲得較大的強(qiáng)度增量[12-14].肖建莊等[15]基于試驗(yàn)結(jié)果提出了基于再生粗骨料取代率的再生混凝土長(zhǎng)期強(qiáng)度預(yù)測(cè)公式.而國(guó)內(nèi)關(guān)于再生粗骨料取代率對(duì)再生保溫混凝土的360 d齡期內(nèi)強(qiáng)度影響規(guī)律的研究匱乏，因此本文針對(duì)這一問(wèn)題，展開了一系列研究.

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

天然粗骨料：試驗(yàn)采用粒徑為4.74～9.6 mm和9.6～20 mm的天然碎石，并按1∶1的比例將兩種粒徑的骨料混合.其物理性質(zhì)見表1.

再生粗骨料：取自邯鄲市某生態(tài)公司，由廢棄混凝土破碎處理后所得，其級(jí)配曲線如圖1所示.

圖1 再生粗骨料級(jí)配曲線圖

細(xì)骨料：本試驗(yàn)采用河砂，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得細(xì)度模數(shù)為2.5，粒徑為0.074～4.74 mm，其他物理性質(zhì)見表1.

表1 骨料的物理性質(zhì)

水泥：標(biāo)號(hào)為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥.其物理性質(zhì)見表2.

硅灰：四川某硅灰廠生產(chǎn)的高性能硅灰.相關(guān)物理性質(zhì)見表2.

表2 水泥和硅灰的物理性質(zhì)

保溫骨料：選擇玻化微珠作為保溫骨料.其相關(guān)物理性質(zhì)見表3.

表3 玻化微珠物理性質(zhì)

1.2 配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用課題組之前提出的C35最優(yōu)配合比，以再生粗骨料取代率(采用體積取代的方式來(lái)計(jì)算)為控制參數(shù)，分別設(shè)置了0%、50%、100%三種取代率，對(duì)應(yīng)的試件編號(hào)分別為：RATIC-0、RATIC-50、RATIC-100，并設(shè)置普通混凝土(NC)為試驗(yàn)對(duì)照組.

表4 混凝土配合比

1.3 試件設(shè)計(jì)

為了進(jìn)行360 d齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，本試驗(yàn)共制作156個(gè)試件，分為4組.具體試件設(shè)計(jì)如表5所示.

表5 試件的尺寸和數(shù)量

1.4 試驗(yàn)方法與試驗(yàn)設(shè)備

混凝土立方體及棱柱體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)均根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》(GB/T500 81)的規(guī)定進(jìn)行，取三塊試件所測(cè)得的均值作為該配比下再生保溫混凝土的抗壓強(qiáng)度值.試驗(yàn)所用的設(shè)備是200 0 kN微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī).

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 360 d齡期內(nèi)立方體抗壓強(qiáng)度結(jié)果及分析

本文針對(duì)4組不同配合比的混凝土試件進(jìn)行了360 d齡期內(nèi)立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示.

圖2 不同再生粗骨料取代率混凝土立方體抗壓強(qiáng)度

由圖2可知，再生保溫混凝土的360 d齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度隨著再生粗骨料取代率的增大而減小.分析其原因可能是：新舊砂漿界面區(qū)域的微裂縫較多，隨著荷載增大，界面區(qū)的微裂縫擴(kuò)展延伸，使混凝土破壞；再生粗骨料表面附著有舊水泥砂漿，而新舊水泥砂漿之間的粘結(jié)力小于粗骨料與新水泥砂漿之間的粘結(jié)力，導(dǎo)致混凝土抗壓強(qiáng)度降低；在破碎過(guò)程中再生粗骨料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較多的裂縫和空隙，混凝土內(nèi)部空隙率增大，導(dǎo)致混凝土抗壓強(qiáng)度減小.

在28 d齡期時(shí)，RATIC-0的立方體抗壓強(qiáng)度值比RATIC-100高17.9%，RATIC-50比RATIC-100高9.9%；在120 d齡期時(shí)，RATIC-0的立方體抗壓強(qiáng)度值比RATIC-100高17.5%，RATIC-50比RATIC-100高9%；在150 d齡期時(shí)，RATIC-0的立方體抗壓強(qiáng)度值比RATIC-100高10.9%，RATIC-50比RATIC-100高6.8%；在360 d齡期時(shí)，RATIC-0的立方體抗壓強(qiáng)度值比RATIC-100高8.9%，RATIC-50比RATIC-100高4.3%.由此可見，齡期越長(zhǎng)，RATIC-100后期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速度更快，增長(zhǎng)速率超過(guò)了RATIC-0和RATIC-50，再生粗骨料中附著的未水化水泥顆粒進(jìn)一步水化反應(yīng)促進(jìn)了再生保溫混凝土強(qiáng)度的后期增長(zhǎng).

在28 d、120 d、360 d三個(gè)齡期時(shí)，RATIC-100的立方體抗壓強(qiáng)度分別是NC的70.2%、74.7%、81%.可以看出，雖然再生粗骨料的加入降低了混凝土的早期強(qiáng)度，但隨著齡期延長(zhǎng)，再生保溫混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)潛力更高.這是因?yàn)樵偕止橇媳砻娓街呐f砂漿中仍有未水化的水泥，其在長(zhǎng)達(dá)360 d齡期內(nèi)進(jìn)一步發(fā)生了水化反應(yīng)，增加了混凝土粘結(jié)性能，從而增大了混凝土強(qiáng)度.

由圖3可知，隨著齡期增長(zhǎng)，不同配合比的試件混凝土齡期系數(shù)均出現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì).在整個(gè)強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程中，RATIC-50的齡期系數(shù)大于RATIC-0；90 d之后，RATIC-100的齡期系數(shù)增長(zhǎng)速度迅速提高，逐漸超過(guò)RATIC-0、RATIC-50.與NC比較發(fā)現(xiàn)，RATIC-0、RATIC-50、RATIC-100的齡期系數(shù)均大于NC，當(dāng)齡期為360 d時(shí)，它們齡期系數(shù)分別比NC高6.78%、16.9%、15.3%.可以看出，再生粗骨料越多，再生保溫混凝土后期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速率越快.這是因?yàn)樵偕止橇仙细街奈此乃囝w粒在360 d齡期期間進(jìn)一步發(fā)生水化反應(yīng)，從而提高了混凝土抗壓強(qiáng)度.

圖3 不同再生粗骨料取代率的混凝土齡期系數(shù)

2.2 棱柱體抗壓強(qiáng)度結(jié)果及分析

試驗(yàn)測(cè)得的不同再生粗骨料取代率的28 d棱柱體抗壓強(qiáng)度以及立方體抗壓強(qiáng)度結(jié)果見圖4.

圖4 棱柱體抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度

由圖4可知，RATIC-0的棱柱體抗壓強(qiáng)度比NC低19%，比RATIC-50高2%，比RATIC-100高4%，由此可見隨再生粗骨料摻量的增加，混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度減小，這與上文中立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所得結(jié)論一致.在同一試驗(yàn)條件下，再生保溫混凝土立方體抗壓強(qiáng)度大于棱柱體抗壓強(qiáng)度，符合混凝土尺寸效應(yīng).

2.3 再生保溫混凝土360 d齡期內(nèi)強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型

本文將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與根據(jù)歐洲CEB-FIP MODEL CODE 1990規(guī)范[16]給出的EC2模型計(jì)算所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖5所示.

圖5 試驗(yàn)實(shí)測(cè)值與EC2模型預(yù)測(cè)值

通過(guò)計(jì)算可知，NC的360 d齡期內(nèi)強(qiáng)度實(shí)測(cè)曲線與EC2模型曲線的線性回歸判定系數(shù)為0.955，RATIC-0的線性回歸判定系數(shù)為0.885，RATIC-100的線性回歸判定系數(shù)為0.754，可見EC2模型曲線與普通混凝土360 d齡期內(nèi)強(qiáng)度實(shí)測(cè)曲線擬合度較高，而與保溫混凝土、再生保溫混凝土強(qiáng)度曲線擬合度較低，哈爾濱工業(yè)大學(xué)王慶賀[17]的研究表明EC2可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)再生混凝土長(zhǎng)齡期抗壓強(qiáng)度.由此可知，EC模型適用于普通混凝土、再生混凝土360 d齡期內(nèi)強(qiáng)度預(yù)測(cè)，而對(duì)保溫混凝土及再生保溫混凝土360 d齡期內(nèi)強(qiáng)度預(yù)測(cè)精度較低.

圖5顯示，在45 d齡期以前，EC2模型對(duì)再生保溫混凝土強(qiáng)度預(yù)測(cè)精度較高，45 d之后再生保溫混凝土強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值與EC2模型預(yù)測(cè)值之間的差距顯著，這是因?yàn)榍捌诒毓橇衔樟舜罅克郑S著齡期增長(zhǎng)不斷釋放水分，促進(jìn)水化反應(yīng)進(jìn)一步發(fā)生從而提高了混凝土強(qiáng)度.因此，本文在EC2模型的基礎(chǔ)上考慮了保溫骨料影響系數(shù)，分齡期對(duì)EC2模型進(jìn)行修正.

在本試驗(yàn)中，當(dāng)齡期>45 d時(shí)，再生保溫混凝土強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值與EC2模型預(yù)測(cè)值之間的差距顯著，因此，本文以45 d為界限修正該模型，修正后的預(yù)測(cè)公式如公式(4)所示.

fcm(t)=βcc(t)fc,28

(1)

(2)

(3)

φa=1+0.472a0.035

(4)

上式中：fcm(t)為加載齡期為t時(shí),混凝土立方體抗壓強(qiáng)度平均值;s為水泥品種對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響系數(shù)，快硬高強(qiáng)型水泥，s=0.2；普通快硬型水泥，s=0.25；緩慢快硬型水泥，s=0.38;βcc(t)為齡期系數(shù);t1為常數(shù)，t=1 d;fc,28為28 d混凝土立方體抗壓強(qiáng)度平均；φa為保溫骨料摻量對(duì)混凝土360 d齡期內(nèi)強(qiáng)度的影響修正系數(shù)，a為保溫骨料摻量

根據(jù)修正后的預(yù)測(cè)公式計(jì)算混凝土360 d齡期內(nèi)強(qiáng)度值，不同配合比的混凝土的實(shí)測(cè)值與模型預(yù)測(cè)值的對(duì)比曲線如圖6所示.

圖6 試驗(yàn)實(shí)測(cè)值與EC2修正模型預(yù)測(cè)值

由圖6可知，不同配比的混凝土360 d齡期內(nèi)強(qiáng)度實(shí)測(cè)值曲線與修正后的模型預(yù)測(cè)值曲線表現(xiàn)出較高的擬合度.通過(guò)計(jì)算可知，RATIC-0的360 d齡期內(nèi)強(qiáng)度實(shí)測(cè)曲線與修正后模型預(yù)測(cè)值曲線的線性回歸判定系數(shù)為0.975，RATIC-50的線性回歸判定系數(shù)為0.955，RATIC-100的線性回歸判定系數(shù)為0.915，均大于0.9，表現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性.由此可見，再生保溫混凝土的360 d齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度可以通過(guò)本文提出的修正模型準(zhǔn)確預(yù)測(cè).

3 結(jié)論

本文選取不同再生粗骨料取代率的再生保溫混凝土作為研究對(duì)象，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)立方體抗壓強(qiáng)度、棱柱體抗壓強(qiáng)度以及齡期系數(shù)等試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，提出了適用于再生保溫混凝土的360 d齡期內(nèi)強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型.本文主要得出以下結(jié)論：

(1)再生粗骨料取代率越大，再生保溫混凝土的360 d齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度越小，而其后期強(qiáng)度增長(zhǎng)速度越快.在360 d齡期時(shí)，RATIC-100的齡期系數(shù)是RATIC-50的1.01倍，是RATIC-0的1.24倍，可見隨著齡期的增長(zhǎng)，再生粗骨料有助于再生保溫混凝土后期強(qiáng)度的增長(zhǎng).

(2)再生粗骨料取代率越大，再生保溫混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度越小，且在同一試驗(yàn)條件下，棱柱體抗壓強(qiáng)度小于立方體抗壓強(qiáng)度，符合混凝土尺寸效應(yīng).

(3)再生保溫混凝土的360 d齡期內(nèi)抗壓強(qiáng)度可以通過(guò)本文基于歐洲EC2強(qiáng)度模型提出的修正模型進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè).本試驗(yàn)中，RATIC-0、RATIC-50、RATIC-100的實(shí)測(cè)曲線與修正后的預(yù)測(cè)曲線的判定系數(shù)均大于0.9，表現(xiàn)出較高的擬合度.可見，本文提出的修正模型適用于再生保溫混凝土的360 d齡期內(nèi)強(qiáng)度預(yù)測(cè).