侯玉飛

寧夏大學(xué)新華學(xué)院 工程與應(yīng)用科學(xué)系 寧夏 銀川 750021

我們?cè)谑┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)澆混凝土?xí)r，由于工人澆筑順序出錯(cuò)、大風(fēng)陰雨天氣或者振搗沒(méi)有到指定位置，使得混凝土的強(qiáng)度與設(shè)計(jì)不符，從而使混凝土強(qiáng)度不足。在工業(yè)建筑中大體積混凝土構(gòu)件或者剪力墻中，鋼筋直徑往往較大、間距較小，混凝土澆筑時(shí)粗骨料不能順利通過(guò)鋼筋空隙，使得構(gòu)件下部稀漿較多，且振搗棒無(wú)法振搗到構(gòu)件底部，密實(shí)度達(dá)不到要求。且施工中振搗器械噪音較大，對(duì)周邊居民有一定影響，振搗抹平壓光需要配合人工數(shù)量較多，不經(jīng)濟(jì)。自密實(shí)包漿混凝土更加環(huán)保節(jié)能。在實(shí)際工程應(yīng)用中自密實(shí)混凝土可以做到不離析、不泌水的澆筑過(guò)程，在充實(shí)模板有效包裹鋼筋的過(guò)程中不需要人工振搗，這大大降低了施工單位在現(xiàn)澆混凝土中的勞動(dòng)力，而且與傳統(tǒng)混凝土澆筑相比，不會(huì)產(chǎn)生噪音污染，優(yōu)化了工作環(huán)境，且可以增加夜間施工的時(shí)間，得到了施工單位廣泛的好評(píng)。而將再生骨料與自密實(shí)混凝土按照一定比列進(jìn)行包裹形成的再生骨料自密實(shí)混凝土又大大提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，收縮較大，彈性模量也增大，而抗拉強(qiáng)度卻提高不多，在持續(xù)拉應(yīng)力的作用下，混凝土?xí)a(chǎn)生一定的裂縫甚至開(kāi)裂。在混凝土還沒(méi)有凝結(jié)硬化時(shí)，水泥膠凝材料在變成水泥石得時(shí)候，水化放熱的過(guò)程中產(chǎn)生一系列的微孔且體積收縮，收縮總量一般不超過(guò)300με。自二世紀(jì)90年代推廣商品混凝土以及相應(yīng)的混凝土泵松施工工藝以來(lái)，收縮量已增加到400με到500με，免震的自密實(shí)混凝土甚至已達(dá)到800με到1000με甚至更大。而受力構(gòu)件是最后的凝結(jié)硬化的固體材料，按照其實(shí)際受力性能而言，混凝土不是彈性材料，水凝膠材料流動(dòng)具有一定的塑性，所以混凝土材料在受力的情況下為彈塑性材料。研究應(yīng)力應(yīng)變曲線可以知道，混凝土的變形與彈性模量有直接關(guān)系?；炷脸惺芾瓚?yīng)力產(chǎn)生裂縫，當(dāng)混凝土達(dá)到極限承載能力時(shí)，材料順著裂縫斷裂，這是拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂縫的危害。目前眾多學(xué)者通過(guò)改變骨料替代率、加入摻合料或外加劑來(lái)改善其力學(xué)性能做出了一系列研究。曹周陽(yáng)[1]研究發(fā)現(xiàn)摩擦因數(shù)和pb＿coh參數(shù)對(duì)數(shù)值試樣的彈性模量和劈裂抗拉強(qiáng)度影響不大；pb＿ten參數(shù)對(duì)數(shù)值試樣的力學(xué)性能的影響較大；王少江[2]研究發(fā)現(xiàn)使用墊塊測(cè)得的劈拉強(qiáng)度比使用方墊條高20%左右；宋紫薇[3]研究發(fā)現(xiàn)摻入適量鋰渣，尤其在后期，鋰渣能夠與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化反應(yīng),對(duì)再生混凝土的強(qiáng)度有一定提升，但摻入過(guò)多，則會(huì)產(chǎn)生反作用；廖栩[4]研究發(fā)現(xiàn)較小的軸向壓力對(duì)極限抗扭承載力及扭轉(zhuǎn)剛度均影響甚微，所有試件均表現(xiàn)出較好的延性。承載力受外鋼管強(qiáng)度影響較大，受混凝土強(qiáng)度影響較小，夾層混凝土對(duì)組合抗扭強(qiáng)度提高的作用隨含鋼率的增大而減小。陳全有[5]研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)扭矩-轉(zhuǎn)角（T-θ）分析，當(dāng)n≤0.2時(shí)，極限抗扭承載力是增大的；當(dāng)n＞0.2時(shí)，極限抗扭承載力有所下降。閆保民研究發(fā)現(xiàn)從鋼纖維混凝土的定義出發(fā)，對(duì)其增強(qiáng)機(jī)理進(jìn)行探索,詳細(xì)討論了配合比、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法、基本力學(xué)工作性能,總結(jié)得出了鋼纖維混凝土與普通混凝土相比,抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強(qiáng)度、抗沖擊、抗疲勞和耐疲勞等方面力學(xué)性能有較大增長(zhǎng)。黃俠研究發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)齡期為28d時(shí)，鋼渣砂混凝土的彈性模量均大于普通混凝土；且隨著鋼渣砂摻量的增加，混凝土的彈性模量也隨之增加。

由此可以說(shuō)明，對(duì)直接改善骨料性能的研究相對(duì)較少，從本質(zhì)上說(shuō)，以下幾個(gè)方面對(duì)于混凝土的性能起著關(guān)鍵作用：①通用水泥硬化后的強(qiáng)度。②水泥與砂石的粘結(jié)強(qiáng)度。③骨料級(jí)配和鋼筋的強(qiáng)度。本試驗(yàn)預(yù)先采用水泥砂漿對(duì)再生粗骨料包裹處理，減少由于其吸水產(chǎn)生一定的裂縫。研究其對(duì)再生混凝土抗拉、劈裂強(qiáng)度的影響。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

由于混凝土材料就地取材，因此具有一定的地方性，屬于地方性材料。本次試驗(yàn)材料粉煤灰選自寧夏鹽池縣隆輝水泥制品有限公司生產(chǎn)的，指標(biāo)性能如表1；水泥選用的是42.5R普通硅酸鹽水泥，也由寧夏鹽池縣隆輝水泥制品有限公司生產(chǎn)的，性指標(biāo)能如表2所示；細(xì)骨料使用的是水洗中砂，它出自寧夏高沙窩，經(jīng)水洗人工篩分出來(lái)；分別從大水坑、惠安堡、鹽池縣城地區(qū)廢棄建筑物或構(gòu)筑物內(nèi)提取廢棄的混凝土，由人工和機(jī)械破碎后的粗骨料為本次試驗(yàn)的再生粗骨料，其指標(biāo)性能如表3所示；再生粗骨料采用總膠小于380kg/m3的水泥漿進(jìn)行預(yù)包漿處理[6]。

表1 粉煤灰技術(shù)性能指標(biāo)

表2 42.5R硅酸鹽水泥技術(shù)性能指標(biāo)

表3 粗骨料的基本性能

1.2 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了7個(gè)試驗(yàn)組。其中第1組中沒(méi)有摻入再生骨料；2、3、4組中摻入未包漿再生骨料替代率分別為30%、50%、70%；5、6、7組中摻入未包漿再生骨料替代率分別為30%、50%、70%且骨料包漿，試驗(yàn)配合比見(jiàn)表4。用水泥凈漿對(duì)再生骨料進(jìn)行包漿處理，粉煤灰摻量分別為20%、30%、40%，包漿后將其晾干，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境下分別 養(yǎng)護(hù)3d、28d、60d晾干使用[7]。

表4 配合比設(shè)計(jì)/ kg·m-3

試驗(yàn)中每組需制作9塊100 mm×100 mm×500mm的長(zhǎng)方體試件，3塊試件用于抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)，3塊試件用于抗扭強(qiáng)度的試驗(yàn)，3塊試件用于劈裂強(qiáng)度的試驗(yàn)。制作好的試件在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)3d、28d、60d后進(jìn)行試件測(cè)定。

2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)證明，混凝土配比中石子的最大粒徑和鋼筋間距的差值相對(duì)多的時(shí)候，體積比是影響混凝土流動(dòng)性能的主要原因。石子粒徑對(duì)混凝土流動(dòng)性能的影響非常弱。倘若混凝土配比中石子的最大粒徑和鋼筋間距的差值不大的情況下，便要考慮石子粒徑、片型以及級(jí)配對(duì)混凝土流動(dòng)性能的影響。所以試驗(yàn)配合比時(shí)，要嚴(yán)格控制水、砂子、石子、水泥、外加劑的用量，由于混凝土的流動(dòng)性和抗離析性能是成反比的，所以配比時(shí)要找到平衡點(diǎn)，使得混凝土的流動(dòng)性和抗離析性都比較好是設(shè)計(jì)配合比的重要環(huán)節(jié)。

自密實(shí)包漿再生混凝土的坍落擴(kuò)展度及齡期28d抗拉、劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 混凝土的塌落擴(kuò)展度及抗拉、劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2.1 抗拉強(qiáng)度

試驗(yàn)證明在拉應(yīng)力的作用下，由于混凝土的抗拉強(qiáng)度相對(duì)于抗壓強(qiáng)度而言是比較弱的，所以在承受外力的情況下，混凝土構(gòu)件均會(huì)在受力位置處產(chǎn)生貫穿性裂縫。為了減小這個(gè)裂縫，將未包漿再生骨料替代率分別為30%、50%、70%，制作9塊100 mm×100 mm×500mm的長(zhǎng)方體試件，3塊試件用于齡期3d抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)，3塊試件用于齡期28抗扭強(qiáng)度的試驗(yàn)，3塊試件用于齡期60d抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)。制作好的試件在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)3d、28d、60d后進(jìn)行試件測(cè)定。

由圖1可知：本試驗(yàn)得出的不同替代率的包漿再生混凝土的抗拉強(qiáng)度的最佳取代率在50%左右。

圖1 不同齡期不同替代率下再生混凝土的抗拉強(qiáng)度

2.2 扭轉(zhuǎn)分析

混凝土受扭的實(shí)質(zhì)是混凝土截面上剪應(yīng)力造成的，剪應(yīng)力在混凝土的截面上作用時(shí)，呈現(xiàn)出一個(gè)扇形分布，如圖2所示，四邊受力較大而中間受力較小，中間四邊形邊上受力大，角點(diǎn)處受力較小。說(shuō)明混凝土構(gòu)件在受扭的時(shí)候它的裂縫是沿著斜向進(jìn)行的。沿著四周旋轉(zhuǎn)而上，這些裂縫通常都是在構(gòu)件表面向較長(zhǎng)方向發(fā)展，不會(huì)向內(nèi)部延伸[8]。將未包漿再生骨料替代率分別為30%、50%、70%，進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出的不同替代率的包漿再生混凝土的抗扭強(qiáng)度的最佳取代率在50%左右且裂縫較少。

圖2 受扭剪應(yīng)力分布

3 機(jī)理分析

本質(zhì)上說(shuō)一方面再生骨料內(nèi)部本身存在許多裂縫，強(qiáng)度相對(duì)較低，同時(shí)表面殘存較多的舊水泥漿，這些舊砂漿與新水泥砂漿的結(jié)合能力很差[9]，且再生骨料越多這種效應(yīng)對(duì)混凝土強(qiáng)度影響越顯著，將骨料包漿處理后，水泥自身的水化反應(yīng)以及粉煤灰與水泥水化的產(chǎn)物反應(yīng)生成的水化硅酸鈣等可以填補(bǔ)骨料的裂縫，增強(qiáng)骨料的強(qiáng)度和自身的密實(shí)度。

而建筑住宅的裂縫問(wèn)題更加突出，由于住戶經(jīng)?；顒?dòng)的區(qū)域在板所在的區(qū)域，而這成了裂縫敏感區(qū)域，在后期處理裂縫的問(wèn)題上，付出的人工比5年前幾乎增加了將近5倍，消耗的經(jīng)費(fèi)則增長(zhǎng)了約3倍。因此對(duì)再生骨料進(jìn)行預(yù)包裹處理后可以提高再生混凝土的抗拉、劈裂強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度，從而減少裂縫的產(chǎn)生[10]。

4 結(jié)論

（1）隨著再生粗骨料替代率的增加，大大減弱了坍落擴(kuò)展度，經(jīng)過(guò)水泥漿包裹以后的再生粗骨料拌合而成的自密實(shí)再生混凝土，其性能得到了很好的優(yōu)化。

（2）不管再生粗骨料用不用水泥漿包裹，混凝土的抗拉、劈裂、抗扭強(qiáng)度均隨著骨料替代率的增加而減少，但在30%，50%，70%的替代率下，包漿的再生混凝土較于未包漿相比，抗拉、劈裂、抗扭強(qiáng)度均有所提高，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)水泥漿包裹處理后的再生粗骨料拌合的自密實(shí)混凝土，其工作性能可以得到較大的改善。

（3）包漿的再生骨料在骨料替代率為50%的條件下配置的混凝土的抗拉、劈裂與抗扭性能最接近于基準(zhǔn)組混凝土。