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1、精选优质文档-倾情为你奉上目录再生骨料混凝土力学性能及其影响因素摘要 目前对再生混凝土力学性能的试验研究已取得了一些成果。本文在阅读大量文献的基础上，对再生骨料混凝土的力学性能及其影响因素进行了归纳概述，并针对影响因素总结了再生混凝土的强化措施。关键词 再生混凝土 力学性能 强化0 前言 再生骨料混凝土（recycled aggregate concrete，简称RAC）是指废弃混凝土块经过破碎，清洗，分级后,按一定比例与级配混合，制成粗细骨料,部分或全部代替砂石等天然骨料（主要是粗骨料）配制成的混凝土。近年来，由于建筑垃圾的环境问题和混凝土原材料的资源问题日益突出，利用废弃混凝土进行再生混凝
2、土开发和研究的课题受到国内外学者的广泛重视。本文根据已有研究成果，对再生骨料混凝土的力学性能进行了归纳概述，包括1,2混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、折拉比、拉压比、应力应变关系、峰值应变、弹性模量、泊松比等力学性能指标。并且探究了再生混凝土力学性能的影响因素，包括再生骨料的来源和自身特性的影响，配合比的影响，以及养护条件和龄期的影响。最后，针对影响因素，从再生骨料的强化，改进骨料破碎工艺和施工流程，添加高效减水剂以降低水灰比三个方面，提出了再生骨料混凝土的强化措施。1.再生混凝土的力学性能1.1再生混凝土的力学性能综述再生骨料混凝土的力学性能包括：立方体抗压强度
3、、轴心抗压强度，抗折强度、劈裂抗拉强度。此外，与力学性能相关的参量还有：混凝土的折拉比，拉压比、应力应变关系、峰值应变，弹性模量，泊松比2。 同水灰比试验条件下，再生骨料混凝土的28天立方体抗压强度和轴心抗压强度绕普通混凝土强度值有上下波动，再生骨料取代率为60%时，两者降低；抗折强度和劈裂抗拉强度较普通混凝土低。与普通混凝土相比，再生混凝土的折压比增大，拉压比差别不大，脆性减小，延展性增加，峰值应变增大，弹性模量小，泊松比基本不变。1另外需要指出的是，普通混凝土和再生骨料混凝土的受力破坏方式也有不同，普通混凝土的破坏出现在界面粘结处；而再生混凝土不但有界面破坏，还有粗骨料的破坏。1.2再生混
4、凝土力学性能变化及原因下面对各个力学性能指标逐一分析，主要从宏观方面对其变化做出解释。试验条件有两类，一类在相同配合比条件下测定并比较再生混凝土和普通混凝土力学性能；另一类试验在达到相同坍落度条件下测定并比较再生混凝土和普通混凝土力学性能。两类试验结果略有不同。（1）立方体抗压强度fcu再生粗骨料取代率对混凝土的抗压强度的影响与骨料取代率密切相关，同水灰比时，随再生粗骨料取代率的增加，大致围绕普通混凝土立方体抗压强度上下波动。当再生粗骨料取代率较少时，混凝土的立方体抗压强度较普通混凝土有所增加，但是当再生粗骨料取代率为60%时，再生混凝土的强度则有所降低。其主要原因是当再生粗骨料取代率较少时，
5、再生骨料对强度的有利因素起主导作用。再生粗骨料吸收了部分水分，使得实际水灰比降低，导致混凝土立方体抗压强度增加，而再生粗骨料取代率较大时，虽然实际水灰比较低，但是此时再生骨料自身强度低和多孔等不利因素的影响逐渐增大，导致再生混凝土的抗压强度降低。（2）轴心抗压强度fc和fc/fcu值再生骨料混凝土的轴心抗压强度和立方体抗压强度规律类似，绕普通混凝土有波动。但是当再生粗骨料取代率为60%时，再生混凝土的强度有所降低。2再生混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值fc/fcu高于普通混凝土。这主要是因为再生混凝土多孔，材质疏脆，在轴向荷载的作用下，再生混凝土立方体试件横向约束作用比普通混凝土弱，导
6、致再生混凝土立方体抗压强度与轴心强度相比增加不多，因此表现为再生混凝土的值较普通混凝土fc/fcu增加3（3）劈裂抗拉强度与拉压比再生骨料混凝土的劈裂抗拉强度较普通混凝土低。拉压比反映混凝土脆性，拉压比脆性越大,混凝土的脆性越低，延展性越好。水灰比相同的试验条件下，再生混凝土的拉压比较普通混凝土差别不大；坍落度相同条件下拉压比则略有升高。对于普通混凝土，劈裂抗拉强度（ft,s）与抗压强度（fcu）之间的关系一般取为ft,s= 0.19fcu3/4 ；对再生混凝土，配合比相同的试验条件下，劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系不完全吻合3，实际劈裂抗拉强度小于理论值，上关系式应进一步修正；坍落度相同
7、条件下，劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系则基本成立4。（4）抗折强度与折压比再生混凝土的抗折强度较普通混凝土并不严格增加或者降低，绕普通混凝土试验值有波动3,4。折压比反映混凝土脆性，折压比越大,混凝土的脆性越低，延展性越好。两种试验条件下，再生混凝土的折压比都较普通混凝土高。一般认为，混凝土的抗折强度 ff与抗压强度的平方根fcu存在一定的比例关系ff =0.81fcu 5再生混凝土的抗折强度和立方体抗压强度基本满足此关系式3（5）应力应变关系及峰值应变试验中，从轴心单轴受压应力应变曲线上读取混凝土的峰值应变（0）.混凝土的峰值应变增加,主要原因是再生骨料的弹性模量较低，导致混凝土的变形性
8、能增加，因此峰值应变增加。3,4（6）弹性模量混凝土的弹性模量降低，原因主要是再生骨料本身弹性模量较低以及再生混凝土的孔隙率较高。以前研究建立的混凝土抗压强度和弹性模量的关系式对再生混凝土都不再成立。（7）泊松比再生粗骨料对混凝土的泊松比影响不大，再生混凝土的泊松比与普通混凝土基本相同3,4。1.3再生混凝土力学性能变化的微观解释：在微观领域，关于再生混凝土的试验研究还很欠缺，目前研究的重点方向是再生骨料混凝土的界面过渡区，再生混凝土力学性能的微观解释还有待进一步的探索。下图1，2分别是普通混凝土和粗骨料取代率为60%时再生混凝土的28d SEM照片图1 普通混凝土28d的SEM照片6图2 粗
9、骨料取代率为60%时再生混凝土的28dSEM照片6从图中观察到，普通混凝土和完全再生骨料混凝土微观结构的相同之处在于两者的界面过渡区都有氢氧化钙定向结晶，主要的水化产物都是水化硅酸钙，其次是氢氧化钙和钙矾石晶体； 不同之处在于再生混凝土的界面过渡区结构没有普通混凝土密实，孔缝尺寸相对更大，数量更多；因为再生混凝土孔隙裂缝多，会给氢氧化钙和钙矾石晶体的生长提供一定空间， 所以含有很多结晶较大的氢氧化钙和钙矾石晶体，界面过渡区结构较差,因而再生混凝土强度变低。6,7另外，从普通混凝土和再生混凝土的受荷载破坏形式来看，普通混凝土的破坏几乎全都出现在水泥和骨料界面处；而再生混凝土不但有界面破坏，还有粗
10、骨料的破坏。对混凝土破坏的微观方面研究需要进一步深入。 2.再生骨料混凝土力学性能的影响因素2.1再生混凝土力学性能影响因素综述对于普通骨料混凝土力学性能来说,影响因素有很多,包括水泥石的强度，水泥石与骨料的粘结强度（水灰比和骨料表面状况），搅拌与振捣效果，养护条件（温度，湿度），龄期等。对再生骨料混凝土而言，除了考虑影响混凝土强度的一般性因素外，由于再生骨料具有特殊性，可将再生混凝土的力学性能的主要影响因素概括成以下三个方面：一是再生骨料的来源和自身特性的影响，包括再生骨料的性质、强度等级和取材来源；二是再生混凝土配合比的影响，包括再生粗骨料取代率、水灰比；三是矿物掺合料的影响，包括粉煤灰，
11、硅灰，矿渣的影响；四是养护条件与龄期的影响。 2.2各因素的具体影响及原因2.2.1 再生骨料的来源和自身特性的影响（1）再生集料的来源和破碎工艺粗骨料的材料来源，粒径大小，强度等级，自身特性不同，混凝土的力学强度也不同。在同一水灰比的条件下，再生骨料原取材混凝土的强度等级越高，再生混凝土各项强度指标越高。选择再生骨料时，应考虑构件需要达到的强度等级，选择满足强度的再生骨料。有研究表明，不同等级的混凝土强度相互混合后配出的再生混凝土的抗压强度将比来源单一的混凝土配出的再生混凝土抗压强度有明显的降低,故不宜不同来源的再生骨料掺杂在一起。8破碎工艺直接影响骨料颗粒形状，进而影响骨料和水泥浆的界面粘
12、结。改进和优化破碎工艺，能使生产出的骨料粒形良好，界面粘结强，强度高。（2）再生骨料自身特性再生骨料对混凝土的力学性能的影响分两个方面。一方面，再生骨料含有一定数量的硬化水泥砂浆1,骨料自身强度降低，孔隙率高，表面附着大量水泥砂浆，含有较多的有害杂质。且在生产过程中, 破碎等机械外力作用致使再生骨料内部产生了一定程度的损伤。在其内部残留一定数量的缺陷或微裂纹，会减弱骨料和新旧砂浆之间的界面粘结9，这些都是影响力学性能的不利因素，会导致强度降低。另一方面，与天然骨料相比,再生骨料与水泥浆的相容性好，彼此存在发生化学反应的可能；再生骨料表面粗糙，摩擦大，机械咬合力大，与水泥石粘结强度高。由于再生骨
13、料多孔，会吸收一部分水，使实际水灰比降低；再生骨料与新水泥砂浆之间弹性模量相差较小,有助于改善界面2。这些是影响强度的有利因素。与普通混凝土相比，再生混凝土的各力学性能有的增长，有的减弱。这是有利和不利因素共同作用，相互抗衡的结果。如果有利因素对某力学性能起主导作用，则该性能增强，反之，若不利因素起主导作用，则该性能减弱。（3）细骨料细骨料要求严格控制其中的泥和泥块含量，有害杂质含量，颗粒形状和表面特征要尽可能圆滑，级配良好，细度模数适当。如果采用再生细骨料，则再生混凝土的强度降低效果会非常明显，故一般情况下不用再生细骨料来配制混凝土。2.2.2 配合比的影响1 再生粗骨料的取代率的影响试验简
14、介：以往研究再生粗骨料的取代率对再生混凝土力学性能影响的试验主要有两类。一类研究的是其他配合比相同条件下再生粗骨料取代率的影响3；另一类试验研究坍落度相同的情况下再生粗骨料取代率的影响4。两类试验都设置几组再生混凝土试块，每组试块不同的再生粗骨料的掺入量不同，骨料取代率从0到60%, 然后进行试块立方体抗压强度、轴心抗压强度、峰值应变和泊松比、弹性模量、劈裂抗拉强度以及抗折强度的测定，将同一强度指标试验中各组的试验结果进行对比，结果列出表格，绘成曲线，总结规律，得出再生粗骨料取代率对混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、峰值应变和泊松比、弹性模量、劈裂抗拉强度以及抗折强度的影响。然后将不同力学性
15、能指标进行比较，求拉压比，折压比等，代入普通混凝土各指标关系式中，探究这些关系是否适用于再生混凝土。试验结果及分析：试验结果表明, 再生粗骨料取代率对各性能指标均有影响, 但影响程度不同。同时发现, 除劈裂抗拉强度和抗折强度外, 普通混凝土各基本力学性能指标间的关系不适用再生骨料混凝土4。（1） 立方体抗压强度随着再生粗骨料取代率的增加，混凝土的立方体抗压强度降低, 在各组相同坍落度试验条件下测出的立方体抗压强度的降低程度比相同配合比条件下的试验结果大。混凝土抗压强度降低的原因除了再生骨料自身强度低和多孔等因素外, 相同坍落度试验条件下降低幅度较相同配合比条件下更大。原因是相同配合比时， 再生
16、混凝土和普通混凝土加水量相等，再生混凝土因吸水率高，减小了实际水灰比，这对强度有利，能部分抵消再生骨料强度低等不利因素导致的强度下降。而在相同坍落度的条件下， 再生混凝土要达到和混凝土相同的坍落度，本身用水量需增加，有效水灰比增加,不能发挥再生骨料吸水增加强度的效应，因此相同坍落度试验条件下抗压强度较相同配合比条件下进一步降低。（2）轴心抗压强度随再生再生粗骨料取代率的增加，混凝土的立方体抗压强度降低， 但是与立方体抗压强度相比，降低幅度小。再生混凝土的fc/fcu值高于普通混凝土, 而且随着再生粗骨料取代率增加而增加。原因是再生混凝土材疏质脆, 在轴向荷载的作用下, 再生混凝土立方体试件横向
17、约束作用较普通混凝土弱,环箍效应弱， 而立方体试件比棱柱体试件受环箍效应影响更大，导致再生混凝土立方体抗压强度与轴心强度相比增加不多, 因此再生混凝土的 fc/fcu值比普通混凝土大。3,4 表1 混凝土的抗压强度实验条件相同配合比3相同坍落度4编号fcufcfc/fcufcufcfc/fcuRC-036.827.60.7531.223.40.75RC-3037.229.40.793124.40.79RC-5037.830.60.8129.323.40.8RC-7036.730.20.8228.4230.81RC-6035.229.60.8427.222.60.83（3） 劈裂抗拉强度与拉压比
18、随着再生粗骨料取代率的增加, 劈裂抗拉强度降低，拉压比稍降低，但变化不明显。对于普通混凝土, 劈裂抗拉强度( ft,s) 与抗压强度( fcu) 之间的关系对再生混凝土依然适用，可以用来描述再生混凝土劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系。表2 混凝土的劈裂抗拉强度实验条件相同配合比3相同坍落度4编号ft,sft,s/fcuft,sft,s/fcuRC-02.861/12.92.421/12.9RC-302.821/8.42.51/12.4RC-502.861/8.22.411/12.2RC-702.741/8.42.351/12.1RC-602.681/8.12.311/11.8（4） 抗折强度
19、随着再生粗骨料取代率的增加, 抗折强度不严格增加或降低。但再生混凝土的折压比较普通混凝土高，且该值随着再生骨料取代率的增加而增加；。原因是再生骨料混凝土环箍效应减弱，立方体抗压强度下降幅度较抗折强度受影响大，故下降幅度较抗折强度大，折拉比提高10。混凝土的抗折强度 ff与抗压强度的平方根 fcu存在一定的比例关系，再生混凝土抗折强度和抗压强度基本也满足比例关系。表3 混凝土的劈裂抗拉强度实验条件相同配合比3相同坍落度4编号ffff/fcuffff/fcuRC-04.961/7.424.561/6.84RC-305.031/7.394.551/6.82RC-505.221/7.234.351/6
20、.74RC-705.121/7.174.361/6.52RC-604.941/7.154.241/6.41（5） 应力-应变曲线和峰值应变RAC 单轴受压时的应力-应变曲线（图 3）由图 3 可知，RAC与普通混凝土的单轴受压应力-应变曲线趋势基本一致。 随着再生骨料取代量的增加，RAC 的峰值应力减小，说明抗压破坏强度极限减小；峰顶位置推后，说明峰值应变增大；应力应变曲线的下降段逐渐变缓， 说明再生骨料取代量的增加对提高 RAC 的延展性有利5。63原因如下：随着再生骨料取代率的增加，再生混凝土强度降低，故强度极限小，表现为峰值应力降低；随骨料取代率增加，再生混凝土弹性模量变小，故曲线下降趋
21、势变缓，变形性能增加，故峰值应变增加； （6） 弹性模量随着再生粗骨料取代率的增加, 混凝土的弹性模量降低。原因是再生骨料本身弹性模量较低以及再生混凝土的孔隙率较高。再生骨料越多，混凝土整体弹性模量就越低。（7） 泊松比再生粗骨料取代率对混凝土的泊松比影响不大, 再生混凝土的泊松比与普通混凝土基本相同。2 水灰比的影响水灰比对再生混凝土的强度影响很大。随着水灰比增加，再生混凝土的抗压，抗拉，抗折强度，弹性模量都将降低。研究表明：再生混凝土抗压强度随水灰比的增加几乎呈线性降低。 水灰比对再生混凝土的强度与弹性模量影响较大,当水灰比降低时,再生混凝土的抗压强度和抗压弹性模量都会增加,强度的增长率大
22、于弹性模量。这为高强度、低脆性混凝土的开发提供了思路1。2.2.3矿物掺合料的影响（1）硅粉作用:当硅粉与高效减水剂配合使用时，硅粉能提高水泥水化度，并和水化产物Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙凝胶，填充水泥颗粒间的空隙，改善界面结构及粘结力，形成密实结构，从而显著提高混凝土强度。（2）粉煤灰作用:粉煤灰起到普通矿物减水剂的作用11,12。粉煤灰降低了水灰比，但是粉煤灰单掺时再生骨料混凝土的强度和弹性模量会有所降低。再生骨料混凝土强度和弹性模量随粉煤灰掺量的增大而降低,早期的下降趋势明显，3天-28天内强度有较大幅度增长，但最终的抗压强度、劈拉强度、抗折强度和弹性模量仍然有所降低,抗折强度降幅
23、最大,说明粉煤灰对再生骨料混凝土抗折强度的影响比对其它力学性能的影响更加显著。这是由于级粉煤灰的活性较低,参与水化反应的时间较晚,因此其早期强度较低,弹性模量也较小，后期强度随着水化反应的进行而增长，但总体强度仍然低于不加混凝土。（3）多种掺合料共同作用：在再生混凝土中添加粉煤灰、矿渣及硅灰等多种矿物掺合料,可以充分利用各种矿物的优点,实现优势互补，使水泥充分水化, 减小再生混凝土的孔径大小和孔隙率, 改善再生混凝土的界面过渡区, 从而使再生混凝土的强度达到较高的等级11,12。粉煤灰与硅灰双掺：粉煤灰与硅灰双掺，粉煤灰减水作用比硅灰好，而硅灰早期活性高，弥补了粉煤灰因早期活性低造成混凝土早期
24、强度低的缺点。粉煤灰与矿渣双掺：又如粉煤灰与矿渣双掺的再生混凝土，其56天抗压强度、劈拉强度和弹性模量均都优于粉煤灰单掺,尤其是早期强度;矿渣的掺入能显著提高再生骨料混凝土的劈拉强度,但矿渣掺量过高时,其后期强度增长幅度较小。当粉煤灰与矿渣两者掺入比例不同时,其强度与弹性模量显著不同,两者之间存在一个最优的组合比例;在该组合比例下，再生混凝土的56d抗压强度、抗折强度和弹性模量都是最高的。主要原因是当粉煤灰和矿渣以合适的比例和掺量掺入再生骨料混凝土中时,能充分利用水泥熟料、粉煤灰和矿渣的不同粒径、不同形态、不同活性而进行合理而有效的搭配,使得矿渣和粉煤灰的形态效应、活性效应和微集料填充效应(即
25、润滑、胶凝、细化孔隙作用)相互补充,产生叠加效应,最终得到比单掺粉煤灰性能更加优越的再生骨料混凝土11,12。2.2.4 养护条件和龄期的影响再生骨料混凝土的强度随龄期的增长而增加。RAC的折压比和拉压比均随着龄期的增加而减小,这说明养护龄期越久,RAC的脆性越高。养护条件主要包括温度和湿度的控制，养护条件较好的再生混凝土强度高。3.再生混凝土的强化措施对一般混凝土而言，提高强度的途径有以下四个方面：一是从混凝土原材料与配合比出发,采用高效减水剂,降低水灰比;二是选用优质骨料;三是采用高强度水泥并适当增大水泥用量,提高水泥浆胶结作用;四是掺用高活性超细矿物质掺合料,减少水泥浆中孔隙,改善混凝土
26、强度和耐久性1。根据再生骨料强度的影响因素的特性，可以从以下几个方面着手提高再生混凝土的强度。3.1 再生骨料的强化（1）用化学浆液浸泡再生骨料 已有研究8,13,14表明，掺入高活性微细矿物质的水泥浆液能够填充再生骨料的孔隙或粘合裂纹,降低孔隙率,提高再生骨料的强度。外掺的超细矿物有矿粉、硅藻土、硅粉、粉煤灰、Kim粉等。用外掺矿物和水泥浆组成的化学浆液对再生骨料进行浸泡、沥干和干燥等处理,来达到强化再生骨料的目的。强化原因：一，纯水泥浆本身具有填充效果，水化产物3CaO2SiO23H2O,Ca(OH)2等能再生填充孔隙和裂纹，有利于提高强度。二，在纯水泥浆中添加高活性微细矿物，能发挥其微集
27、料作用，矿物细颗粒进一步填充水泥颗粒间隙，使水泥石具有致密的结构；三，利用高活性矿物的水化反应，促进水泥的水化程度，减小了再生骨料在破碎过程中产生的细石粉粒等杂质，生成凝胶性水化产物，增强水泥与骨料之间界面粘结。这三方面的因素共同作用，提高了再生混凝土的强度13。 （2）添加矿物掺合料当粉煤灰，矿渣，硅灰等掺合料以合适的比例和掺量掺入再生骨料混凝土中时,能充分利用水泥熟料、粉煤灰和矿渣的不同粒径、不同形态、不同活性而进行合理而有效的搭配,使得矿渣和粉煤灰的形态效应、活性效应和微集料填充效应(即润滑、胶凝、细化孔隙作用)相互补充,产生叠加效应,最终得到性能优越的再生骨料混凝土8。（3）添加纤维已
28、有试验对添加聚丙烯纤维的再生混凝土力学性能进行了研究。聚丙烯纤维在混凝土的作用有提高混凝土的抗拉强度；阻止微裂缝的扩展；降低应力集中程度;提高变形能力15。将其掺入到再生混凝土中,强化改性效果比较天然骨料混凝土更为明显。3.2改进施工工艺和流程当前我国常用的简单破碎工艺生产的再生骨料一般表面附着30%左右的废旧水泥砂浆,密度低、吸水率大、空隙率及含泥量较高16,导致再生混凝土强度低、收缩和徐变大、耐久性较差 17 为了进为了提高再生骨料混凝土的力学性能，在再生骨料原有简单破碎的工艺基础上进行改进,加入机械磨损干拌和水冲洗两道流程，改进工艺后生产的再生骨料附着的废旧水泥砂浆较少,其孔隙率降低,粒
29、形较好,增加了再生骨料与水泥浆的粘结性能，因此各项力学性能较简单破碎得到的再生骨料有显著提高18。 3.3 添加减水剂，降低水灰比减水剂的使用效果:在维持拌合物流动性和水泥用量不变的条件下，减少用水量，降低水灰比，提高再生混凝土的强度。显著改善混凝土的孔结构，提高密实度，从而提高强度。结论(1) 与普通混凝土相比，再生混凝土立方体抗压强度绕普通混凝土值波动，总体随骨料取代率呈降低趋势；轴心抗压强度升高、抗折强度绕普通混凝土值波动、劈裂抗拉强度降低、折压比升高、拉压比变化不大、变形能力增强、峰值应变增加、弹性模量降低、泊松比变化不大。(2) 再生混凝土力学性能的影响因素包括再生骨料的来源和自身特
30、性的影响，配合比的影响，以及养护条件和龄期的影响。(3) 可以通过改进骨料破碎工艺和施工流程，添加高效减水剂，降低水灰比三个方面进行再生骨料混凝土的强化。参考文献：1 邢锋,冯乃谦,丁建彤.再生骨料混凝土. 混凝土与水泥制品1999(2):6-82 刘亚萍,陈忠范.再生混凝土的基本力学性能和应用研究.混凝土.2009(12):43-453 徐 蔚.再生粗骨料取代率对混凝土基本性能的影响.混凝土.2006(9):45-474 胡敏萍. 不同取代率再生粗骨料混凝土的力学性能. 混凝土.2007(2).52-545 Mehta P K, Monteiro P J M. Concrete: Micro
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