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1、再生骨料混凝土抗冻性能试验研究周宇，郑秀梅，张国忠，张彩霞（佳木斯大学，建筑工程学院，黑龙江，佳木斯，154002）摘要：为了研究不同粗骨料取代率再生混凝土的抗冻性，共设计了5种不同料取代率的试块进行冻融循环试验，根据试验现象及试验数据，对试验结果进行了分析。结果表明：再生粗骨料混凝土的抗冻性整体上要劣于原生混凝土，且随着再生骨料的增加，抗冻性能越差。冻融循环200次后，试验中各混凝土的相对动弹性模量剩余量均超过60%，满足混凝土抗冻性要求。关键词：再生混凝土；再生粗骨料；取代率；抗冻性中图分类号： 文献标志码： 文章编号：THE EXPERIMENTAL STUDY ON THE FROST
2、 RESISTANCE OF RECYCLEDAGGREGATE CONCRETEZhou-yu,Zheng-xiumei,Zhang-guozhong,Zhang-caixia（Institute of Civil Engineering Jiamusi University，Jiamusi 154007，China）Abstract：In order to study the frost resistance of different relacemnet percentages recycled coarse aggregate concrete,5 kinds of recycled
3、aggregate concrete specimens were designed for the freeze-thaw cycles test.According to the phenomena and data of the test, the test results are analyzed. The results show that: the frost resistance of the recycled coarse aggregate concrete to be inferior to the original concrete, and with the incre
4、ase of recycled aggregate, antifreeze performance worse. After 200 freeze-thaw cycles, the concrete test of relative dynamic elastic modulus residual volume is more than 60%,and meet the requirements of the frost resistance of concrete.Key words：recycled aggregate concrete（RAC）；recycled coarse aggre
5、gate；replacement percentage；the frost resistance前言目前，人类社会正受到资源匮乏及环境恶化等一系列问题的威胁1，从上个世纪起人们越来越重视资源的再利用，可持续发展的观点也在全球范围内得到普遍认可。随着我国基础设施的进一步加强，无论房建、道路、桥梁、农业、水利及海洋平台的兴建，还是震后重建、城市化建设或新农村建设，都离不开建筑行业，更离不开建筑混凝土的消耗。消耗的同时，巨量的建筑垃圾随之产生，其中接近一半是废弃混凝土2。如何处理及进行资源化利用这些建筑垃圾，成为当前混凝土生产技术的新课题和新挑战。面对这种情况，再生混凝土应运而生，将废弃混凝土经过破
6、碎、清洗和筛分等工艺处理后得到“再生骨料”，将其按一定比例或全部取代天然骨料重新配制混凝土，就生成了再生混凝土，因而再生混凝土是一种具有绿色、环保的概念，并具有较大的经济价值和社会价值。近年来，再生混凝土日益成为工程界和学术界的研究热点之一，并取得一定成果34。但以往的研究大多是关于再生混凝土的生产工艺、抗压强度、弹性模量、泊松比等方面，对寒冷地区的再生混凝土研究不多，尤其是对寒冷地区再生混凝土的抗冻性研究更少。为了能系统地揭示寒冷地区不同粗骨料取代率再生混凝土的抗冻性能，本研究利用黑龙江省佳木斯市某住宅小区的拆除混凝土梁作为再生粗骨料的原料，设计了5组试件进行试验研究，为再生混凝土的进一步研
7、究提供有力的数据支持，也为再生混凝土在寒冷地区的广泛应用提供可靠的技术指导。1 试验方案 1.1试验材料本文所用的再生混凝土粗骨料源于1986年建造的佳木斯市百花园住宅小区的地基基础梁部分，经人工破碎而成，原混凝土设计强度为C30，最大粒径为31.5mm。天然骨料选用连续级配的碎石，最大粒径为31.5mm。细骨料为天然河砂，过筛后取粒径在 4.75mm 以下的砂备用。所用的水泥选自桦南水泥厂生产的425普通硅酸盐水泥。水为佳木斯市自来水。 1.2 混凝土配合比设计再生粗骨料取代率为再生粗骨料质量占全部粗骨料质量的百分比。本研究设计了种替代率，分别是0%、30%、50%、70%、100%。试配强
8、度为C30，水灰比为0.40，细骨料砂率为34%。对于各种不同骨料取代率的再生混凝土，配合比见表1。表1 混凝土配合比试件编号水灰比砂率/单位体积各材料用量/（kg/m3）水水泥砂原生粗骨料再生粗骨料RC-00.43419035063512100RC-300.434190350635847363RC-500.434190350635605605RC-700.434190350635363847RC-1000.434190350635012101.3 试件制作与养护混凝土搅拌设备为一台容量30 L 的强制式搅拌机。投料顺序为先加入饱和面干的再生骨料和水泥，搅拌均匀后，加入部分搅拌用水，再加入砂与
9、天然骨料进行搅拌，最后加入剩余的水，搅拌35 min 后，观测其坍落度，坍落度试验完毕后将混凝土拌合物注入钢模，采用振动台振捣密实并抹平，24 h 后拆模，立即放入养护室养护，在标准条件下养护24 d 后取出，再放入水中养护4天，准备进行冻融试验。实验室制备尺寸为150mm150mm400mm，用作抗折试验。制作在佳木斯大学建筑工程学院实验中心实验室完成。1.4 试验方法本方法适用于测定混凝土试件在水冻水融条件下，以经受的快速冻融循环次数来表示的混凝土抗冻性能。本试验制作了供冻融循环使用的100100400mm 棱柱体试件90块，共分为五个系列：RC-0、RC-30、RC-50、RC-70、R
10、C-100，试件标号为 RC-0-0，RC-0-50，RC-100，RC-0-200，RC-0-225，依次进行标号，分别冻融 0 次，50 次，100 次，150次，200次，225 次。按快冻法进行试验，以经受的快速冻融循环次数来表示的混凝土抗冻性能，快冻法适用于对抗冻性要求高的混凝土。在本次试验中，当冻融试件的相对动弹性模量下降到60%以下或其重量损失率超过5%时停止试验。整个冻融过程均按GBT50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法中的快冻法严格进行操作。2 试验结果与分析2.1冻融试验现象无粗骨料原混凝土经冻融50次后，表面几乎没有变化；冻融100后，表面水泥浆略有剥
11、落，呈现出凹凸不平；冻融200次后，混凝土试件表面水泥浆剥落较多，柱头部分有一定程度的冻裂损坏，但无骨料剥落现象。再生混凝土试件经冻融后，不同再生骨料取代率的混凝土试件出现的现象也不尽相同，但却呈现一定的规律：随着再生骨料取代率的增加，经同期冻融后，试件表现剥落现象也越来越严重，柱状损坏现象也比较显著。在经冻融50次后，RC30的混凝土试件，表面几乎无变化，只有一个试件表面水泥浆有微量的剥落，而RC50、RC70与RC100的试件，表面水泥浆都有不同程度的剥落，且RC100的剥落现象最明显，RC70次之，均无柱头损坏。在经冻融100次后，RC30表面水泥浆剥落严重，但无骨料剥落；RC50、RC
12、70与RC100开始出现粗骨料冻裂剥落现象，RC100最为严重，同时也出现柱头损坏。经冻融200次后，RC30也开始出现粗骨料剥落现象，且柱头也有损坏；而RC50除出现较多粗骨料剥落现象、柱头损坏现象外，纵身也出现裂缝，但整体尚完好；而RC70与RC100则各有两试件被整体冻坏，呈酥裂状。2.2 冻融循环试验结果 根据试验中每50次冻融循环测得试件的相对动弹性模量与质量，通过计算得到相应数据，并制得图1与图2，分别为不同冻融循环次数下试件的质量损失率与相对动弹性模量损失率。 图1 不同冻融循环次数下试件的质量损失率 图2 不同冻融循环次数下相对动弹性模量损失率从图1可以看出，除RC050及RC
13、3050的质量有所增加，其余试件均随冻融次数的增加而呈现出质量损失也增加的现象，同时也能看出，相同冻融次数时，再生骨料取代率大的试件，质量损失也较大。在图也可以看出，RC0与RC30的质量损失在各冻融次数时均较为接近。从图2可以看出，各混凝土试件的相对动弹性模量损失率均随冻融次数与粗骨料取代率的增加而呈现出增大趋势。在冻融100次左右时，相对动弹性模量损失率的变化量趋于一致，冻融100次以后，损失变化率较大，能明显看出。从数值可以看出，本试验中原生混凝土和再生混凝土冻融200次后的相对动弹性模量都大于60%，故满足抗冻要求。2.3 试验结果分析再生混凝土随着冻融循环次数的增加，相应的冻融性能参
14、数重量损失率、相对动弹性模量损失率也随之增加，说明混凝土内部结构损伤随冻融次数的增加逐渐劣化5。再生混凝土重量损失率随冻融次数和再生粗骨料取代率增大而呈上升，最初的质量损失是由试件表面水泥浆的剥落引起的，相对于原生混凝土而言，再生混凝土的表面剥落时间或程度均大于原生混凝土，分析其原因，是由于再生混凝土表面及内部存在较多的微裂纹和孔隙，在混凝土搅拌期间，骨料本身吸收了部分水泥浆，使得其它水泥浆相对较少，硬化后强度较原生混凝土中水泥浆体差。而冻融50次时，RC30混凝土的质量反而增加，主要是因为再生混凝土中内部存在大量裂纹或孔隙，吸收了部分水分，而此时表面并没有剥落损失，故出现质量增加现象6。又由
15、于再生粗骨料中含有大量水泥石以及其内存在部缺陷，吸收水分后冻胀，使得新旧水泥浆体界面力学性能较差7，在冻融过程中有一部再生粗骨料剥落下来，这导致再生混凝土重量损失率大于普通混凝土，且重量损失率随再生粗骨料参量的增加而增加。再生混凝土的相对动弹性模量损失率大于普通混凝土，这是由于再生骨料本身具有很多微裂缝8，这导致再生骨料在冻融过程中吸水冻胀，进而产生新的微裂纹，造成循环冻胀破坏，所以再生混凝土破坏速度与内部破坏程度都大于原生混凝土。再生混凝土相对动弹性模量损失率随再生粗骨料取代率增加而增加，这是由于再生骨料越多，吸水冻胀能力越强，其内部损伤越大；但当再生粗骨料达到 50%之后，由于再生粗骨料内
16、部缺陷相对于天然骨料增加许多，再生混凝土动弹性模量降低速度加剧，这导致再生粗骨料达到50%之后，由于原缺陷导致的连锁冻胀缺陷增加，从而再生粗骨料内部损伤加重。3 结论（1）不同再生粗骨料取代率的再生混凝土在经受冻融循环破坏时，早于原生混凝土出现表面水泥浆体剥落及柱头破坏现象，由于再生骨料有吸水冻胀破坏，再生混凝土在150次冻融破坏后，出现粗骨料剥落现象，而原生混凝土无此现象。且随取代率增加，各种破坏现象越明显。（2）随再生粗骨料取代率的增加，冻融循环后，混凝土试件的质量损失率及相对动弹性模量损失率也随之增加。再生混凝土与原生混凝土试件的相对动弹性模量损失率均随冻融次数与粗骨料取代率的增加而呈现
17、出增大趋势。但本试验中原生混凝土和再生混凝土冻融200次后的相对动弹性模量剩余都大于60%，均满足抗冻要求。（3）针对再生混凝土的抗冻性能劣于原生混凝土，为了更好应用再生能源，更大程度上实现可持续发展，建议各科研人员加大对再生混凝土及再生骨料的优化研究，使之成为真正意义上的骨料，最大程度的减少因内部缺陷带来的应用难题。参考文献：1 任庆旺, 邱茂智, 等. 再生混凝土的研究现状及其基本性能. 建筑技术开发,2005, 32(2).2 ROUMIANA ZAHARIEVA. Frost resistance of recycled aggregate concreteJ. Cement and
18、Concrete Research，2004，34（10）：1927-1932.3 陈爱玖，王静，章青. 再生粗骨料混凝土抗冻耐久性试验研究J.新型建筑材料，2008（12）：1-5.4肖建庄, 雷斌. 再生混凝土耐久性能研究J. 混凝土, 2008, (05).5 Max J. Setzer, Micro-Ice-Lens Formation in Porous Solid, Colloid and Interface Science. 2001, (243): 1932016 范玉辉. 冻融循环对抗冻再生骨料混凝土力学性能影响试验研究D. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009.7 郑秀梅,张彩霞等.寒冷地区再生混凝土抗冻性能试验研究J.低温建筑技术,2012,(12):3-58 王文仲,郑秀梅等.寒冷地区再生混凝土抗压强度试验研究J.混凝土,2012,(10):30,31,35.收稿日期：2013年9月16日基金项目：佳木斯大学青年基金项目资助（Lq2012-39）作者简介：周宇，男，1968年生人，黑龙江省哈尔滨人，硕士, 副教授，从事土木工程方向的教学与研究。联系方式： 18245478696联系地址：黑龙江省佳木斯大学三区 A 院建筑工程学院（154002）