再生混凝土基本力学性能试验研究

２００７年第７期　西部探矿工程　１８３　再生混凝土基本力学性能试验研究　叶孝恒　（台州建筑设计院，浙江临海３１７０００）　摘要：设计并完成了再生混凝土基本力学性能相关试验，重点研究了不同强度等级再生混凝土的基　本力学性能。主要研究内容包括再生混凝土的立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、峰值应变、弹性模　量和断裂能。试验结果表明，与配合比相同的普通混凝土相比，再生混凝土的抗压强度可能增加，也　可能降低，主要取决于强度等级；再生混凝土的棱柱体强度与立方体强度比值和峰值应变较普通混凝　土增加；再生混凝土的弹性模量和断裂能则较普通混凝土分别降低２０　和１０　左右。　关键词：再生混凝土；抗压强度；峰值应变；弹性模量；断裂能　中图分类号：ＴＵ５２８．５９文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—５７１６（２００７）０７—０１８３—０４　与当前建筑工业的飞速发展相对应，许多废旧混凝　表１粗骨料的基本性能　土建筑物和构筑物被拆除，随之产生了大量的废弃混凝　土。传统的废弃混凝土处理方式既没有做到资源的合　理利用，又污染了环境。将废弃混凝土块经过加工、破　碎、分级后，按一定的比例混合形成再生骨料，部分或全　部代替天然骨料（主要是粗骨料）配制而成的新混凝土　称为再生混凝土。再生混凝土技术可以实现废弃混凝　土的有效回收利用，对于保护环境、节约资源、发展生态　建筑具有重要意义［１］。近年来，国内在该领域进行了一　系列的研究，取得了很多成果　。文献［２—４］研究了与　普通混凝土相同配合比条件下再生混凝土的基本性能，　主要包括再生混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折　强度和弹性模量等，对于其他方面的研究则相对较少。　本文系统研究了不同强度再生混凝土的基本力学性能，　研究内容包括再生混凝土的立方体抗压强度、棱柱体抗　压强度、峰值应变、弹性模量以及断裂能。同时分析了　目前普通混凝土各基本力学性能指标间的换算关系对　再生混凝土的适用性。这些研究工作为推动再生混凝　土的研究应用提供了一些基础数据。　１试验设计　１．１试验材料　由表１可见，与天然粗骨料相比，再生粗骨料的密　度低、吸水率高、压碎指标大，表明再生粗骨料空隙率　高、强度低，其主要原因是由于其表面附着有大量水泥　砂浆，这与以往的试验结果ｌ８　较为一致。　１．２混凝土配合比　混凝土共分１０组，编号为ＮＣ的是普通混凝土，编　号为ＲＣ的为再生混凝土，编号后面数字为相应普通混　凝土的设计强度等级（Ｃ２０－－ＣＡ０）。配合比详见表２。　表２混凝土的配合比　水泥为３２．５Ｒ海螺牌普通硅酸盐水泥，其表观密　度为３１００ｋｇ／ｍ３。砂为普通黄砂，细度模数为２．７５。　天然粗骨料为连续级配的碎石，最大粒径为３１．５ｍｍ。　再生粗骨料由某拆除废弃混凝土建筑物构件破碎加工　而成，钻芯取样强度检测结果表明，该废弃混凝土的抗　压强度为３７￣４５ＭＰａ。拌和水为普通自来水。粗骨料　的基本性能如表１所示。　维普资讯 http://www.cqvip.com

１８４　１．３试件的浇注与养护　西部探矿工程　２００７年第７期　表３混凝土的抗压强度（ＭＰａ）　所有混凝土搅拌设备为一容量为５０Ｉ　的搅拌机。　投料顺序为首先加入黄砂和水泥，再加入粗骨料，最后　加入水，搅拌３　５ｍｉｎ后测其坍落度。坍落度试验完　毕后将混凝土拌和物注人钢模，２４ｈ后拆模，在标准条　件下养护至２８ｄ后取出进行试验。所有试件均为一批　浇注完成。　１．４试验方法　立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、峰值应变、弹性　模量试验按照《普通混凝土力学性能试验方法》（ＧＢ／Ｔ　５００８１—２００２）进行，试块尺寸分别为１５０ｍｍ×　１５０ｍｉｎｘ１５０ｍｍ立方体和１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×４５０ｍｍ　棱柱体。断裂能试验按照ＲＩＬＥＭ　１９８５　ＴＣ５０一　ＦＭ　９］三点弯曲梁方法进行，试验梁为缺口梁，梁截面　高×宽一１００ｍｍＸ　１００ｍｍ，梁长为１２００ｍｍ，切口深度　为４０ｒａｍ。　２试验结果与讨论　２．１坍落度　２．３棱柱体抗压强度　各组混凝土的２８ｄ棱柱体抗压强度（ｆ　）见表３。由　表３可见，各组再生混凝土立方体抗压强度与棱柱体强　度的趋势与立方体抗压强度基本相似。但是，再生混凝　土棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值ｆ　／ｆ　均高　于普通混凝土，而且随着强度增加，该比值也呈增加的　趋势。这主要是因为再生混凝土材疏质脆，在轴向荷载　各组混凝土的坍落度如表２所示，各组再生混凝土　的坍落度均较相同配合比的普通混凝土降低，其原因是　再生粗骨料吸水率大，混凝土拌和过程中吸收掉了部分　的作用下，再生混凝土立方体试件横向约束作用较普通　水分，从而使得工作性变差，坍落度降低。这与以往的　混凝土弱，导致再生混凝土立方体抗压强度与棱柱体强　大量试验结果－１］比较吻合。　度相比增加不多，表现为再生混凝土的ｆｃ／ｆ　值较普通　２．２立方体抗压强度　混凝土增加。　抗压强度试验中发现，各再生粗骨料取代率混凝土　２．４峰值应变　的破坏模式基本相同，但是有一些再生混凝土试块表现　各组混凝土的峰值应变（￡０）取自棱柱体单轴受压　出一定的脆性，在棱柱体抗压强度试验中更为明显。各　应力一应变曲线，各组混凝土的峰值应变值如表３所　组混凝土的２８ｄ立方体抗压强度（ｆ　）如表３所示，表中　示。可以发现，与普通混凝土相比，再生混凝土的峰值　混凝土抗压强度值均取自３块１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×　应变增加，增加程度在２Ｏ　左右。再生混凝土峰值应　１５０ｍｍ立方体抗压强度试验结果平均值。由表３可以　变增加的主要原因是再生骨料的弹性模量较低，导致混　看出，与配合比相同的普通混凝土相比，再生混凝土的　凝土的变形性能增加。同时还可以发现，再生混凝土的　立方体抗压强度并不一定总是降低，而是取决于强度等　峰值应变也随着强度的增加而增加，这一点与普通混凝　级，或者说取决于水灰比。当混凝土的设计强度较低　土比较一致。通过对试验数据的回归分析，本文建议采　（水灰比较高）时，再生混凝土的立方体抗压强度较普通　用下式计算再生混凝土的峰值应变：　混凝土有所增加。其主要原因是再生粗骨料的吸水率　￡０：（８４０－ｔ－１８５　）×１０。　（１）　比较高，使得水泥浆体中实际水灰比降低，而对于低强　度的混凝土来讲，强度对水灰比的变化比较敏感，因此　２．５弹性模量　试验得到的各组混凝土的弹性模量试验结果见表　导致再生混凝土的立方体抗压强度高于普通混凝土。　与配合比相同的普通混凝土相比，　当混凝土的设计强度较高（水灰比较低）时，由于再生粗　４。由表４可以看出，骨料本身的强度较低，导致再生混凝土的立方体抗压强　再生混凝土的弹性模量大致降低２Ｏ　左右。再生混凝　度趋向于由再生粗骨料决定，最终导致再生混凝土的立　土弹性模量降低的原因主要是再生骨料本身弹性模量　随着　方体抗压强度不能随着水灰比的降低而有效增加，表现　较低以及再生混凝土的空隙率也较高。同时发现，为较普通混凝土强度降低。其具体原因有待于进一步　混凝土强度的增加，再生混凝土的弹性模量也有所增　从微观的角度进行研究。　加，这一点也与普通混凝土基本相同。　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００７年第７期　西部探矿工程　１８５　表４混凝土的弹性模量（ＭＰａ）　现行混凝土结构设计规程［１０］中采用下式计算混凝　土的弹性模量：　１　ｎ５　Ｅ　一—　（２）　２．２＋　Ｉ叫　式中：Ｅ　——混凝土弹性模量，ＭＰａ；　ｆ。ｕ——混凝土立方体抗压强度，ＭＰａ。　表４中给出了按照（２）式得到的混凝土弹性模量计　算结果与试验结果对比，由结果可以看出，（２）式过高估　计了再生混凝土的弹性模量值，不能用于再生混凝土。　在以往的研究中，Ｒａｖｉｎｄｒａｒａｊａｈ［ｎ］、Ｄｈｉｒ　Ｄ２］和　Ｍｅｌｌｍａｎｎ［１。　分别建议了再生粗骨料取代率为１００　时混凝土弹性模量与抗压强度关系式，如（３）～（５）式　所示：　Ｅ　一７．７７×１Ｏ。×　。。　（３）　Ｅｃ一１３１００＋３７０ｆ　（４）　Ｅｃ＝３７８ｆｏｕ＋８２４２　（５）　以上各式的计算结果与试验结果对比见表４，公式　（４）与试验结果吻合比较好。　２．６断裂能　试验得到的各组混凝土的断裂能试验结果如表５所　示。由表中试验结果可以发现，与相同配合比的普通混　凝土相比，再生混凝土的断裂能较普通混凝土略有降低，　大致降低程度为１Ｏ９／６。同时，再生混凝土的断裂能也随　着混凝土强度的增加而增加，与普通混凝土较为一致。　欧洲模式规范ＣＥＢ—ＦＩＰ　ＭＣ９０采用下式计算混　凝土的断裂能：　ｆ　ＧＦ—ａ（　ｌｃ）。・　（６）　式中：ＧＦ——混凝土的断裂能，Ｎ／ｍ；　Ｑ——系数，与粗骨料最大粒径ｄ～有关，对于本文　最大粒径３１．５ｍｍ，取ａ＝０．５８。　Ｈ本土木学会（ＪＳＣＥ）建议下式计算混凝土的断裂　能：　ＧＦ一１０　（７）　Ｂａｚａｎｔ［Ｈ］、黄海燕　坫　分别建议采用下式计算混凝　土的断裂能：　Ｇ　一３．６　）ｎ　（１＋　。。（　）＿。・。　（８）　ＧＦ一０．３３７７Ｆ￣　（２１．５８＋ｄ～）　。。（　）¨　。（９）　式中：　——水灰比。　表５给出了各式计算结果与试验结果对比，可见式　（７）与试验结果吻合最好。　表５混凝土的断裂能（Ｎ／ｍ）　３结论　通过系统研究了不同强度等级再生混凝土的基本　力学能，主要包括再生混凝土的立方体和棱柱体抗压强　度、峰值应变、弹性模量和断裂能，并与相同配合比的普　通混凝土进行了对比。同时考察了普通混凝土基本力　学性能指标间的换算关系对再生混凝土的适用性，得到　了一些关于再生混凝土基本力学性能的重要结论，为进　一步推动再生混凝土的研究和应用奠定了基础。　参考文献：　［１］　肖建庄，李佳彬，兰阳．再生混凝土技术最新研究进展与评　述［Ｊ］．混凝土，２００３（６）：１７—２Ｏ．　［２］邢振贤，周日农．再生混凝土的基本性能研究［Ｊ］．华北水　利水电学院学报，１９９８，１９（２）：３０—３２．　［３］　王耀新．混合应用天然与再生骨料混凝土的基本性能［Ｊ］．　混凝土，２００５（８）：４９～５３．　［４］朋改非，沈大钦，朱海英，刘雪松．同配合比条件下再生骨　料混凝土与基准混凝土的力学性能比较研究［Ｊ］．混凝土，　２００６（２）：３４—３８．　维普资讯 http://www.cqvip.com

１８６　西部探矿工程　２００７年第７期　注浆技术在旧桥加固中的应用实例　朱石稳　，黄梅新　，夏健明ｈ。　（１．广东省地勘局７０３地质大队，广东惠州５１６００８；２．广东省惠州东江建筑安装集团公司，广东惠州５１６００１；　３．广东省水利电力职业技术学院，广东广州５１０６３０）　摘要：分析并实例介绍采用静压注浆加固石砌拱桥的具体方法。　关键词：旧桥；静压注浆；加固灌浆　中图分类号：Ｕ４４５．７２文献标识码：Ｂ文章编号：１ｏ０４＿７５７１６（２ｏ０７）Ｏ７＿＿０１８６一Ｏ２　我国近２Ｏ多年来，公路建设事业蓬勃发展，公路的　通行能力和服务水平进一步得到改善和提高。但是，就　整个公路网络而言，数以万计的旧桥，因设计荷载标准　低，年久失修、失养，正在逐步成为危桥，已经不适合交　通量日益增长的需要，旧危桥的加固维修任务十分繁　重，全部重建的思想不现实，也不科学。加固维修便成　为一个十分突出的丞待研究解决的课题。以实例介绍　注浆技术在加固旧桥中的应用。　１注浆技术在旧桥加固中的特点　（１）桥台的裂隙各向异性明显，裂隙率变化也较大。　台，可加人凝剂，控制水泥浆液的扩散范围，防止水泥浆　液流失，同时可以加入分散剂，以降低水泥浆的粘度，提　高浆液的流动性，增加浆液的可注性。　（４）注浆压力一般控制在０．３～Ｏ．６ＭＰａ范围内，水　口　『＝１　泥浆水灰比（Ｏ．８：１）～（１：１），宜采用二次注浆技术，　在初凝之后，再一次注浆，提高充盈系数。　（５）由于地表水、地下水人渗，使台背回填材料土颗　粒被带走，常形成空隙或因回填不密实，使地基的抗力　系数降低，压缩量增大。因此，往往在加固拱体的同时，　必须加固台背填料。　２工程概况　在注浆施工技术中，土层的灌浆，其灌浆量所需孔隙率　往往能从试验中较准确地得出，但对于石砌拱桥来说，　受施工水平等因素的影响，孔隙率往往较难估算，扩散　半径也难以确定。　广东牛径头桥位于Ｘ０９６新大线，里程２９＋００ｋｍ，　始建于１９７５年，桥全长２５ｍ，桥宽７．５ｍ。拱高２．３ｍ，　（２）灌浆材料一般采用粒状浆液，最常见的为水泥　浆液，它具有结石强度高、材料来源广、价格低、工艺简　单等特征。　（３）为了防止水泥浆液的流失，对孔隙率较大的桥　［５］柯，张育霖，贺涛，等．再生混凝土的实用性研究［Ｊ］．　混凝土，２００２（４）；４７—４８．　净高０．６ｍ。经现场勘查发现：①太平台桥台出现不同　角度的裂缝，出现一条横向裂缝，缝宽约３～２４ｍｍ，贯　通整个拱圈；②新洪桥台上游侧起拱线处有一条横向斜　裂缝，缝宽２～６ｍｍ，并出现挤压掉块，掉块面积２４～　４５ｃｍ　；③中间拱圈及桥墩严重渗水，局部出现１～５ｍｍ　Ｒａｖｉｎｄｒａｒａｊａｈ．Ｒ，Ｔａｍ．Ｃ．Ｔ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍａｄｅ　ｗｉｔｈ　ｃｒｕｓｈｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｓ　ｃｏａｒｓｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ．Ｍａｇａ—　［６］孔德玉．天然与再生骨料混凝土水灰比统一定则（一）［Ｊ］．　建筑材料学报．２００３，６（２）：１２９—１３４．　ｚｉｎｅ　ｏｆ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ．１９８５，３７（１３０）：２９—３８．　Ｄｈｉｒ　Ｒ　Ｋ，Ｌｉｍｂａｃｈｉｙａ　Ｃ．Ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙｏｆ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ａｇｇｒｅ—　［７］邓旭华．水灰比对再生混凝土强度影响的试验研究ＥＪ３．混　凝土，２００５，２８（２）；４６—４８．　ｇａｔｅ　ｆｏｒ　ｕｓｅ　ｉｎ　ＢＳ　５３２８　ｄｅｓｉｇｎａｔｅｄ　ｍｉｘｅｓ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，１９９９，１３４；２５７—２７４．　Ｉ－８］李佳彬，肖建庄，孙振平．再生粗骨料基本特性及其对混凝　土性能的影响［Ｊ］．建筑材料学报，２００４，７（４）：３９０－３９５．　［９］ＲＩＬＥＭ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｔｅｓｔ　ａｎｄ　Ｕｓｅ　ｏｆ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｏｆ　ｍｏｒｔａｒ　ａｎｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｙ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｐｏｉｎｔ　ｂｅｎ—　ｄｉｎｇ　ｔｅｓｔｓ　ｏｎ　ｎｏｔｃｈｅｄ　ｂｅａｍｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，１９９４．　Ｍｅｌｌｍａｎｎ　１３．Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｒｕｂｂｌｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｕｓｅ　ａｓ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ　Ｗａｓｔｅ　ｉｎ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｄｕｎｄｅｅ，１９９９；１７１—１７８．　Ｂａｚａｎｔ　Ｚ　Ｐ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｃｈｏｉｃｅ　ｏｆ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｓｔａｎｄａｒｄ．　Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００２，３２：５２９—５５６．　［－１０］ＧＢ５００１０－－２００２混凝土结构设计规程Ｅｓ］．北京；中国建筑　工业出版社，２００２．　黄海燕，张子明．混凝土断裂能的统计分析［Ｊ］．水利水电　技术，２００４（９）：９５—９７．