回收粉混凝土力学性能研究

回收粉混凝土力学性能研究

曹松柏霍珍生

中交一航局第四工程有限公司

摘要：用回收粉按照不同的比例替代水泥，经过配合比设计，制成回收粉混凝土，测定不同回收粉用量下的混凝土和易性。同时制作混凝土试件，测定其3d、7d、28d抗压强度以及28d劈裂抗拉强度。研究不同掺量回收粉对混凝土和易性、抗压强度以及抗拉劈裂强度的影响。研究表明，混凝土中掺加部分回收粉后，混凝土的坍落度减小，与未掺加回收粉的混凝土相比，掺量为10%时坍落度变化最大；掺加回收粉后，混凝土强度有所降低，7d后强度增加值变小，且随着回收粉掺量的增加趋势更加明显；当回收粉掺量达到40%时，水胶比到0.62时混凝土7d强度后强度增长不明显。在回收粉掺量合适的情况下（≤20%），三种水胶比的28d混凝土强度均能达到设计要求。进一步分析试验结果建立了回收粉混凝土抗压强度与抗拉强度之间的数学关系，研究结果为回收粉混凝土的设计和应用提供了一定的理论依据。

关键词：混凝土；回收粉；强度

Studyonmechanicalpropertiesofrecycledpowderconcrete

Abstract：Therecycledpowderisusedtoreplacethecementindifferentproportions.Afterthemixtureratiodesign，therecycledpowderconcreteismadeandtheconcreteworkabilityunderdifferentrecycledpowderdosagesisdetermined.Atthesametime，concretespecimensweremadeandtheircompressivestrengthat3d，7dand28dandtensilestrengthat28dweremeasured.Theeffectsofdifferentdosagesofrecycledpowderonconcreteworkability，compressivestrengthandtensilecrackingstrengthwerestudied.Studieshaveshownthattheconcreteslumpisreducedafteraddingpartoftherecycledpowderintheconcrete.Comparedwiththeconcretewithouttherecycledpowder，theslumpchangesthemostwhenthedosageis10%；afteraddingtherecycledpowder，theconcreteThestrengthdecreased，andthestrengthincreasevaluebecamesmallerafter7days，andthetrendofincreasingtheamountofrecycledpowderwasmoreobvious.Whentherecycledpowdercontentreached40%，thestrengthgrowthoftheconcreteafter7dstrengthwasnotobviouswhenthewater-gelratiowas0.62.Inthecaseofsuitablerecycledpowder（≤20%），thestrengthof28dconcreteofthethreewater-binderratioscanmeetthedesignrequirements.Furtheranalysisofthetestresultsestablishesthemathematicalrelationshipbetweenthecompressivestrengthandtensilestrengthofrecycledpowderconcrete.Theresearchresultsprovideatheoreticalbasisforthedesignandapplicationofrecycledpowderconcrete.

Keywords：Concrete，recycledpowder，strength

1.引言

回收粉是沥青拌和站除尘系统回收的粉尘，现在集料生产水平相对以往已经有了很大的提高，回收粉质量也大大提高，若将这些回收粉直接排放不仅会对周围环境造成污染，也是对资源的一种浪费。目前，对于回收粉的利用研究主要集中在沥青混合料性能的影响[1-3]以及对沥青胶浆[4]性能的影响上，也有研究人员研究了回收粉在石灰稳定土中[5-7]的应用，但对于回收粉在水泥混凝土中的应用研究却鲜有人员涉及。本次利用回收粉替代水泥混凝土中部分水泥制成回收粉混凝土，测定不同水胶比、不同回收粉用量的回收粉混凝土配合比的和易性、抗压强度、劈裂抗拉强度等指标。研究不同用量回收粉对混凝土和易性、抗压强度以及抗拉劈裂强度的影响。

2.试验方案设计

2.1试验材料

本试验采用的水泥为塞内加尔国产SAHELCEMⅠ42.5普通硅酸盐水泥，水泥检测结果见表1。粗骨料为玄武岩碎石，最大粒径为20mmm，表观密度为2.956，细骨料为机制砂以及细沙，水为当地井水。回收粉采用沥青拌合站除尘系统回收粉尘，回收粉试验结果见表2。

2.2试验配合比

本试验采用C20/25的混凝土配合比作为基准组，设计三个水胶比，同时分别以质量比回收粉比水泥为0%、10%、20%、30%、40%的回收粉代替相同质量的水泥来配制回收粉混凝土，试验配合比见表3。

表1水泥原材试验结果

表2回收粉原材检测结果

表3试验配合比

2.3试验方法

2.3.1测定和易性试验方法

根据GB/T50080-2002测定混凝土的出机坍落度，用坍落度值来表征混凝土的和易性能。

2.3.2测定抗压强度试验方法

本次抗压抗压强度试件选择150mm×150mm×150mm的立方体试件，试验采用DYE-2000E型液显电动升降压力试验机进行试件抗压强度的测定，试验方式根据GB/T50081-2002的规定以0.4-0.5MPa/s的速率进行加载，试件临近破坏变形加速时减小加载速率，当试件破坏时记录荷载值，计算试件抗压强度。

本次试验选择3个水胶比，5个回收粉掺量共15组试验，每组9个试件，共135个试件。

2.3.3测定劈裂抗拉强度方法

劈裂抗拉强度试件采用150mm×150mm×150mm的标准立方体试件，共15组试验，每组试验3个试件，共计15个试件。试验过程按照GB/T50081-2002规定进行，以0.04-0.06MPa/s的加载速度均匀加载，试件破坏后记录荷载值，最后计算抗拉强度。

3.试验结果分析

3.1不同回收粉掺量和易性测定

试验测得不同水胶比，不同回收粉掺量的混凝土坍落度值，以及对混凝土粘聚性、保水性的观察结果，试验结果见表4。根据试验结果可以看出，当水胶比一定，回收粉用量加大时混凝土的坍落度降低；回收粉掺量一定，水胶比增大时，混凝土的坍落度增大。当回收粉掺量从0变为10%，水胶比为0.54、0.58、0.62的混凝土坍落度分别降低了32.1%、38.7%、21.9%。随着回收粉掺量的继续增加，混凝土的坍落度变化不大。0.62水胶比的混凝土坍落度随着回收粉用量的增加，坍落度降低的幅度最小，和易性最好。同时，通过对出机混凝土粘聚性和保水性的观察，发现15组试验混凝土出机后粘聚性和保水性良好，未出现泌水以或离析的现象。一般来讲，当混凝土中添加部分超细矿粉后，混凝土的和易性将变好。但是，将部分水泥替换为回收粉后，水泥混凝土的坍落度却出现了降低。这主要是因为，回收粉

与水泥、矿粉的颗粒形态不同，水泥、矿粉为磨圆良好的球状体，拌合时磨圆的颗粒在碎石之间起到润滑的作用，使得拌合的混凝土易于流动，和易性良好。回收粉为碎石破碎产生的副产品，粒径较水泥大（表2）。颗粒形态主要为片状、棱角状颗粒，加入混凝土中后并不能很好的起到碎石间的润滑作用，导致混凝土的流动性降低，坍落度减小。

表4不同掺量回收粉混凝土配合比试验结果

3.2回收粉掺量对混凝土强度的影响

通过分析不同回收粉掺量的混凝土强度数据可知（图2-4），在相同的水胶比下随着回收粉掺量的增加，混凝土强度逐渐降低。混凝土7d强度增长较快，7d后强度增加值逐渐变小，并且随着回收粉掺量的增加趋势更加明显。当回收粉掺量为初始水泥用量的40%时，混凝土7d之后强度增加值已经不明显，且水胶比越大，增加值越小。在水胶比为0.54、0.58、0.62时，7d后强度增加值分别为8.7MPa、3.4MPa、2.1MPa。由结果可知，当回收粉掺量过大时会对混凝土强度造成很大影响。但是，当回收粉的用量在一个合适的范围内（≤20%），掺加回收粉的混凝土强度仍然可以达到的设计强度。这说明在实际工程应用中，可以考虑在一些附属工程的混凝土配合比设计中利用一部分回收粉替代水泥，以达到节约资源减少污染的目的。

图1回收粉掺量对混凝土坍落度的影响图2回收粉掺量对混凝土强度的影响（水胶比0.54）

图3回收粉掺量对混凝土强度的影响（水胶比0.58）图4回收粉掺量对混凝土强度的影响（水胶比0.62）

3.3混凝土强度与劈裂抗拉强度的关系

根据试验得到的数据绘制混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度曲线图，对不同水胶比下的混凝土试件抗压强度和劈裂抗拉强度结果进行数学公式拟合，分别得出了不同水胶比下混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的数学关系式。

fls，0.54=0.0065fcu，0.541.7641

fls，0.58=0.0047fcu，0.581.8366

fls，0.62=0.0057fcu，0.621.7951

式中：fcu-混凝土的抗压强度，fls-混凝土劈裂抗拉强度

从结果上可以看出混凝土的劈裂抗拉强度和抗压强度之间呈现良好的幂指数关系（图5-7），且随着混凝土试件抗压强度的增加而增加。拟合曲线与实测值相关性好，相关系数分别达到了99.7%、99.2%、99.6%。拟合公式和实验结果可以为回收粉混凝土工程应用提供借鉴。

图5混凝土抗压强度与抗折强度关系（水胶比0.54）

图6混凝土抗压强度与抗折强度关系（水胶比0.58）

图7混凝土抗压强度与抗折强度关系（水胶比0.62）

4.结论

1.混凝土中掺加部分回收粉后，混凝土的坍落度减小；与未掺加回收粉的混凝土相比，掺量为10%时坍落度变化最大，之后随着回收粉掺量的增加，坍落度变化不大。

2.混凝土中掺加回收粉后，混凝土强度有所降低，7d后强度增加值变小，且随着回收粉掺量的增加趋势更加明显；当回收粉掺量达到40%时，水胶比达到0.62时混凝土7d强度后强度增长不明显。

3.回收粉掺量合适的情况下（≤20%），三种水胶比的28d混凝土强度均能达到设计要求，证明在保证设计强度的前提下回收粉可以替代部分水泥。

4.混凝土的劈裂抗拉强度和抗压强度之间呈现良好的幂指数关系，且随着混凝土试件抗压强度的增加而增加。

参考文献：

[1]刘伟民，林巧飞.沥青混合料回收粉的利用研究[J].上海公路，2008，NO.1：49-51

[2]王斌.集料粉尘对沥青混合料性能的影响及其控制技术[D].东南大学.2016

[3]姚波，王晓.回收粉在环氧沥青混凝土中的应用研究[J].交通科技，2005（1）：92-93

[4]刘明光，杨春风，梁建良等.填料硬化效应试验研究[J].河北工业大学学报，2006（05）：

[5]刘继先.浅谈沥青拌和设备除尘系统与回收粉的利用[J].公路，2002（6）：54-55

[6]庄园.沥青拌合站回收粉在石灰稳定土中的应用研究[J].交通世界，2016（Z2）：

[7]郑德荣，庞秋阳，邓景辉.沥青拌合站回收粉再利用技术[J].施工技术，2017，S2

作者简介：

曹松柏（1984，01，09）男吉林省舒兰市人，工程师，主要从事路面结构与材料方面研究

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霍珍生，男，河北邯郸人，工程师，硕士，联系电话：18322486890，地址：天津市滨海新区塘沽新港二号路173号，邮编：300456，邮箱：hzs0167@163.com