新型无砂浆再生混凝土砌块受力性能试验研究

 祝明桥，  饶一鸣，  黄海林，  罗  哲

 （湖南科技大学土木工程学院，湘潭411100）

[摘要]研究无砂浆再生混凝凝土砌块的基本力学性能，将再生骨料百分百替代天然骨料，为建筑垃圾再利用提供了借鉴。通过对采用连续级配的3类15组不同类型不同配合比的45块再生混凝土标准立方体块进行抗压试验，得到合理的水灰比。进而制作3类3组18块新型无砂浆再生混凝土砌块并对其进行抗压强度和抗折强度试验。通过抗压和抗折强度试验，得到了新型无砂浆再生混凝土砌块的抗压、抗折强度和破坏机理，进而得到了一系列关于该类砌块抗压、抗折强度取值的结论。探讨了再生混凝土制作新型无砂浆混凝土砌块的可行性。

[关键词]无砂浆砌块；再生混凝土；抗压强度；抗折强度

中图分类号：TU362，TU528 文章编号：1002-848X(2016)12-0045-04

 0  前言

 目前，城市更新换代迅速，导致许多混凝土建筑物被拆除，大量的废弃混凝土随之产生，而建筑垃圾没有得到妥善的利用。这样的做法不符合国家提倡的绿色环保建设的要求；而利用再生骨料生产混凝土空心砌块（称作再生混凝土空心砌块）是比较合理的。因为再生混凝土空心砌块对混凝土的工作性能要求较低；另一方面，从根本上解决废弃混凝土处理问题，节约天然骨料，带来显著的社会、经济、环境效益。关于再生混凝土，早在第二次世界大战之后，美国、日本及欧洲一些发达国家就开始着手研究废弃混凝土再利用问题，取得了一定的成果。近年来，我国一些学者专家对此方面也进行了一定的研究。这些研究结果表明，再生骨料密度比天然骨料低，导热系数低，将再生混凝土应用到空心砌块比普通混凝土具有质轻、保温性能好的优点。目前，国内已有一些对再生混凝土空心砌块的研究，但尚不深入。本课题组针对这一现状，自主研究设计出一种基于几何联锁互卡机制的新型无砂浆砌体结构砌块（图1），该砌块具有结构科学、连接可靠，能实现快速砌筑，墙体整体性能好的特点。本文拟将再生混凝土材料百分之百引入该无砂浆砌块砌体体系。通过抗压试验和抗折试验着重研究采用该种新型无砂浆再生混凝土砌块砌筑的砌体的抗压、抗折性能及其相应的破坏形态。

1  试验概况

1.1试验材料

 试验采用的材料主要有：水泥、天然骨料、再生骨料、水和添加剂等。其中再生骨料由湖南科技大学实验室某构件破坏制成，该废弃混凝土的原设计强度为C50，经过筛分从而得到0.16~5mm的再生细骨料和5~ 10mm的再生粗骨料，其基本性能见表1。

1.2骨料级配

 骨料级配参考美国材料试验协会( ASTM)提出的普通混凝土骨料颗粒级配推荐值确定，见表2。由表2计算出细度模数FM=3.69。

1.3水灰比

 水灰比是影响混凝土抗压强度的最主要因素之一。对于普通混凝土而言，抗压强度一般与水灰比成反比关系，但对于再生混凝土而言，其强度与基体混凝土的强度和再生混凝土的配合比等密切相关，情况则不完全相同。再生混凝土按普通混凝土设计水灰比、砂率配合比配制成150× 150×150的立方体试块，每组试块均为3个。试块成型采用人工拌料、振动台振实，试块脱模后养护室标准养护28d后测试其抗压强度。试验方法按我国国家标准《混凝土砌块和砖试验方法》( GB/T 4111-2013)规定进行。 

 本研究配制了三种不同类型的再生混凝土，分别用A，B，C来表示。其中A类是指细骨料为河砂，粗骨料为天然卵石普通混凝土；B类是指粗骨料全部为再生骨料，而细骨料为河砂再生混凝土；C类是指粗、细骨料全部为再生骨料再生混凝土。各类型再生混凝土与基准混凝土的试验配合比和实测表观密度见表3，抗压强度见表4。

 试验数据表明：当水灰比为0. 45时，B，C两类试块的抗压性能达到了最佳状态，通过数据可以看出，随再生骨料的增加，试块抗压强度明显下降，在水灰比同为0. 45的条件下，B类试块抗压强度相对于A类的下降了将近15%，C类试块抗压强度相对于A类的下降了20. 6%。这是因为再生骨料中含有约30%的硬化水泥砂浆，这些水泥砂浆容易导致再生骨料表面粗糙，棱角较多；另一方面，废弃混凝土在解体、破碎过程中由于损伤内部积累了大量微

小裂纹，从而导致再生骨料强度低于天然骨料。研究表明，普通混凝土砌块强度与混凝土强度存在一定关系，见下式：

1.4试块制作

 本砌块因未批量生产而采用人工制成，具体操作流程见图2。每种配合比均为6个试块，试块在自然条件下养护28d。试块进行抗压强度试验时，采用SYE-2000A型液压式压力试验机，试验方法依据《混凝土砌块和砖试验方法》( GB/T 4111-2013)中的规定进行。

2  新型无砂浆砌块抗压、抗折试验结果及分析

2.1抗压试验

 在抗压试验中随着荷载的增加，混凝土试块内的应力也不断增加，裂缝渐渐出现，起初裂缝出现在试块表层中间通孔，在试块中央沿竖向向上、下端发展，至加载面处转向试块的角部，随着荷载的继续增大，裂缝不断扩张，新的裂缝逐渐向里发展，试块表面混凝土开始外鼓、剥落。从试块的破坏形态(图3)看，再生混凝土砌块的破坏基本上是粗骨料和水泥凝胶体粘结面发生破坏，并未发现有粗骨料被劈开的情况，由此表明再生混凝土砌块的破坏形态与普通混凝土的破坏形态基本一致，再生粗骨料的取代率不同，对混凝土砌块的抗压破坏形态没有影响，破坏形态基本一致。

2.2抗压试验结果及抗压强度

 结合材料试块试验，采用0. 45的水灰比分别制作A，B，C三组砌块。砌块抗压强度计算公式见下式：

式中：f为砌块抗压强度，M Pa；p为最大破坏荷载，N；L为承压面长度，mm；B为承压面宽度，mm。

 实测不同骨料替代率再生混凝土的砌块抗压强度如表5所示。

 根据抗压试验结果可知：A2，B2砌块的抗压强度等级均达到MU10，可作为承重砌块使用。C2砌块强度略低于MU10，其原因可能是因其0.16~10mm的再生骨料中含有的水泥砂浆高于30%，吸水性大，若想作为承重砌块，可以通过调整水灰比或者对骨料二次加工来提高砌块抗压强度。天然骨料和粗骨料全替换的砌块抗压实测数据基本符合式(1)的演算结果，而粗、细骨料全替换的砌块抗压实测数据略低于式(1)的演算结果。这说明再生骨料配制强度不能根据以往公式进行演算，需要研究出新的公式对其进行检验。

2.3抗折试验

 在抗折试验中，荷载匀速地增加，加载前期并无明显变化，当出现裂缝时，裂缝立即贯通，试块立即被折断，发出巨大声响，且没有产生其他破坏，都是在试块中部断裂，破坏前无明显征兆，A，B，C三组砌块的破坏形态基本一致（图4）。再生混凝土砌块的破坏基本上是粗骨料和水泥凝胶体粘结面发生破坏，并发现有少量粗骨料被劈开的情况。

2.4抗折试验结果及抗折强度

 试验实测获取了各组不同骨料取代率再生混凝土砌块折断时的荷载值，并依据下式计算确定再生

式中：F为砌块折断时的破坏荷载；B，H分别为砌块的截面宽度和高度；L为金属棍轴心距。

 试验实测并按式(3)计算得到各组不同骨料取代率再生混凝土的抗折强度如表6所示。

 根据抗折试验结果，可得出如下结论：B2组标准砌块抗折强度相较于A2组标准砌块抗压强度削弱20.08%，说明用再生粗骨料取代天然粗骨料对于新型无砂浆砌块的抗折性能有一定的影响。本试验使用的再生粗骨料的粒径范围为5~ 10mm，再生粗骨料吸水率大于天然骨料，而新型无砂浆砌块所使用的再生混凝土为干硬性混凝土，配合比和用水量对混凝土的维勃稠度影响特别大，因而削弱了新型无砂浆砌块的抗折性能。C2组标准砌块抗折强度相较于A2组标准砌块抗压强度削弱34.10%，C2组采用粗、细骨料全替换成为再生骨料，而使用的细骨料的粒径范围为0.16~ 5mm，可以理解为在这个粒径范围内的骨料主要由砂浆块组成，而其中碎石成分很少，因此再生粗骨料压碎指标较大，强度较低，从而引起再生混凝土砌块抗折强度降低效果显著。

3  结论

 (1)再生粗骨料取代天然骨料时，立方体试块抗压强度为37. 20MPa，比普通混凝土试块强度降低15%；粗、细骨料全部由再生骨料取代时，立方体试块抗压强度为34. 75MPa，比普通混凝土试块强度降低了20.6%。随着再生骨料取代率的增加，试块抗压强度仍能达到普通混凝土抗压强度的80%。

 (2)普通混凝土制作的新型无砂浆标准砌块平均抗压强度为12. 03MPa；再生粗骨料全替代的新型无砂浆标准砌块平均抗压强度为10.11MPa；粗、细骨料全部由再生骨料取代时，新型无砂浆标准砌块平均抗压强度为8.22MPa。

 (3)新型无砂浆砌块具有良好的抗折性能。用普通混凝土制作的新型无砂浆砌块平均抗折强度为2. 64MPa；用再生粗混凝土制作的新型无砂浆砌块平均抗折强度为2. 11MPa；用再生骨料制作的新型无砂浆砌块平均抗折强度为1. 74MPa。