!!!高温后再生混凝土残余抗压强度_肖建庄-建筑材料学报

建󰀁筑󰀁材󰀁料󰀁学󰀁报

JOURNALOFBUILDINGMATERIALS

󰀁

Vol.9,No.3Jun.,2006

󰀁󰀁文章编号:1007-9629(2006)03-0255-05

高温后再生混凝土残余抗压强度

肖建庄,󰀁黄运标

(同济大学建筑工程系,上海200092)

摘要:完成了160块不同再生粗骨料取代率(0,30%,50%,70%,100%)的再生混凝土立方体试块在20~800󰀁下的高温试验.通过对试验现象与结果的对比与分析,研究了再生混凝土的抗火性能,分析了高温后再生混凝土的残余抗压强度与经历温度之间的相互关系及变化特点.最后,在与已有文献中普通混凝土、轻骨料混凝土、高强混凝土和高性能混凝土等不同类型混凝土抗火性能对比分析的基础上,提出了基于统计的再生混凝土残余抗压强度与经历温度之间关系的建议公式.

关键词:再生混凝土;高温;抗压强度;再生粗骨料取代率中图分类号:TU528󰀁󰀁󰀁文献标识码:A

ResidualCompressiveStrengthofRecycled

ConcreteafterHighTemperature

XIAOJian󰀁zhuang,󰀁HUANGYun󰀁biao

(DepartmentofBuildingEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Abstract:Basedonthecompressiontestof160cubespecimensheatedatthehightemperatureranging20~800󰀁,thefirebehaviorofrecycledaggregateconcrete(RAC)withdifferentre󰀁placementpercentagesofrecycledcoarseaggregate(RCA)(0,30%,50%,70%,100%)wasin󰀁vestigated.TherelationshipbetweentheresidualcompressivestrengthofRACafterelevatedheatingandthetemperaturewasanalysed.TheeffectofreplacementpercentagesofRCAonthefirebehaviorofRACwasreported.Finally,onthebasisofcomparativelyanalysisoffirebeha󰀁viorfordifferenttypesofconcrete(normalconcrete,lightweightaggregateconcrete,high󰀁strengthandhigh󰀁performanceconcrete),therelationshipbetweentheresidualcompressivestrengthforrecycledconcreteandelevatedtemperatureissuggested.

Keywords:recycledconcrete;elevatedtemperature;compressivestrength;replacementpercen󰀁tageofrecycledcoarseaggregate

󰀁󰀁近年来,随着城市建设的发展,住宅的更新和市政动迁规模不断加大,大量旧建筑物和构筑物被拆除,从而产生了大量的废弃混凝土.从环境保护与可持续发展战略的角度考虑,可以将这些废弃混凝土加工成再生骨料再利用.为了推广再生混凝土的应用,国内外众多学者已经对再生骨料的性能及再生混凝土在常温下的基本力学性能作了研究,并取得了一定成果.Hansen生混凝土方面的研究进行了较为全面的总结,肖建庄等

[2]

[1]

对国外在再

对国内外再生混凝土的最新进展也进行

收稿日期:2005-05-16;修订日期:2005-06-30

基金项目:上海市科学技术委员会资助项目(02DZ12104,04DZ05044)

作者简介:肖建庄(1968-),男,山东沂南人,同济大学教授,博士生导师,博士.

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建󰀁筑󰀁材󰀁料󰀁学󰀁报第9卷󰀁

了分析,发现在再生混凝土的基本力学性能和耐久性等方面均已有了较好的研究基础,但有关再生混凝土高温(抗火)性能方面的研究文献很少.笔者查到这方面的研究工作是由Teranishi等[3]完成的,其研究表明,高温后再生混凝土的残余抗压强度变化规律与普通混凝土不同,但在他们的试验中并未反映出温度变化对再生混凝土残余抗压强度变化规律的影响.另一方面,针对普通混凝土和高性能混凝土等的抗火研究[4,5]也表明,不同类型混凝土的抗火性能存在较大差异.为了深入了解再生混凝土的特点,以便科学地推广应用再生混凝土,有必要研究其高温性能及高温后的抗压性能.

1󰀁试块制备

1.1󰀁试验用原材料

水泥为海螺牌32.5R复合硅酸盐水泥(主要掺和料为矿渣);砂为普通天然黄砂;拌和水为自来水;天然粗骨料为连续级配碎石;硅质再生粗骨料由某机场废弃跑道混凝土经破碎和筛分而成,级配为:5~15mm与15~31.5mm粒径的骨料质量之比为60󰀁40.粗骨料基本性能见表1.

表1󰀁粗骨料的基本性能

Table1󰀁BasicpropertiesofNCAandRCA

Type

Naturalcoarseaggregate(NCA)Recycledcoarseaggregate(RCA)

Grading/mm5~31.55~31.5

Bulkdensity/(kg󰀁m-3)

14531290

Apparentdensity/(kg󰀁m-3)

28202520

Waterabsorption/%

0.409.25

Crushindex/%

4.0415.20

1.2󰀁试块配合比

定义再生粗骨料的取代率r为再生粗骨料质量与混凝土中全部粗骨料质量的比值.本文共考虑了5种再生粗骨料取代率,即r=0,30%,50%,70%,100%.r=0即为普通混凝土,试验中作基准混凝土之用,其设计强度等级为C30.在再生混凝土配合比设计时需注意到再生粗骨料吸水率较高的特点

[6]

,应适当增加用水量(附加水)对其进行一定补偿.试块编号及配合比见表2.

表2󰀁混凝土的配合比Table2󰀁Mixproportionofconcrete

MixNCRC-30RC-50RC-70RC-100

r/%0305070100

mw/mc0.430.430.430.430.43

Mixproportion/(kg󰀁m-3)

C430430430430430

S555534522510492

NCA1295872609357

3746098321149RCA

Mixingwater

185185185185185

15243346

Additionalwater

1.3󰀁试块制作与养护

试块的制作在同济大学混凝土材料研究实验室完成.投料顺序为:先人工搅拌砂和水泥至均匀,再加入粗骨料,继续搅拌至混合均匀后加水,再搅拌3~5min后测量其坍落度(约为25~30mm).将此拌和物注入钢模并人工插捣密实,用刮刀插实周边、抹平表面,24h后拆模.将试块放入养护室,在标准条件下养护至28d后,取出自然晾干,进行高温试验与抗压强度试验.试块尺寸均为150mm󰀁150mm󰀁150mm.

2󰀁高温试验

2.1󰀁试验设备

采用上海科成工业炉设备厂生产的DRX-36型高温炉,设计经历温度为20,200,300,400,󰀁第3期肖建庄等:高温后再生混凝土残余抗压强度󰀁󰀁󰀁

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500,600,700和800󰀁.对于每个经历温度,每组配合比有4块再生混凝土试块.按预定处理温度和混凝土批次将试块分批放入高温炉内的两层托架上.高温前后详细观察试块的外观变化.2.2󰀁升降温机制

根据Mohamedbhat的试验,当炉膛温度达到规定温度(200~800󰀁)后恒温2~3h,可以使冷却后的混凝土残余强度比较稳定.经综合考虑后本试验建立如下加热制度[8]:在无应力状态下,以比较接近实际的20󰀁/min左右的速率升温;当达到预定最高温度后,恒温2h(设计最高温度为200󰀁的试块恒温3h)后打开炉门,让试块随炉冷却至室温.

2.3󰀁高温试验现象

高温后再生混凝土呈现出了不同的颜色,这主要是由于其中的水泥石分解并生成了不同颜色矿物的缘故.按颜色的变化可以把混凝土受热温度分为3个区间:常温~300󰀁,此时颜色变化不大,为青灰色;400~600󰀁为灰褐色;600󰀁以上为鹅黄色.在700󰀁以上时试块表面出现了明显的细裂纹,并出现由于骨料膨胀而造成的星形裂纹,但数量不多,且没有剥落现象;在700󰀁以下时试块均无裂纹出现.同时,在整个试验过程中没有发现爆裂现象.2.4󰀁残余抗压强度试验结果

为研究再生粗骨料取代率对高温作用后混凝土立方体试块抗压强度的影响,对高温后试块进行了抗压强度试验.抗压强度试验在YE-2000型压力试验机上进行,其精度等级为1级,最大荷载为2000kN.图1为不同编号的混凝土试块在各经历温度下的残余抗压强度fc.由图1可见,在室温(20󰀁)下,随再生粗骨料取代率的增加,再生混凝土的立方体残余抗压强度逐渐降低;在同一再生粗骨料取代率下,随温度的升高,再生混凝土的立方体残余抗压强度总体上呈下降趋势.

[7]

(a)NC

(b)RC-30

(c)RC-50

(d)RC-70

(e)RC-100

图1󰀁高温后混凝土的立方体残余抗压强度

Fig.1󰀁Residualcompressivestrengthofcubeconcretespecimensafterelevatedtemperature

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3󰀁试验分析

3.1󰀁再生粗骨料取代率对高温后混凝土残余抗压强度的影响

图2为不同再生粗骨料取代率下的混凝土试块相对残余抗压强度.由图2可见,NC在200󰀁时有1个波谷,在300󰀁时达到波峰后近似成直线下降;RC-30在200~300󰀁和500~600󰀁时变化缓慢,在600󰀁后也近似成直线下降;RC-50,RC-70与RC-100曲线相似,在300󰀁时均有1个波谷,之后回升明显,在500~600󰀁时形成波峰平台,达到波峰后也近似成直线下降.在300󰀁以内时,不同再生粗骨料取代率下的混凝土抗压强度降低率相差不是很大;在400~700󰀁时,RC-50,RC-70与RC-100的相对残余抗压强度要比NC与RC-30大得多.

󰀁󰀁关于普通混凝土高温后的抗压强度变化规律较为一致的结论是[4]:在300󰀁之内,在常温强度值上下波动,大于300󰀁后开始下降,并在400󰀁后出现显著下降,在达到900󰀁后,混凝土的强度几乎全部消失.从图2中可以看出,再生混凝土在高温后其强度发生明显变化的界限仍是300󰀁,可是在300󰀁以后,其残余抗压强度却有所提高,且再生粗骨料取代率越高,该提高趋势越明显,一直到500󰀁后方显著下降.当取代率为30%时,再生混凝土高温后的相对残余抗压强度比普通混凝土低;当取代率为50%以上时,再生混凝土高温后的相对残余抗压强度整体上比普通混凝土高.造成这种现象的原因一方面是由于随着再生粗骨料取代率的提高,再生混凝土在常温下的抗压强度会逐渐降低;另一方面可能是由于再生粗骨料表面粗糙、多孔[1,2],可以强化它与水泥的界面[9],从而使高温(特别是300󰀁以上时)对再生混凝土抗压强度的损伤减缓,这一点与轻骨料混凝土类似.但定量分析尚有待于从微观层次深入研究.3.2󰀁不同类型混凝土高温后残余抗压强度对比

不同类型混凝土的相对残余抗压强度与经历温度之间的变化规律如图3所示.图3中示出的RC-100曲线为本文中再生粗骨料取代率达100%时的实测结果,其余的成果引自文献[10~13].由图3可见,再生混凝土在400~700󰀁时的性能比普通混凝土高,在700󰀁以后的性能则比普通混凝土差.总体上,再生混凝土高温后的抗压性能与轻骨料混凝土接近,但要比高强混凝土和高性能混凝土优越.这进一步说明,再生混凝土的高温抗压强度设计曲线不能简单采用其他类型混凝土的研究成果.

图2󰀁不同再生粗骨料取代率的再生混凝

土相对残余抗压强度

Fig.2󰀁Relativeofresidualcompressive

strengthofrecycledconcretewithdifferentRCAreplacementratios

图3󰀁RC-100与其他混凝土的相对残余

抗压强度

Fig.3󰀁Relativeresidualcompressivestrengthamong

RC-100andotherconcretes

3.3󰀁残余抗压强度统计模型初探

根据本文的试验结果,RC-50,RC-70与RC-100在高温后的抗压性能比较相似.为方便工程应用,同时鉴于高温后再生混凝土的立方体残余抗压强度fc在300󰀁前后的变化规律不同,本文采用最小二乘法分3段对这3种取代率下的fc进行了回归拟合;同时,由于RC-30的高温性󰀁第3期肖建庄等:高温后再生混凝土残余抗压强度󰀁󰀁󰀁

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能与RC-50,RC-70,RC-100相差较大,故对其单独进行拟合.

RC-30的回归方程为

ftc/f20c=1.018-0.088(t/100)󰀁󰀁(R=0.95)󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁t󰀁300󰀁fc/fc=0.930-0.059(t/100)󰀁󰀁(R=0.92)󰀁300󰀁(2)

t

20

(1)

4󰀁结论与建议

1.同普通混凝土相似,再生混凝土的残余抗压强度随经历温度的提高整体上逐渐下降.

2.当再生粗骨料取代率为30%时,再生混凝土高温后的相对残余抗压强度比普通混凝土低;当再生粗骨料取代率为50%以上时,再生混凝土高温后的相对残余抗压强度整体上比普通混凝土高,且随再生粗骨料取代率的增大而提高.

3.在进行抗高温设计时,建议按本文回归的公式(1),(2)进行再生混凝土高温后残余抗压强度的估算.

4.混凝土强度等级对再生混凝土抗火性能的影响以及本试验中在300~400󰀁之间大掺量再生粗骨料再生混凝土残余抗压强度有所提高的原因仍需从微观角度进一步研究.

致谢:同济大学材料科学与工程学院张雄教授为本文的试验工作提供了高温试验设备和热情帮助,特此致谢.参考文献:

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