再生粗骨料制备结构混凝土:从研究到设计

摘要

对再生骨料混凝土(RAC)的力学性能和弹性性能进行了研究。RACs是用再生混凝土制成的粗骨料馏分制备的，再生混凝土来自回收厂，回收厂收集混凝土结构拆除后产生的碎石并进行适当处理。以纯骨料(作为参考)或以30%粗再生骨料代替碎石，采用两种不同的水泥配制几种混凝土混合物。采用不同的水灰比，范围从0.40到0.60。混凝土的和易性始终在190 - 200mm范围内。对混凝土的抗压强度、弹性模量和干燥收缩进行了评估。结果表明，使用RAC可以制造C32/40强度等级的结构混凝土。此外，还对实验结果进行了讨论，以便为RAC结构设计提供有用的信息，特别是在弹性模量和干燥收缩预测方面。

1.介绍

碾压混凝土生产粗骨料生产新混凝土是实现更环保混凝土的常用手段之一。回收混凝土废物可减少宝贵的填埋空间，节省自然资源。事实上，再生骨料混凝土(RAC)的使用在可持续发展的民用建筑中引起了特别的兴趣。

许多研究证明了用压碎混凝土作粗骨料的可行性[1- - - - - -10，它的使用已经在许多国家的法规中得到考虑。在意大利，自2009年7月以来，已明确允许使用30%的再生混凝土来替代原始骨料来生产结构混凝土(强度等级高达C 30/37) [11］．然而，在意大利法规中没有关于RAC弹性模量和干燥收缩的预测的指示被报道。本文所讨论的30%再生混凝土骨料混凝土弹性性能的研究，只是为了提供有用的信息。

2.实验程序

2．1．材料

根据EN-197/1的规定，两种商用波特兰-石灰石混合水泥交替使用，CEM II/A-L 42.5 R型和CEM II/B-L 32.5 R型[12](主要的区别是第一个案例的碳酸钙含量低于20%，而第二个案例的碳酸钙含量包括在EN-197/1规定的21-35%范围内)。水泥的Blaine细度为0.42 m²/ g和0.40米²/g，其比重为3.05 kg/m^3.．第一种水泥(CEM II/A-L 42.5 R)由于其组成和细度较高，预计其性能优于其他水泥。

使用石英砂（0-5毫米），细砂砾（6-12mm）和砾石（11-22mm），适当地组合，用于制备参考混合物。根据EN 1097-6评估其主要物理性质[13]，并载于附表1以及根据en933 -1评估的等级[14如图所示1．

此外，使用了来自回收厂的粗再生骨料(11-22毫米)，该回收厂对混凝土结构拆除后产生的碎石进行了适当处理。其成分100%为再生混凝土;原来的混凝土强度等级是未知的，可能不同的废混凝土来自不同的来源。再生骨料组分的主要物理性能见表1，其级配如图所示1．根据UNI EN 1744-1(第7、11、12、14和15部分)推荐的方法评估再生混凝土中氯化物、硫酸盐和有机材料的含量[15]并且根据UNI EN 8520-22推荐的方法存在碱 - 二氧化硅反应性材料[16］．未检测到有机或碱-硅反应物质;氯化物和硫酸盐的含量分别低于阈值0.04%(按重量计)和0.15%(按重量计)。

作为一种减水剂，在混合物中加入30%的羧基丙烯酸酯聚合物水溶液。

2.2。混凝土混合物比例

在表格中报告了由100％原始聚集体和由30％粗再循环的聚集体替换砾石（CRA）制成的参考混合物（REF）的混凝土混合物比例。2和3.,分别。水浸泡后，再将再生骨料组分加入混合物中，其条件非常接近饱和表面干燥的定义。事实上，根据在以前的工作中获得的结果[17，似乎预浸骨料可以更有效地创造内部供水，能够减少干燥收缩，并避免骨料在搅拌过程中吸水，从而在足够的时间内保持混凝土的和易性。

采用水泥型CEM II / A-122.5 R采用五种不同的水 - 水泥比：0.40,0.45,0.50,0.55和0.60。另一方面，当使用水泥型CEM II / B-L 32.5 R时，该研究限于三种水水泥比率：0.40,0.50和0.60。

所有混凝土混合物均显示相同的流动性水平(S5，坍落度在190 - 200mm范围内)，根据EN 12350-2进行评估[18］．

为了优化混凝土中固体颗粒的粒径分布，根据Bolomey粒径分布曲线对骨料级配进行了合理组合[19］．

为了调整水泥用量(始终保持在350 kg/m以下)，在混合料中添加减水剂，但用量不同，按水泥重量计算范围为1.2% ~ 0.4%^3.逐渐减少水分逐渐减少水泥比例）。事实上，在目前的实际实践中，水/水泥的混凝土通常制备约350kg / m^3.水泥和混凝土，水/水泥0.60，大约300公斤/米^3.水泥。

2．3.试样的制备和养护

根据UNI EN 12390-1的规定，每一种混凝土混合物的压缩试验用钢浇铸30个尺寸为100毫米的立方体试件[20.]并在20°C下湿固化。

此外，根据UNI 6555的每种混凝土混合物，为每个混凝土混合物制备三个棱镜样品（100乘100×500mm）[21］．湿养护1天后，在恒温(20±2℃)、相对湿度(50±2%)条件下保存，测量不同养护时间下的干燥收缩率。

最后，对于每个混凝土混合物的三个直径为100mm的三个圆柱形样品，直径为100mm，根据UNI 6556评估压缩的静态弹性模量[22］．

3。结果与讨论

3．1.压缩试验

根据UNI EN 12390-3的湿固化后3至28天评价抗压强度[23]，在与铸件位置成直角的位置进行测试。15个样本的平均值和标准差值见表4．

根据表中报告的数据4，无论使用哪种水泥，用粗再生混凝土骨料替代30%的原始骨料，湿养护28天后强度损失约20%。

对于标准差值，它们实际上与所用骨料的类型无关，表明使用再生骨料可以达到相同的混凝土混合物均匀度，而不是普通骨料。

然而，无论使用哪种水泥，只要将水/水泥分别保持在0.60和0.50以下(水泥类型为42.5 R)，以及将水/水泥分别保持在0.50和0.40以下(水泥类型为32.5 R)， RAC强度等级都可以确定地达到C 25/30和C 28/35。

另一方面，只有使用42.5 R型水泥，保持水/水泥低于0.45，才能达到C 32/40级RAC强度。

3.2。静态弹性模量评估

根据意大利标准UNI 6556中描述的程序确定静态弹性模量[22］．28天后的平均值如图所示2并绘制在图中3.作为28天后的混凝土抗压强度的函数。

在图3.报告了两个方程式： 第一个(1)是由意大利标准提出的公式[11]对于常规混凝土。在普通混凝土上获得的结果表明，与（1)．

另一方面，第二个公式(2)是通过拟合30%粗再生混凝土骨料配制的混凝土混合物的试验数据得出的，无论使用哪种水泥。

在实际应用中，当抗压强度相等时，使用30%的粗再生骨料可降低17%的弹性模量。作者在之前的工作中也得到了类似的结果[10，当再生混凝土骨料组分(6-12 mm)完全替代11-22 mm的碎石(6-12 mm)时，系数为18.8而非18.2，且替代率为30%。这种微小的差异可以表明RAC弹性模量对所用再生混凝土骨料的粒径有一定的依赖性:骨料粒径越大，相对于参考混合物，其减小幅度越大。

然而，在实际应用中，可以建议一个等于18.5的普通系数，独立于再生骨料粒径，对应于常规混凝土的弹性模量减少16%。

3．3.干燥收缩试验

根据UNI 6555评价干燥收缩[21]， 180天的暴露结果见表5．

在数据4，5， 和6，对等强度等级混凝土的干缩应变进行了三次比较。强度等级比较的混合物分别为“REF-I-0.55”、“REF-II-0.50”、“CRA-I-0.40”和“CRA-II-0.45”4）;强度等级为“REF-I-0.60”、“CRA-I-0.50”和“CRA-II-0.40”4)和“rf - ii -0.60”、“cr - i -0.55”和“cr - ii -0.50”的强度等级(见表4)．在C 32/40、C 28/35和C 25/30强度等级混凝土上获得的结果如图所示4，5， 和6,分别。

可以看到，使用30%粗再生骨料时，测得的RACs应变值相似(图)4)，如果不是更低(数字5和6)，为同一强度等级的参考混合物所得。的确，通过比较等强度混凝土，不同种类的水泥似乎比骨料种类更能影响混凝土的干缩特性(见图)4)，这是因为获得相同28天抗压强度所需的水灰比不同。

4.结论

得到的结果表明，通过用粗再循环混凝土聚集体取代30％的原始骨料，可以制造高达C32 / 40强度等级的结构混凝土。

此外，再生骨料混凝土的弹性模量与抗压强度之间的相关性表明，无论再生骨料的粒径分布如何，使用30%的粗再生骨料可以降低16%的弹性模量。

最后，在自由干燥收缩测量的结果的基础上，同样的收缩行为检测到等强度混凝土，不取决于使用骨料的种类。最后一个方面，当考虑到较低的弹性模量，预测较低的趋势，开裂的出现在rac比在传统混凝土。

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