再生骨料混凝土抗压强度以及超声探伤试验研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇再生骨料混凝土抗压强度以及超声探伤试验研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：本文对不同粗骨料取代率（30%，70%和100%）再生混凝土的超声波速和抗压强度进行了试验研究。结果表明：再生混凝土粗骨料取代率对再生混凝土的抗压强度有很大的影响；再生混凝土的超声波速随着抗压强度的增大而增大；随着荷载的增大混凝土的超声波速降低；历经过荷载作用的混凝土试件卸载后超声波速没有明显变化。

关键词：再生混凝土；抗压强度；超声波速

中图分类号： TU528文献标志码：A

0概述

混凝土是迄今为止使用最多的土木工程材料之一，但混凝土结构具有一定的设计使用年限，随着建筑业的飞速发展，随之而来的问题就是在拆迁和改扩建中产生的大量废弃混凝土，导致建筑垃圾日益增多[1]，不仅造成巨大的垃圾处理费用，消耗了大量人力物力财力，同时引发了许多严重的环境问题。我国每年开采大量的石灰石、砂、石等物质，用于生产水泥、混凝土等，长此以往，天然资源趋于枯竭，将会对我们的生存环境造成很大的负面影响[2]。

再生混凝土是指将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定级配与比例混合，部分或全部代替砂石等天然骨料，再加入水泥、水等配制而成的新混凝土。再生混凝土的出现与应用，解决了废弃建筑垃圾堆放、处理和运输的问题，实现了废弃混凝土的循环再利用，有利于保护天然骨料资源，实现了建筑业的绿色发展，符合可持续发展的战略要求。废弃混凝土历经数十年的服役期，其各项性能指标都有不同程度的降低，与天然骨料相比，再生骨料强度低，密度小，孔隙率大，吸水性强，将其回收利用配制成再生混凝土，会对混凝土的强度与耐久性有一定的影响[3]。本文主要对再生混凝土进行了抗压强度和超声波速试验，研究不同的再生粗骨料取代率对再生混凝土强度的影响。

1试验概况

1.1试验材料

试验所用水泥为青岛山水水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥，砂为普通河砂，天然骨料为连续级配的玄武岩碎石，最大粒径为31.5mm，再生骨料为机械破碎筛分而成，最大粒径为30mm，拌合水为普通饮用水。

1.2配合比设计

混凝土设计强度为C30，配合比设计参照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011和《再生混凝土应用技术规程》DG/T J08-2018—2007进行。本文主要对不同再生粗骨料掺量的100mm×100mm×100mm再生混凝土立方体试块的超声波速和抗压强度进行对比分析研究。混凝土的配合比见表1。

表1混凝土配合比

试件编号 单位体积材料用量/（kg·m-3）

水泥 砂 碎石 再生粗骨料 水

N-0 370 610 1238 — 198

R-30 372 603 866 360 210

R-70 376 595 371 840 220

R-100 380 590 — 1200 228

注：1.代号N、R，分别代表普通混凝土和再生骨料混凝土；

2.0、30、70和100分别代表再生粗骨料的取代率。

1.3试件的制作与养护

试验采用SJD-60型强制式单卧轴混凝土搅拌机配制普通混凝土和再生混凝土，在容量为60L的搅拌机中搅拌。搅拌之前先用水将搅拌锅湿润，待表面达到饱和后，加入水泥、砂，然后加入粗骨料，开始搅拌，搅拌均匀后加入水继续搅拌，测其塌落度达到要求后，将混凝土拌合物注入三联模中，24h后拆模，放入标准养护室中养护。

1.4试验仪器与方案

测量超声波速值 用ZBL-U510型非金属超声检测仪测量超声波速，以浇筑面的侧面作为测试面，取三个测点测量波速，求得平均值作为该试件的超声波速值v。测量试件在零荷载状态下以及分别测试60kN，150kN，240kN持载和卸载后的超声波速。

测量抗压强度 利用济南试验机厂生产的YE-600型号压力试验机连续均匀施加荷载直至试件破坏，记录破坏荷载，计算出该试件强度实测值fcp。

2结果与分析

2.1再生混凝土立方体抗压强度

强度是混凝土最重要的力学性能。再生混凝土中由于掺入了再生骨料，所以再生骨料的性能是影响再生混凝土强度的一个重要因素[4]。在再生混凝土中，再生骨料孔隙率大，吸水性强的特点，在搅拌过程中能很快被湿润，再生骨料的表面能吸附水泥颗粒，界面结合得到加强，这样会补偿再生骨料强度较低引起的混凝土性能劣化。

本文研究了再生骨料不同取代率对混凝土强度的影响，于试块养护后的3、7、14、28天取出，根据《普通混凝土力学性能试验方法》GB/T 50081-2002的规程进行再生混凝土立方体抗压强度的测定。不同取代率的再生混凝土不同龄期强度如图1所示。

图1再生混凝土抗压强度与再生骨料取代率的关系

由图1可知，再生混凝土的强度并不是随着再生骨料取代率的增加呈上升或下降的趋势，取代率为30%和70%的再生混凝土强度低于普通混凝土和取代率100%再生混凝土，而100%取代率再生混凝土与普通混凝土强度相当。现有大量资料文献显示，再生混凝土的强度要比普通混凝土强度低，而且随着再生骨料取代率的增加，再生混凝土强度呈下降趋势。分析本次试验原因，一是由于再生骨料本身强度较高，表面粗糙程度大，因而与水泥砂浆以及水泥水化后产物有较强的结合力，形成致密的内部结构，所以100%取代率的再生混凝土强度和普通混凝土较接近甚至高于普通混凝土，而30%和70%取代率的再生混凝土由于两种骨料级配较差，所以强度较低；二是再生骨料吸水率比天然骨料大，使最终的水灰比降低，水灰比降低使混凝土强度提高。

2.2再生混凝土抗压强度与超声波速之间的关系

混凝土的超声波速与混凝土自身的密实程度有关系，混凝土的密实度越大，超声波在其内部的传播速度就越大，一般说来，混凝土的强度越高，密实性越好，因此，强度高的混凝土，超声波速就越大，这也是超声法检测混凝土强度的理论依据。下表2是本次试验得出的普通混凝土和再生混凝土抗压强度和超声波速之间的关系的试验结果。

表2再生混凝土超声波速与抗压强度

混凝土取代率 龄期/d 波速v/km·s-1 抗压强度fcp/MPa

N-0 3

7

14

28 3.865

4.016

4.049

4.526 27.5

28.7

29.3

35.2

R-30 3

7

14

28 3.968

4.049

4.239

4.505 22.8

24.4

27.4

33.5

R-70 3

7

14

28 3.906

4.409

4.361

4.405 23.2

25.0

27.8

33.9

R-100 3

7

14

28 3.371

3.922

3.938

4.471 27.5

28.7

29.8

35.6

从表2中可以看出，普通混凝土的超声波速随着龄期的增长而增大，再生混凝土与其基本一致。这种变化主要是与混凝土的构造有关，混凝土试件浇筑完成后，其内部存在孔隙，空隙中含有大量水分，而且水泥的水化硬化过程没有完成，还没有与砂、石固结完全，形成一个整体，所以超声波传播时间较长，导致波速较低，随着龄期的增长水泥水化更加完全，填充了内部的孔隙，试件逐渐固结为一个整体，与此同时，一部分水分蒸发，水分减少，而超声波速在固体中的传播速度大于水中的速度，因此波速是呈增长趋势[5]。

2.3荷载作用下再生混凝土超声波速测试

混凝土在荷载作用下会产生破坏或损伤，超声波检测可以测量破坏或损伤的程度。本次试验中将不同取代率的混凝土试件，在万能试验机上分别加载至60kN，150kN，240kN，然后卸载，分别测量混凝土试件的超声波速。

表3再生混凝土在不同荷载作用下的超声波速（单位：km·s-1）

60KN 150KN 240KN

持载 卸载后 持载 卸载后 持载 卸载后

N—0 3.939 3.939 3.827 3.887 3.461 3.802

R-30 3.925 3.878 3.837 3.807 3.487 3.651

R-70 3.733 3.733 3.751 3.695 3.519 3.509

R-100 3.745 3.732 3.663 3.581 3.423 3.374

由文献[6]中得出的以超声波速变化描述损伤变量：，式中和分别为损伤材料和无损材料的传播速度。

表4不同荷载作用下混凝土损伤变量

60KN 150KN 240KN

N-0 0.243 0.285 0.415

R-30 0.241 0.275 0.401

R-70 0.313 0.367 0.390

R-100 0.298 0.329 0.414

试验结果表明，普通混凝土和再生混凝土试件的超声波速都随着荷载的增大而减小，损伤变量随着荷载的增大而降低。历经过荷载的混凝土试块内部已经产生损伤，超声波速传播的快慢与混凝土的密实程度有直接关系，对于技术条件相同的混凝土来说，波速高混凝土密实，相反则不密实[7]。荷载的作用导致混凝土内部产生损伤，破坏了其整体性，因此波速传播路程增大，测得其声时增大或波速降低。由表3可知，持载和卸载后混凝土试件的超声波速差别很小，表明混凝土内部已存在不可逆的缺陷或者损伤，致其内部粘聚力减弱，密实程度下降。

3结论

（1）再生骨料取代率很大程度影响着再生混凝土各龄期的抗压强度，当再生骨料取代率为30%和70%时，由于两种骨料级配较差，再生混凝土的抗压强度较普通混凝土低，而100%取代率的再生混凝土与普通混凝土的抗压强度相当。

（2）随着再生混凝土抗压强度的增加，超声波速也随之增大，龄期越长，混凝土内部结构越密实，超声波速传播越快。

（3）三种荷载持载作用下与卸载后的混凝土试件超声波速变化较小，其内部已经发生损伤导致粘聚力减弱，破坏了内部结构的整体性。随着荷载的增大，混凝土内部产生损伤，超声波速随之减小。

参考文献

[1] 曹万林，梁梦彬，董宏英, 张建伟. 再生混凝土冻融后基本力学性能试验研究[J]. 自然灾害学报，2012，21（3）：184—190.

[2] 杜婷，李惠强，吴贤国.再生混凝土的研究现状和存在问题[J].建筑技术，2003，34（2）：133—134.

[3] 霍艳华，毛添钿，熊进刚.再生粗骨料混凝土耐久性试验研究[J].四川建筑科学研究，2012,38（2）：191—194.

[4] 李叶.再生骨料混凝土性能的试验研究[D].重庆：重庆大学，2009.

[5] 郝恩海，刘杰，王忠海，顾晓鲁.混凝土超声波速与强度和弹性模量的关系研究[J].天津大学学报，2002，35（3）：380-383.

[6] 王怀亮，宋玉普.不同尺寸混凝土试件受压状态下超声波传播特性研究[J].大连理工大学学报，2007，47（1）：90—94.

[7] 逯静洲，林皋，王哲，肖诗云.混凝土经历三向受压荷载历史后混凝土劣化及超声波探伤方法的研究[J].工程力学，2002，19（5）：52—57.

作者简介：卢晓梅（1990—），女，山东威海人，硕士，研究方向为混凝土耐久性