楊新青（淅川縣鼎力建設(shè)工程有限公司，河南 南陽(yáng) 473000）

城市化建設(shè)加速背景下，城市更新規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，其中部分早期的建筑物需進(jìn)行改擴(kuò)建，而改擴(kuò)建中產(chǎn)生的大量建筑廢棄物處理難度較高[1-2]。目前，我國(guó)建筑行業(yè)每年產(chǎn)生的廢棄物已占到工業(yè)廢棄物的20%左右，拆除的建筑垃圾約占城市垃圾的35%，其中，廢棄混凝土占拆除建筑垃圾的34%左右[3]。由此可見，城市建筑垃圾已經(jīng)對(duì)城市衛(wèi)生健康、居民生活環(huán)境產(chǎn)生一定程度的負(fù)面影響。再生混凝土技術(shù)的應(yīng)用能夠在節(jié)約自然資源的基礎(chǔ)上，降低廢棄混凝土產(chǎn)生的污染，具有廣泛研究意義。

針對(duì)再生混凝土的工程應(yīng)用，馬輝[4]基于混凝土塑性損傷原則，以圓鋼管型再生混凝土組合柱擬靜力試驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)鋼管強(qiáng)化約束效應(yīng)和再生粗骨料取代率不利效應(yīng)條件下，圓鋼管型鋼再生混凝土組合柱的抗震性能進(jìn)行非線性分析，并獲取骨架曲線、應(yīng)力云圖，通過有限元參數(shù)分析其常溫下的抗震性能。在理論方面，蔣寶庫(kù)[5]結(jié)合瓦拉文級(jí)配共識(shí)和富勒級(jí)配理論，分析了二維、三維層次下再生混凝土各種骨料的顆粒分布情況，并結(jié)合MATLAB 分析圓形普通混凝土幾何模型，結(jié)合再生混凝土改進(jìn)模型獲取常溫下的再生骨料簡(jiǎn)化模型。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)界已經(jīng)針對(duì)再生混凝土、再生骨料的常溫研究進(jìn)行了一系列研究，但再生混凝土高溫后的性能水平相關(guān)研究較少[6-7]。為此，分析不同再生骨料取代率混凝土經(jīng)高溫處理后的抗壓強(qiáng)度水平差異，并分析再生混凝土高溫后性能變化規(guī)律，以期為再生混凝土建筑物火災(zāi)后的性能評(píng)價(jià)提供參考。

1 材料及試件制備

1.1 原材料

試驗(yàn)所用再生粗骨料均來自某改擴(kuò)建工程中產(chǎn)生的廢棄混凝土，經(jīng)過破碎和篩分后獲取再生粗骨料，測(cè)試其性能，所得結(jié)果如表1所示。

表1 粗骨料基本性能

試驗(yàn)中所用水泥采購(gòu)自南京三龍有限責(zé)任公司的P·O 42.5級(jí)水泥，所用水均為自來水，砂屬普通天然中粗砂，天然粗骨料取普通碎石。

1.2 混凝土配合比

試驗(yàn)中混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，設(shè)計(jì)再生混凝土配合比時(shí)需要注意再生粗骨料相較于天然普通碎石有更高吸水率，因而需要增加用水量以作補(bǔ)償，所得混凝土配合比如表2所示。

表2 混凝土配合比

1.3 試件制備及養(yǎng)護(hù)

試驗(yàn)中先將水泥、砂石混合進(jìn)行人工攪拌，然后加入粗骨料人工攪拌至混合均勻，加入水?dāng)嚢?min～5min。待混合物坍落度達(dá)到25mm～30mm后，將混合物澆筑到150mm×150mm×150mm 標(biāo)準(zhǔn)試模中，并對(duì)試模進(jìn)行振動(dòng)，直至其致密。用刮刀刨平表面，中間插入牢固，放入養(yǎng)護(hù)室28d 后取出干燥，15d 后進(jìn)行高溫試驗(yàn)[8-10]。

2 高溫后抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)使用的高溫爐為上?？普\(chéng)工業(yè)爐設(shè)備廠生產(chǎn)的能量箱電阻爐（RS3-65-12型），除室溫為20℃外，設(shè)定溫度為200℃～800℃，每100℃設(shè)置一個(gè)溫度梯度，每個(gè)溫度梯度設(shè)置4 個(gè)再生混凝土試驗(yàn)塊。將每組混凝土試塊分批放入高溫爐支架中，按試驗(yàn)方案逐一進(jìn)行高溫處理，觀察并記錄高溫處理前后試件的外觀變化。

2.2 升溫降溫機(jī)制

試驗(yàn)過程中爐膛溫度提升至試驗(yàn)規(guī)定值后恒溫處理約3h，可以有效提高混凝土殘余強(qiáng)度穩(wěn)定性，因而試驗(yàn)中升溫方式為：無應(yīng)力狀態(tài)下以20℃/min 的速率逐步升溫，溫度提升至最高值后恒溫處理2h，其中，溫度梯度為200℃的再生混凝土試塊恒溫處理3h，高溫處理結(jié)束后將試塊置于室溫20℃干燥條件下自然冷卻[11]。

2.3 試驗(yàn)現(xiàn)象

試驗(yàn)過程中，再生混凝土試塊經(jīng)高溫處理后逐漸變色，不同溫度梯度混凝土試塊最終顏色存在部分區(qū)別，其原因在于石塊中水泥石分解并產(chǎn)生了多種顏色有差異的礦物，根據(jù)顏色變化，可以將混凝土受熱溫度劃分為3類。

第1類溫度區(qū)間為常溫～300℃，在這一溫度區(qū)間高溫處理后混凝土試塊并未發(fā)生明顯的顏色變化，溫度升高至100℃后出現(xiàn)大量蒸汽，而后逐漸消失，加熱結(jié)束后混凝土外觀顏色依舊以青灰色為主；第2類溫度區(qū)間為400℃～600℃，在該溫度梯度內(nèi)處理后的混凝土試塊表面顏色已出現(xiàn)明顯變化，以灰褐色為主；第3 類溫度梯度為600℃以上，經(jīng)該溫度梯度高溫處理后的混凝土試塊表面顏色呈現(xiàn)鵝黃色。但溫度提升至600℃時(shí)混凝土表面始終未出現(xiàn)裂紋、裂縫，進(jìn)一步提升溫度至700℃時(shí)混凝土由于骨料膨脹而形成少量星形裂紋，但并未發(fā)生表面剝落問題，試驗(yàn)涉及溫度區(qū)間內(nèi)混凝土始終未發(fā)生爆裂。

其原因在于高溫加熱過程中，隨溫度升高，混凝土結(jié)構(gòu)中部分水化物質(zhì)逐漸脫去，首先游離水在100℃左右條件下大量溢出，這部分水分的蒸發(fā)反而對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度起到蒸汽養(yǎng)護(hù)作用，提高水泥顆粒之間連接效果[12-13]。進(jìn)一步提高溫度至300℃左右，水化硅酸二鈣等水化物凝膠體受熱破裂，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸下降。除此之外，混凝土水泥漿體中還含有一些十分堅(jiān)固的結(jié)晶水或化合水，試驗(yàn)中所用溫度難以改變其材質(zhì)，因而混凝土結(jié)構(gòu)性質(zhì)并未發(fā)生明顯變化。同時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)中含有大量骨料結(jié)構(gòu)，水泥漿充斥了骨料結(jié)構(gòu)中的空余空間并產(chǎn)生膠結(jié)作用，形成結(jié)構(gòu)整體。試驗(yàn)加熱過程中，水泥漿體收縮但骨料受熱膨脹，導(dǎo)致骨料受到壓應(yīng)力而水泥漿體受到拉應(yīng)力，高溫處理結(jié)束后降至室溫的混凝土結(jié)構(gòu)依舊保持這一變形，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

高溫處理后，再生混凝土試塊的殘余抗壓強(qiáng)度及標(biāo)準(zhǔn)差如表3所示。

表3 高溫后試件抗壓強(qiáng)度及標(biāo)準(zhǔn)差

表3 中數(shù)據(jù)包含各試件在同一再生粗骨料取代率、同一溫度條件下的6個(gè)試塊測(cè)試結(jié)果平均值，由其中數(shù)據(jù)可得，再生骨料取代率相同條件下，隨高溫處理所用溫度提升，混凝土試件抗壓強(qiáng)度逐漸下降。

再生骨料取代率不同條件下，各再生混凝土試塊高溫處理后的相對(duì)殘余抗壓強(qiáng)度如圖1所示。

圖1 高溫后試件殘余抗壓強(qiáng)度

由圖1可知，高溫處理所用溫度在300℃以下時(shí)，普通混凝土和再生混凝土相對(duì)殘余抗壓強(qiáng)度相差不多，均和常溫?cái)?shù)據(jù)相近。而當(dāng)高溫處理所用溫度提升至300℃～600℃區(qū)間范圍內(nèi)，普通混凝土和再生混凝土的相對(duì)殘余抗壓強(qiáng)度都有快速而明顯的下降，但再生混凝土的下降幅度明顯更大。其中，RAC、NRAC 和NAC在600℃時(shí)的相對(duì)殘余抗壓強(qiáng)度分別為0.64、0.45 和0.49?？梢钥闯鲈诖藴囟确秶鷥?nèi)，不同骨料替代率的再生混凝土的相對(duì)殘余抗壓強(qiáng)度差異不大。當(dāng)高溫處理所用溫度提升至600℃～800℃時(shí)，RAC 和NRAC 的相對(duì)殘余抗壓強(qiáng)度降幅逐漸下降，但NAC 降幅逐漸增加。溫度提升至800℃時(shí)，NAC 相對(duì)殘余抗壓強(qiáng)度為0.30MPa、NRAC 為0.26MPa、RAC為0.33MPa，此時(shí)三者之間差異已較小。

究其原因在于再生粗骨料的分布難以達(dá)到絕對(duì)均勻，可能會(huì)使得混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)損傷累積，部分區(qū)域在出現(xiàn)一定損傷后可能出現(xiàn)應(yīng)力集中，在外界應(yīng)力作用下加速混凝土損壞進(jìn)程，或高溫處理后再生骨料和水泥石之間粘結(jié)效果得到弱化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體性變?nèi)酢?00℃～600℃高溫作用后，再生混凝土質(zhì)地逐漸變松，導(dǎo)致混凝土抗壓強(qiáng)度下降，下降幅度高于普通混凝土。而溫度提升至800℃以上時(shí)普通混凝土和再生混凝土抗壓強(qiáng)度均進(jìn)一步下降，兩者強(qiáng)度相差不多。300℃～600℃高溫處理時(shí)，再生混凝土結(jié)構(gòu)中所含水分大量蒸發(fā)，而再生骨料和水泥漿之間的結(jié)合效果對(duì)于水分的需求較高，因而導(dǎo)致再生混凝土強(qiáng)度快速下降。而粉煤灰能夠在升溫過程中發(fā)揮二次水化反應(yīng)，為再生骨料和水泥漿之間結(jié)合提供足夠水分，建議可以在再生混凝土中摻入適量粉煤灰改善高溫抗壓強(qiáng)度性能。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）普通混凝土和再生混凝土經(jīng)相同溫度高溫處理后并未出現(xiàn)外觀上的明顯差異，且20℃～800℃溫度區(qū)間內(nèi)再生混凝土試塊均未出現(xiàn)爆裂。

（2）再生混凝土或普通混凝土在溫度處于20℃～300℃范圍內(nèi)時(shí)，殘余抗壓強(qiáng)度和常溫?cái)?shù)值均未出現(xiàn)較大差異；提升溫度至600℃以內(nèi)時(shí)，無論普通混凝土還是再生混凝土，試件的相對(duì)殘余抗壓強(qiáng)度均出現(xiàn)快速明顯下降，但其中再生混凝土具有顯著更大的降幅，且再生骨料取代率并未對(duì)混凝土試件殘余抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生明顯影響；當(dāng)高溫處理所用溫度提升至600℃～800℃時(shí)，再生混凝土降幅降低而普通混凝土殘余抗壓強(qiáng)度降幅增加，不同組混凝土試件殘余抗壓強(qiáng)度差異已較小。