再生混凝土砌块抗折强度影响因素分析

因素分析

2009年第5期

砌块与墙板

再生混凝土砌块抗折强度

影响因素分析

安昱峄1

张锋剑1,2

李晓文1

权宗刚3

白国良1

肖

慧3

（1西安建筑科技大学土木学院，陕西西安710055；2河南城建学院土木工程系，河南平顶山467000；3西安墙体材料研究设计院，陕西西安710061）

摘要：再生混凝土砌块抗折强度是再生混凝土砌块重要力学性能之一，研究不同因素对再生混凝土砌块抗折强度的影响具有重要意义。通过采用四因素三水平正交试验对再生混凝土砌块配合比进行了试验研究，分析了四个主要影响因素（单位混凝土体积用水量、水灰比、粗骨料取代率、细骨料取代率）对再生混凝土砌块抗折强度影响大小，及各个因素水平对再生混凝土砌块配合比作用的差异。试验结果表明：再生细骨料含量是影响再生混凝土砌块抗折强度的主要因素，再生粗骨料含量是影响抗折强度的重要因素，用水量和水灰比是次要因素。

中图分类号：TU522.3

文献标识码：A

文章编号：1001-6945（2009）05-0026-04

1前言

我国是一个自然灾害及地震多发的国家，在每次

进行分析，为再生混凝土砌块生产提出合理建议。

自然灾害中都会产生大量的建筑垃圾，如2008年“5.12”汶川大地震就产生了2亿t的建筑垃圾。这些建筑垃圾如果不能及时处理，不但占用大量的土地，还会污染环境。若将建筑垃圾资源化利用，不但解决了建筑垃圾无处堆放无法处理的问题，又为灾后重建提供了材料[1-2]。

利用建筑垃圾中的废弃混凝土生产再生混凝土的研究工作已开展多年，国内外都已做了大量的研究工作[3-4]。但对利用废弃混凝土生产再生混凝土砌块，相对来说研究较少。再生混凝土砌块应用于墙体有很多优点，由于再生骨料空隙率高，堆积密度及表观密度比天然材料小，所以再生混凝土砌块墙体隔热保温性能及隔声性能优于普通混凝土砌块墙体。通过正交试验选取四因素三水平，研究单位体积混凝土水量、水灰比、再生粗骨料取代率和再生细骨料取代率对再生混凝土砌块抗折强度的影响规律，并对每个因素的三个水平

基金项目：国家科技支撑计划项目（2008BAK48B05）作者简介：安昱峄，西安建筑科技大学土木学院硕士生

2试验材料及砌块的规格2.1本次试验所用材料

本次再生混凝土砌块所用试验材料来源如下：①砌块用混凝土拌合及养护用水来自西安市自来水；②水泥：陕西秦岭水泥厂生产的PC32.5复合硅酸盐水泥；③天然砂：取自渭河河砂，细度模数2.18；④天然粗骨料：取自渭河小卵石；⑤再生细骨料：西安鑫生源渣土再生利用有限公司生产；⑥再生粗骨料：西安鑫生源渣土再生利用有限公司生产。

骨料粉碎

图1

骨料筛分再生骨料生产过程

骨料成品

再生骨料所用的废旧混凝土来自西安市某工厂厂房拆除构件，经过粉碎后，筛分为粒径>10mm，5mm~

10mm，<5mm三种粒径范围内的骨料，粉碎施工现场见图1。本次再生混凝土砌块用的再生细骨料为粒

径范围<5mm集料，再生粗骨料为破碎筛分出粒径范

2009Brick&Tile

因素分析

砌块与墙板

围5mm~10mm的集料，且本次所用再生粗骨料与再生细骨料为同一批废旧混凝土粉碎筛分而成。

正交试验所用骨料的主要性能指标见表1。从表中可以看出，再生骨料吸水率较大、这是由于再生混凝土骨料表面粗糙，棱角较多，并且表面还有相当数量的旧水泥砂浆，破碎过程也使骨料内部存在大量的微裂纹，这些原因使再生骨料的吸水率远大于天然骨料。再生骨料里面所含的砂浆块也降低的了再生骨料的表观密度和堆积密度。再生骨料的压碎指标高于天然骨料，这主要因为再生骨料表面的水泥砂浆含量较高且粘结较弱，导致再生集料较天然集料易破碎。

表1

骨料名称天然细骨料天然粗骨料再生细骨料再生粗骨料

骨料的主要性能指标

粒径/表观密度/堆积密吸水压碎指细度

模数标mmkg/m3度/kg/m3率/%

表3因素

2009年第5期

正交试验表及再生混凝土砌块抗折强度试验结果

A1(130)1(130)1(130)2(140)2(140)2(140)3(150)3(150)3(150)

B1(0.4)2(0.45)3(0.5)1(0.4)2(0.45)3(0.5)1(0.4)2(0.45)3(0.5)

C1(40%)2（70%）3(100%)2（70%）3(100%)1(40%)3(100%)1(40%)2（70%）

D1(40%)2（70%）3(100%)3(100%)1(40%)2（70%）2（70%）3(100%)1(40%)

抗折强度/MPa

123456789

1.561.010.751.071.221.131.141.201.24

注：A-用水量；B-水灰比；C-粗骨料取代率；D-细骨料取代率

3.2试件制作及抗折强度试验

本次试验在西安市蓝绿清科技发展有限公司制

<55~10<55~10

2724.82801.82489.62521.7

1448.41407.01141.51096.1

1.020.473.50

———2.18

———

作再生混凝土砌块，所用砌块机为西安东方集团生产的砌块成型机。采用390×190×190单排孔空心砌块，每种配合比5块，试件数量共为45块。由于每个配合比用料较少，采用人工拌和再生砌块用混凝土，先把规定量的水泥、细骨料和粗骨料拌和均匀，然后加水再拌和，直到集料、水泥、水拌和均匀为止。把拌和好的混凝土投入砌块机的料斗，然后震动、挤压、脱模，生产过程如图3所示。

5.99

10.9121.702.78

——24.74—

2.2砌块规格

本试验采用标准混凝土砌块规格390×190×190

单排孔，壁厚30mm，肋厚30mm，孔洞率48%，如图

2所示：

图2再生混凝土砌块规格人工拌和

图3

成品砌块挤压成型

3试验方案3.1

正交试验配合比设计

由于再生骨料不同于天然骨料，故不能简单的套用普通混凝土配合比设计方法。本文通过正交试验研究再生混凝土砌块所用混凝土的单位用水量、水灰比、粗骨料取代率、细骨料取代率对再生混凝土砌块的抗折性能的影响及提出配合比的优化配合。本次正交试验选取四因素（用水量、水灰比、粗骨料取代率、细骨料取代率）三水平。经综合分析，正交试验四因素三水平选取见表2。

表2

用水量/kg/m3

正交试验水平表

粗骨料取代率

细骨料取代率

水灰比

再生混凝土砌块生产过程

生产出的再生混凝土砌块采用自然养护，外加盖塑料薄膜以防止水分蒸发，养护28d后进行抗折试验。

抗折试验在无锡新路达设备有限公司生产的

RFP-03型智能测力仪（见图4）上进行，试验过程按

GB/T4111-1997《混凝土小型空心砌块试验方法》进

行。将抗折支座置于材料试验机承压板上，调整钢棒轴线间的距离，使其等于试件长度减一个坐浆面处的肋厚，再使抗折支座的中线与试验机压板的压力中心重合。将试件的做浆面置于抗折支座上。在试件的上部1/2长度置放一根钢棒。以250N/s的速度加荷至试件破坏。记录最大的破坏荷载P。每个试件的抗折强度按下式计算，精确至0.1MPa。

123

130140150

0.40.450.5

40%70%100%

40%70%100%

根据正交试验因素水平表，正交试验表见表3，本次正交试验表采用L9（34）正交设计试验方案。

RZ=3PL式中RZ—试件的抗折强度，MPa；

2009Brick&Tile

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因素分析

2009年第5期

P—破坏荷载，N；

L—抗折支座上两钢棒轴心间距，mm；

B—试件的宽度，mm；H—试件高度，mm；

试验结果以5个试件抗折强度的算术平均值表

示。

再生混凝土砌块抗折强度试验结果见表3。

砌块与墙板

是次要因素。通过极差分析优选方案为A3，B1，C1，D1为最优组合。

4.2点图分析

再生混凝土砌块抗折强度与各因素水平的关系，

见图5。

图5

试件准备图4

试件破坏

试件断面

再生混凝土砌块抗折试验过程

再生混凝土砌块抗折强度与各因素水平的关系

由图5可以看出各因素与再生混凝土砌块的关系如下：

3.3试验现象观察

加载前期，压力机读数不是很稳定，随着荷载增

a.细骨料取代率：从图中可以看出细骨料取代率在40%~70%之间砌块的抗折强度下降较快，在70%~100%之间抗折强度下降较慢。说明细骨料取代率在40%以内对砌块抗折强度影响较小，超过70%对抗折

强度影响都很大。由于细骨料含量是影响抗折强度的主要因素，再生细骨料取代率建议应控制在40%以内。

大，压力机读数均匀增加，试件表面无任何变化，当压力机读数开始减小时，试件表面已经出现细微裂缝，当继续加载时，试件突然断裂为两截，并发出较大的响声，压力机读数迅速减小。再生混凝土砌块的抗折破坏属于脆性破坏，破坏前没有任何征兆。

本次试验再生混凝土砌块破坏的断裂面，绝大部分直接把再生粗骨料截断，如图4，说明再生骨料抵抗能力特别弱。对于天然粗骨料，断裂与普通混凝土类似，一些截面截断天然粗骨料，一些截面在粗骨料与水泥胶体结合面断开。

b.粗骨料取代率：从图中可以看出，粗骨料取代率在40%~70%和70%~100%之间下降速度基本一

样，且下降速度不是很大，说明说明粗骨料取代率对再生混凝土砌块抗折强度的影响是一个缓慢的线性关系。所以在再生混凝土砌块中，考虑经济因素粗骨料可全部用再生粗骨料。

4试验结果分析4.1极差分析

对试验结果进行极差分析，分析结果见表4。

表4

抗折强度极差分析

c.水灰比：从图中可以看出，随着水灰比的增加，

再生混凝土砌块的抗折强度成线性降低，这与普通混凝土水灰比与强度的关系基本一样。

D4.013.273.021.341.091.010.33

A

K1K2K3k1k2k3

极差

B3.773.433.111.261.141.040.22

C3.893.313.101.301.101.030.26

3.323.413.581.111.141.190.09

d.用水量：从图中可以看出，用水量在130kg/m3~150kg/m3之间，再生混凝土砌块的抗折强度大致成线

性增加，说明随着用水量增加砌块抗折强度增大。但用水量增大时，在水灰比不变的情况下，水泥用量增加，生产成本升高，应综合考虑用水量。

综合起来，用水量取150kg/m3，水灰比取0.4，细骨料取代率和粗骨料取代率都取40%，即A3,B1,C1,

由极差分析结果可知，对于再生混凝土砌块四个影响因素中，D的极差最大，是影响抗折强度的主要因素。其次是C的极差，C是影响的重要因素。B和A的极差最小，是次要因素。故根据极差的大小顺序可知各因素影响的主次顺序为DCBA。

所以再生细骨料掺量是影响抗折强度的主要因素，再生粗骨料取代率是重要因素，水灰比和用水量

D1组合为最优组合。在这个正交试验中没有出现这个组合，只有第一个配合比A1,B1,C1,D1最接近，其抗折

强度也最高。

4.3线性回归分析

由点图分析可以看出，在再生混凝土砌块抗折强

度与四个因素之间的关系大致成线性关系，假设线性回归模型为：

2009Brick&Tile

因素分析

砌块与墙板

y=β0+β1x1+β2x2+β3x3+β4x4+ε

式中βi—（i=0，1，2，3，4）为回归系数；

ε—为试验误差；

y—为再生混凝土砌块抗折强度；x1—为用水量；x2—为水灰比；

x3—为粗骨料取代率；x4—为细骨料取代率。

将表4中的试验结果输入MicrosoftExcel中进行回归分析，得到：

（1）

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度的次要因素，而由于再生混凝土砌块所用的为干硬性混凝土，这两个因素对混凝土的维勃稠度影响特别大，所以设计混凝土配合比的时候在保证砌块能够成型的基础上，综合考虑水灰比和用水量。

再生混凝土砌块的抗折强度与用水量、水灰比、粗骨料取代率及细骨料取代率有良好的线性关系，可作为配制再生混凝土砌块抗折强度预测。参考文献：

[1][2][3]

李秋义，杨向宁等.灾区建筑垃圾再生骨料与再生混凝土技术[J].建设科技.2008(15）.

权宗刚.地震后建筑垃圾资源化技术及其在重建中的应用探讨[J].砖瓦.2008（9）.

白国良,张锋剑，刘丰，刘超等.再生混凝土结构基本受力行为研究[R].西安建筑科技大学土木工程学院资料室.2008（10）.

β=（2.21，0.004，-2.17，-0.43，-0.56）R=0.97

则回归方程为：

y=2.21+0.0041x1-0.2.17x2-0.43x3-0.56x4

实测抗折强度9组，变量数为4，所以自由度为5，当置信度取0.01时，得γ0=0.874，既有R>γ0，因此所

得的线性回归方程是有意义的。

[4]孙跃东,周德源.我国再生混凝土的研究现状和需要解决的问题[J].混凝土.2006（4）.

收稿日期：2009-04-23

MicrosoftExcel中回归方程的方差分析见表5。

表5

回归方程的方差分析表

df

回归分析残差总计

SSMSFSignificance0.008658161

F

448

0.349750.08743817.27160.020250.0050630.37

中国墙材信息网

中国墙材信息网是由《砖瓦》杂志社、全国墙材科技信息网主办，依托中国建材西安墙体材料研究设计院，并由《砖瓦》杂志社信息部负责运营的墙体屋面材料行业专业门户网站。网站自

若给定显著水平α=0.01，由回归方程的方差分析表可以看出，SignificanceF=0.008658161<α=0.01，所以回归方程是显著的。

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5结论

再生细骨料掺量是对再生混凝土砌块抗折强度

影响的最大因素，由废旧混凝土破碎筛分出<5mm的再生细骨料中，石粉和泥（<0.15mm）含量很大，增加了砂子的比表面积，在水泥用量相同的情况下，强度显著下降。

再生粗骨料含量也是对再生混凝土砌块抗折强度影响的重要因素。本次试验所用的再生混凝土粗骨料为西安市鑫生源渣土再生利用有限公司生产。废旧混凝土经过粉碎后筛分成>10mm，5mm~10mm，<5mm三种粒径范围骨料。本试验用的再生粗骨料为5mm~

10mm的粒径范围骨料。经分析，在此粒径范围内的

骨料颗粒多为砂浆块，而碎石成分较少，故其压碎指标较大，骨料强度较低，这些原因使再生骨料掺量增加，再生混凝土砌块抗折强度降低。

水灰比和用水量是影响再生混凝土砌块抗折强

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/i561.html