浅析含水率对再生混凝土性能的影响

浅析含水率对再生混凝土性能的影响

黄瑶

南宁理工学院 广西桂林 541006

摘 要:再生混凝土是当前我国建筑领域内使用范围最广的建筑原料之一。相对于原生混凝土而言，再生混凝土的生产原料多为废弃的砖块、石块等，这些使用过的建筑废弃物本身内部结构受到了一定程度的破坏，因此其性能也相对较差。然而，作为建筑的主体之一，再生混凝土的各项性能对于建筑的使用寿命会造成直接的影响。因此，研究含水率等因素对再生混凝土性能的影响是非常重要的。本文中，笔者以再生混凝土的相关参数为基础，主要研究了含水率对再生混凝土超声波波速这一重要性能的影响。

关键词:再生混凝土；超声波波速；含水率

前 言

在城市化发展的过程中，我国建筑业和建材领域取得了非常瞩目的发展成就。但随之而来的是大量的废渣以及其他类型的建筑废弃物，其中碎砖就是非常常见的一种建筑废弃物。据不完全统计，碎砖在所有建筑垃圾总量中占到了三成以上，甚至接近五成的比例。于此同时，虽然国家出台了一系列政策来限制使用粘土实心砖，但是在各大城市边缘的欠发达地区以及广大的农村地区，仍然存在粘土实心砖的生产和使用。因此，这越发加剧了废弃转料的处理难度。为了节约资源以及保护环境，由废弃建筑材料制作再生混凝土逐渐成为了建材领域的主流。然而，再生混凝土的质量和各方面的性能受到生产原料的限制而存在一定的欠缺，因此为了确保建筑安全，对再生混凝土性能的相关研究也越来越多。

1再生砖骨料的制备过程及其性能

1.1再生混凝土砖骨料的制备

一般来说，再生混凝土内的粗料都源自于建筑工地内废弃房屋拆除后形成的碎石、砖块。这些材料经过反复的破碎、筛选以及清洗之后成为不同颗粒等级的骨料。在制备的过程中，用水冲洗的目的主要是除去表明存在的灰尘以及其他类型的杂质。因为这些杂质的存在会影响骨料与砂浆之间的粘连性，使得再生骨料的性能降低。

1.2再生混凝土物理性能

再生混凝土粗骨料之间存在较多的缝隙，这些缝隙给水分的存储提供了条件。因此，受到环境湿度等外部条件的影响，再生混凝土内部的含水率是会随着时间的推移而发生改变的。而含水率发生变化，再生混凝土的各项性能也会发生一系列的变化。同时，不同直径骨料的坚固性指标也是影响再生混凝土性能的基本物理量之一。国际上也常常通过吸水率以及坚固性指标来对再生混凝土进行质量等级划分。如下表1和表2分别是粗骨料和细骨料再生混凝土质量等级划分：

表1 粗骨料再生混凝土质量等级划分

表2 细骨料再生混凝土质量等级划分

从表一中可以看出，吸水率对于再生混凝土的质量等级会造成直接的影响，而再生混凝土的吸水率与其含水率之间存在反比关系，即本身含水率高咋吸水率低。因此，再生混凝土的含水率会直接影响其性能与质量。因此，对再生混凝土的含水率进行相关的性能研究具有非常重要的意义。

一般情况下，再生混凝土的吸水率要远远高于天然骨料制备的混凝土。其原因在于原始砖料在破碎、解体的过程中其表面极易形成各种损伤，使得骨料的表面分布有大量的细微缝隙和裂痕。这种毛细结构使得再生混凝土的吸水率大大提高，而随着时间的推移再生混凝土内的含水率也会明显高于原生混凝土。

2试验原料的制备及试验方法概述

2.1再生粗骨料的制备

本文试验中所使用的再生混凝土均由再生粗骨料制备而成。具体制备过程如下：搜集一定量建筑垃圾并对其进行初步破碎，将颗粒的直径控制在0毫米到150毫米之间。超过这一直径范围的颗粒剔除出去，然后对这部分颗粒进行进一步的破碎，直到所有颗粒的直径都不超过150毫米为止。然后，使用圆振筛分器对破碎之后的骨料进行筛分，将直径低于0.7毫米的粉质筛除。然后，将剩下的骨料进行人工分拣。分拣的目的在于将骨料中混入的钢铁碎片以及木头颗粒等不能够作为混凝土骨料的材质筛除，避免其对再生混凝土性能造成影响。筛除工作完成后，选择5毫米到25毫米之间的建筑垃圾作为再生粗骨料。

2.2再生混凝土吸水率测定

混凝土的流动性主要取决于混凝土内部自由水的含量，如果内部自由水含量较低，那么混凝土的塌落度将会受到直接的影响。前面已经提到过由于粗骨料表面存在大量的孔隙，因此其吸水率较大，进而对新制再生混凝土的塌落度能够起到非常明显的降低作用。在本试验中，首先将粗骨料防止在烘干箱内进行烘干，在烘干的过程中将温度设置为105摄氏度，烘干的时间根据实际情况来设置。烘干操作后，将粗骨料置于称重仪器上进行称重并记录重量。随后，将骨料置于清水中进行浸泡，在浸泡完成后擦去表面多余的水分，使骨料处于饱和而干燥的状态，然后再次进行称重，通过两次重量的差值以及石料本身的重量来计算吸水率。

2.3试验方法

超声波波速测定的基本原理是通过传感器来测量超声波脉冲的传输时间，然后根据传输距离来进行速度的计算。在本试验中，笔者制备了若干富含砖粒的再生混凝土试验块，所有的实验块都为边长为15厘米的方形。超声波测试仪则使用的是频率为55K赫兹的声波频率以及直径为5厘米的传感器。需要注意的是，在进行试验之前还需要对试验所用的试件进行处理。因为如果仪器探头和试件之间存在孔隙或者再生混凝土试件表明凹凸不平，那么即便是很小的空气间隔也会造成超声波波速的衰减，使得最终的测量结果不准确。处理方法为使用凡士林作为耦合剂，以消除上述原因对试验结果的影响。同时，为了进一步提升测量结果的准确性，在每一块立方体试件上选择较为平整的三处试验点进行试验，并将三次的测量结果取平均值。

3含水率对再生混凝土超声波波速的影响

当前的建筑行业内，使用超声波检测技术来对混凝土结构进行检测已经成为了一种应用非常广泛的技术。利用这一技术能够对建筑结构的验收以及对旧建筑进行损伤程度进行检测。检测的主要方面是混凝土的强度、损伤程度以及耐久性。

这种技术的优势在于，能够对已经成型的混凝土块甚至已经修建好的建筑在不破坏其结构的前提下进行检测。而检测的基础是计算超声波在混凝土内部的传输速率。因此，超波的传输速率本身就成为了再生混凝土的一项重要的性能。在长期的测试过程中，相关研究人员发现含水率对于这一性能有直接的影响。

在再生混凝内部，由于各种原因都有可能导致混凝土存在损伤。例如，在混凝土的制备过程中各种材料的添加顺序、材料混合后进行搅拌的时长以及内部骨料的分布和粘合程度等等都会对混凝土造成不错程度的损伤。而其中环境的湿度对再生混凝土的强度以及耐久性的影响是最为显著的。

在再生混凝土的制备过程中，当水泥水化过程完成后，混凝土内部的自由水朝着外界扩散，使得混凝土内的含水率逐渐降低，呈现出干燥的状态。而在此过程中，混凝土内保会由于收缩而形成若干微小的孔洞，甚至出现较大的裂缝。这些孔洞或者裂缝的存在就意味着再生混凝内部结构受到损伤。如果损伤的程度较高则会使得混凝土不能正常使用。而通过超声波的传播速度就能够很好的判断损伤的程度。

4浸泡时间与试块不同位置超声波波速的关系

在上图中，给出了再生混凝土试件在不同的浸泡时间以及不同位置对其进行超声波波速检测的实验结果。从图中可以看出，从试块的浇筑面到底面不同位置的超声波波速基本都呈现出增大的趋势。造成这一结果的原因在于以下几点：（1）在再生混凝土浇筑的过程中，需要进行振捣，而在此过程中，水泥泥浆与砖粒会发生离析现象。其结果是导致在试件的下部分布着大量的再生粗骨料。那么在同一个试件内，自上而下的水灰比是不完全均匀的，上部的水灰比较大下部的水灰比较小。（2）在自然状态下进行养护的试件，在养护工作完成之后进行烘干的过程中，再生粗骨料也会下沉，使得在同一块再生混凝土试件内各处的密度分布是不均匀的。上部的密度较小而下部的密度相对较大。那么在烘干之后试块上部的孔隙要比底部的孔隙更大。因此，内部的水分会朝着上部扩散。造成的结果是上部的强度较下部的强度更小，弹性模量也随之降低。我们知道，超声波的传播速率与介质的弹性模量是呈正比的，因此导致了下层波速更大。

5含水率与超声波波速的关系

对于某些所处环境比较特殊的建筑（海边建筑、水上桥梁等）而言，再生混凝土受到潮湿环境的影响，其内部含水率往往处于饱和或者接近饱和的状态。那么对于这些地区的建筑进行超声波检测时，由于含水率的不同那么同样损伤程度的再生混凝土超声波传播速率显然是不同的。基于此，探究不同含水率状态下再生混凝土超声波波速的差异性就显得非常重要，具有分院重要的工程意义。在本文中，笔者对常见的三种水灰比再生混凝土分别进行了浸泡实验，以此来进行不同含水率再生混混凝土超声波波速的测算。得到了如下曲线图：

从上图中可以看到，随着含水率的增加，超声波波速的增长率呈现不断上升的趋势。同时，这种上升的趋势随着混凝土内含水率的增加而斜率逐渐减小。我们知道，再生混凝土的强度随着含水率的增加而减小。再结合上图中反应的信息可以做如下推断：在一般的情况下，富含砖粒再生混凝土的强度越高，富含砖粒再生混凝土的含水率对其强度的影响则越小，这段区间的含水率在9%-11%之间。

结 语

再生混凝土目前在我国建筑领域内的使用非常的广泛，并且随着人们环保意识和资源节约意识的不断增强，再生混凝土的应用将会更加广泛。受内部结构以及外部环境等的影响，再生混凝土的性能会出现较大的变化。而这些性能的改变对于再生混凝土的使用安全性以及使用寿命会造成直接的影响。含水率是鉴定混凝土质量的重要因素之一，而超声波波速则是混凝土重要的性能之一。在本文中，笔者通过试验探究得出如下结论：（1）含水率越高，再生混凝土的超声波波速越快。（2）超声波波速越快说明再生混凝土强度越低。（3）再生混凝土含水率越高说明其强度越低，抗压性能以及使用寿命等越差。因此在潮湿环境中，要尤其注意含水率对再生混凝土性能的影响。

参考文献：

1. 陈树建，翟爱良，赵爱华，等 . 含水率对再生砖骨料混凝土力学性能影响规律试验研究 [J]. 水利与建筑工程学报，2018，11(4)：21-23.

2. 刘保东，李鹏飞，李 琳，等 . 混凝土含水率对强度影响的试验 [J]. 北京交通大学学报，2019，35(1)：9-12

作者简介：黄瑶（1988-），女，瑶族，广西灵川，研究生，讲师，研究方向：结构工程。

课题项目：2019年度广西中青年教师基础能力提升项目（编号：2019KY1052）：基于干湿环境的再生混凝土抗压性能试验研究。