再生骨料混凝土级配对强度的影响研究与数值模拟

近年来,我国城市化发展迅速,大规模工程建设和城市改造产生的大量建筑垃圾已经占到我国城市垃圾的30-40%。废弃混凝土是建筑垃圾的主要组成部分,它经过破碎、清洗与分级后可以制成再生骨料,再生骨料部分或全部代替砂石等天然骨料可制备出再生骨料混凝土。废弃混凝土的再生利用不仅可以缓解目前天然骨料短缺和资源大量消耗的形势,而且可以避免因处理废弃混凝土而征用大量土地,以及清运、堆放过程中引起的环境污染和社会问题。我国再生骨料混凝土技术的研究还处于起步阶段,大部分的研究还集中在再生骨料和再生骨料混凝土的基本性能上,迄今缺乏完善的技术、规程和标准。 本着面向实践应用为主旨,本文在综合分析大量国内外研究成果的基础上,对再生骨料的表面特征、不同再生骨料级配下再生骨料混凝土抗压强度等问题进行了理论和试验研究。提出了颗粒-弹簧模型,对普通混凝土和再生骨料混凝土抗压强度进行了数值模拟计算,具体内容如下: (1)、基于历年水泥产量和建筑面积,估算了我国近年来的废弃混凝土年产生量,得出我国2003年的废弃混凝土年产生量已经达到1.8亿吨左右,人均0.12吨;然后分别采用回归法和灰预测模型对我国未来20年的废弃混凝土产生量进行了预测,得出我国在未来20年内,废弃混凝土产生量将以超过3%的年增长速度持续增加。 (2)、采用分形理论,对再生骨料的表面特征进行了理论研究,给出了再生骨料粒径分布、骨料级配、骨料孔隙、骨料表面积和骨料粗糙度的分形函数,为基于骨料表面积的再生骨料混凝土强度分析提供理论基础。 (3)、对不同再生骨料级配下的再生骨料混凝土抗压强度进行了试验研究,发现由于再生骨料的表面性状和天然骨料差别很大,现行的普通混凝土级配要求不适用于再生骨料混凝土。对再生骨料进行研磨处理后发现,经过研磨处理的再生骨料制备的再生骨料混凝土在工作性和抗压强度方面都优于普通再生骨料混凝土。以包裹骨料需要的水泥浆与总水泥浆的比值γ为指标,分析了在不同级配下的再生骨料混凝土抗压强度,得出γ值可以作为分析再生骨料混凝土强度的关键指标。 (4)、以骨料为刚性颗粒,砂浆为弹簧,提出颗粒-弹簧模型。采用数值方法模拟了在不同级配下普通混凝土和再生骨料混凝土的抗压强度。模拟结果显示,颗粒-弹簧模型适用于不同级配的普通混凝土强度计算,但应用到再生骨料混凝土强度计算时,需要引入再生骨料表面积对弹性模量的影响。