CN104261731A - 一种再生骨料混凝土的配合比设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种再生骨料混凝土配合比的设计方法，包括如下步骤：(1)设定需要配制的再生骨料混凝土的设计强度，根据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中规定的设计方法，计算该设计强度下再生骨料混凝土的水胶比、用水量、胶凝材料用量、砂率，细骨料用量和粗骨料用量；(2)初步确定再生粗骨料的掺加比例；(3)初步确定再生细骨料的掺加比例；(4)确定再生骨料混凝土的配制强度；(5)确定再生骨料混凝土的总用水量(6)确定再生骨料混凝土的附加用水量。本发明所述配合比设计方法能够大掺量掺入低品质再生骨料及微粉，有利于推进再生骨料的应用，以及为低品质再生骨料的使用提供了借鉴及指导作用。

Description

一种再生骨料混凝土的配合比设计方法

技术领域

本发明涉及一种再生混凝土的配合比设计方法，属于建筑垃圾资源化、建材利废领域。

背景技术

据统计我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30-40％，经过对砖混结构、全现浇结构和框架结构等建筑的施工材料损耗的精略统计，在每万平方米建筑的施工过程中，仅建筑废渣就会产生500-600t。并且随着建筑业的高速发展，使得水泥和混凝土产量的日趋攀升，造成许多地区优质的砂石资源已经开始出现难以为继的问题，同时天然材料的大量开采和使用，也造成水土流失和自然景观的恶化，严重影响社会的可持续发展。因此，为符合循环经济战略的要求，实现混凝土产业的可持续发展，在建筑工程中使用再生骨料混凝土势在必行。

再生骨料混凝土是将废弃混凝土经过清洗、破碎、分级和按一定比例相互配合后得到的再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土，同时可添加外加剂和掺合料进行调节，提高再生骨料和再生混凝土的强度，使其硬化后具有良好的力学性能及耐久性能。其中，再生骨料中的低品质再生骨料是指由砖混建(构)筑物废物中的混凝土、砂浆、石、砖瓦等加工而成的再生骨料，其中砖含量一般不低于20％，由低品质再生骨料与传统的普通混凝土混合形成的再生骨料混凝土为低品质再生骨料混凝土。

众所周知，混凝土的强度取决于水泥石强度、骨料强度和水泥石与骨料的界面粘结强度。对普通混凝土而言，在所有影响强度的这些因素中，骨料中的粗骨料与水泥石的界面粘结强度对混凝土的强度起决定性作用。此外，由于骨料自身强度一般较高，因此其对混凝土强度的影响可以不予考虑，但是当骨料本身不够坚硬时，偶尔也发生骨料自身的破坏，因此骨料的强度也要予以考虑。尤其对于配制掺有再生骨料的混凝土，尽管普通骨料有足够高的强度，但因为再生骨料的掺入，其破坏形态与再生骨料和水泥石的界面过渡区以及再生骨料自身强度有密不可分的联系。

实际上，再生骨料用于混凝土制备再生骨料混凝土时，因再生骨料表面多孔的特性，导致再生骨料具有较高的吸水率，虽然再生骨料吸水后，再生骨料与水泥石的界面区水化产物有充分水化的条件，但由于较大的充水空间，导致水化产物在界面区不密实，且较为宽厚，这些因素的存在影响了再生骨料混凝土的强度，由于再生骨料内部存在微裂缝及初始损伤，也可引起再生混凝土强度的下降。关于再生骨料高吸水的特征及自身缺陷对强度的影响行为，目前难从微观结构上描述清楚。因此，在配制再生骨料混凝土时，尤其是在利用低品质再生骨料制备再生骨料混凝土时，合理的实行配合比设计对其性能具有重要的影响。

现有技术中，采用再生骨料配制再生骨料混凝土时，配合设计比一般采用JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，而该标准只是针对普通骨料的混凝土设计，对于再生骨料，特别是低品质再生骨料配制的混凝土，由于再生骨料的特殊性，按照该标准设计的配合比，在配制强度、用水量、混凝土标准差等，特别是加入了再生微粉，不能设计出合适的配合比。

发明内容

为此，本申请采取的技术方案为一种再生骨料混凝土配合比的设计方法，包括，

(1)设定需要配制的再生骨料混凝土的设计强度，根据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中规定的设计方法，计算该设计强度下再生骨料混凝土的水胶比、用水量、胶凝材料用量、砂率，细骨料用量和粗骨料用量；

(2)初步确定再生粗骨料的掺加比例

根据再生粗骨料与普通粗骨料混合后的压碎指标确定再生粗骨料的掺加比例，其中所述混合后的粗骨料的压碎指标为破碎率＜30％；

(3)初步确定再生细骨料的掺加比例

将普通细骨料和再生细骨料混合，得到混合细骨料，根据混合细骨料与普通细骨料的28d胶砂抗压强度比δ确定混合细骨料中再生细骨料的掺加比例，其中，所述28d胶砂抗压强度比δ应大于0.60，若测得δ＞1时，取δ＝1，28d胶砂抗压强度比δ计算方法如式(1)所示：

$\mathrm{\δ}=\frac{f}{f_0}---\left(1\right)$

其中，f为混合细骨料的28d胶砂抗压强度，MPa；

f₀为普通细骨料的28d胶砂基准强度，MPa；

(4)确定再生骨料混凝土的配制强度

根据再生骨料混凝土的配制强度与普通骨料基准混凝土强度的关系式(2)，确定再生骨料混凝土的配制强度；

$f_{\mathrm{cu},r}=\frac{f_{\mathrm{cu},0}}{\mathrm{\δ}}---\left(2\right)$

其中，f_cu,r为掺再生骨料混凝土的配制强度，N/mm²；

f_cu,0为普通骨料混凝土的基准配制强度，N/mm²；

δ为所述步骤(3)中再生细骨料与普通细骨料的28d胶砂抗压强度比

本步骤中所述普通骨料混凝土的基准配制强度f_cu,o按式(3)计算：

f_cu,0≥1.1×(f_cu,k+1.645×σ)  (3)

其中，f_cu,k为普通骨料混凝土立方体抗压强度标准值，N/mm²；

σ为混凝土强度标准差；

混凝土标准差σ值

(5)确定再生骨料混凝土的总用水量

分别测定粗、细骨料的1h的吸水率和饱和面干吸水率，按所述步骤(1)计算所述再生骨料混凝土中再生骨料的附加用水量；根据选择的外加剂掺量，确定再生骨料混凝土的基准用水量，再生骨料混凝土的总用水量为基准用水量与附加用水量的总和；

(6)确定再生骨料混凝土的附加用水量，附加用水量计算方法如式(4)：

ΔW＝m_sr×w_sr+m_gr×w_gr-m_s×w_s-m_g×w_g  (4)

式中，ΔW—掺再生骨料后混凝土的附加用水量，kg/m³；

m_sr—每立方米再生骨料混凝土中再生细骨料的用量，kg/m³；

w_sr—再生细骨料的饱和面干吸水率，％；

m_gr—每立方米再生骨料混凝土中再生粗骨料的用量，kg/m³；

w_gr—再生粗骨料的1h吸水率，％；

m_s—每立方米再生骨料混凝土中普通细骨料的用量，kg/m³；

w_s—普通细骨料的饱和面干吸水率，％；

m_g—每立方米再生骨料混凝土中普通粗骨料的用量，kg/m³；

w_g—普通粗骨料的1h吸水率，％。

所述再生骨料混凝土中的再生粗骨料、再生细骨料的掺加量分别根据式(5)、(6)进一步调整如下：

$m_{\mathrm{gr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gr}}}{{\mathrm{\ρ}}_g}\×m_{g0}---\left(5\right)$

$m_{\mathrm{sr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{sr}}}{{\mathrm{\ρ}}_s}\×m_{s0}---\left(6\right)$

其中，

ρ_sr，ρ_gr——分别为再生细骨料、再生粗骨料的表观密度，kg/m³；

ρ_s，ρ_g——分别为普通细骨料、普通粗骨料的表观密度，kg/m³；

m_s0、m_g0——分别为步骤(3)中初步确定的再生细骨料的掺加量、步骤(2)中初步确定的再生粗骨料的掺加量，kg/m³。

所述再生骨料混凝土的胶凝材料中添加粉煤灰时，粉煤灰可以由再生微粉替代，所述再生微粉掺量不超过胶凝材料总量的30wt％。

所述再生微粉的添加量根据式(7)进一步调整如下：

$m_{\mathrm{fr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{fr}}}{{\mathrm{\ρ}}_f}\×m_{f0}---\left(7\right)$

其中，

ρ_fr——为再生微粉的表观密度，kg/m³；

ρ_f——为粉煤灰的表观密度，kg/m³；

m_f0——为粉煤灰的用量，kg/m³。

所述再生细骨料为低品质再生细骨料时，所述步骤(3)中28d胶砂抗压强度比δ的测定方法为：

(a)测定低品质再生细骨料的饱和面干吸水率；

(b)将低品质再生细骨料和普通砂，在100-110℃下烘干至恒重，并筛除大于公称粒径5.00mm以上的颗粒；

(c)称取经所述步骤(b)处理后的普通砂1350g和水泥450g，加水制成基准胶砂，并调整用水量，控制基准胶砂流动度为(130±5)mm，将基准胶砂成型为棱柱体基准胶砂试件，标养28天后试压，计录其强度为f₀′Mpa；

(d)将经所述步骤(b)处理后的低品质再生细骨料与普通砂进行混合得到混合砂，所述低品质再生细骨料的掺入量不大于所述混合砂总质量的40wt％；

(e)称取所述步骤(d)中混合砂1350g和水泥450g，并加入水制备对比胶砂，将所述对比胶砂成型为棱柱体对比胶砂试件，标养28天后试压,计录其强度为f′Mpa，

本步骤中的加水量M₁由式(8)计算得到：

M₁＝m₀-ΔW_普通砂+ΔW_{再生细骨料}  (8)

式中：

m₀为步骤(c)的用水量，g；

ΔW_普通砂为与步骤(e)中混合砂中的低品质再生细骨料等质量的普通砂的附加用水量，g；

ΔW_{再生细骨料}为步骤(e)中混合砂中的低品质再生细骨料的附加用水量，g；

(f)按式(9)所示计算28天胶砂抗压强度比δ，

$\mathrm{\δ}=\frac{f^{\′}}{{f^{\′}}_0}---\left(9\right)$

δ结果保留至0.001，当δ＞1.00时，取δ＝1.00。

所述ΔW_普通砂的计算方法如式(10)所示：

ΔW_普通砂＝m×w_s  (10)

其中：

m—步骤(e)中混合砂中的低品质再生细骨料的用量，g；

w_s—普通细骨料的饱和面干吸水率，％；

所述ΔW_{再生细骨料}的计算方法如式(11)所示：

ΔW_{再生细骨料}＝m×w_sr  (11)

其中：

m—步骤(e)中混合砂中的低品质再生细骨料的用量，g；

w_sr—低品质再生细骨料的饱和面干吸水率，％；

所述低品质再生细骨料为砖细骨料或水泥石细骨料；所述低品质再生粗骨料为砖粗骨料或水泥石粗骨料。

所述再生微粉为砖再生微粉。

本方案配合比的设计对现有配合比的设计具有如下优点：

本专利在配合比设计，从配制强度的确定，附加用水量的引入，混凝土标准差的选择，再生微粉的掺入等的每个步骤上，均考虑到了再生骨料所具有的吸水率大带来的强度不稳定，再生骨料品质差可能导致的混凝土强度值不够，考虑到施工现场条件与试验室试配条件的差异，设计结果能够完全满足混凝土要求，保证混凝土拌合物和力学性能的稳定性。本专利大掺量掺入低品质再生骨料及微粉，有利于推进再生骨料的应用，以及为低品质再生骨料的使用提供了借鉴及指导作用。

具体实施方式

配制坍落度为200mm左右的混凝土。所用水泥为P·O42.5水泥；低品质再生细骨料细度模数2.8，表观密度2400kg/m³；低品质再生粗骨料5mm～16mm连续级配，表观密度2380kg/m³；废弃混凝土再生细骨料细度模数2.8，表观密度2580kg/m³；废弃混凝土再生粗骨料低品质再生粗骨料5mm～16mm连续级配，表观密度2470kg/m³；普通细骨料为密云尾矿砂，细度模数2.8，表观密度2650kg/m³；普通粗骨料为河北三河5mm～25mm连续级配碎石，表观密度2600kg/m³；粒化高炉矿渣粉：兴达S95级矿渣粉；粉煤灰：兴达Ⅱ级粉煤灰，表观密度2.12kg/m³；再生微粉，比表面积300～450m²/kg，表观密度2.63kg/m³；减水剂为普丰宁PF-1聚羧酸减水剂，减水率29％。

测得低品质再生细骨料的饱和面干吸水率为12.9％，普通砂的饱和面干吸水率为2.1％，低品质再生粗骨料1h饱和面干吸水率8.7％，普通石子1h饱和面干吸水率0.7％。

此外，下述实施例中所使用的低品质再生细骨料和低品质再生粗骨料分别为砖再生细骨料和砖再生粗骨料，其中的砖含量均为23.9wt％，废弃混凝土再生细骨料和废弃混凝土再生粗骨料中的砖含量均为9.8wt％。测得废弃混凝土再生细骨料的饱和面干吸水率为5.6％，废弃混凝土再生粗骨料1h饱和面干吸水率2.3％。

实施例1

本实施例提供一种C30强度等级的再生骨料混凝土配合比的设计方法，具体包括如下步骤：

(1)依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中规定的水胶比计算方法，计算得到C30再生骨料混凝土的水胶比为0.46；

依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，选用水量为243kg/m³，所用的聚羧酸减水率为29％，所以再生骨料混凝土的基准用水量为243×(1-29％)＝172kg/m³；

由于基准用水量为172kg/m³、水胶比为0.46，根据JGJ55-2011计算得到胶凝材料用量为172/0.46＝372kg/m³，本实施例中所述胶凝材料选择为水泥；

依据JGJ55-2011规定，本实施例所述C30再生骨料混凝土选用砂率为44％；

采用重量法，设定本实施例所述C30再生骨料混凝土容重为2380kg/m³，通过计算得到细骨料总量为(2380-372-172)×44％＝808kg/m³，粗骨料总量为1028kg/m³

(2)初步确定低品质再生粗骨料的掺加比例

将低品质再生粗骨料与普通粗骨料混合，得到混合粗骨料，其中，所述低品质再生粗骨料的掺加量占混合粗骨料总质量的50wt％，根据标准规定方法，测得混合粗骨料的压碎指标的破碎率为17％，小于破碎指标30％；由于在步骤(1)中已经确定本实施例中粗骨料总量1028kg/m³，进一步计算得到，本实施例中所述低品质再生粗骨料的掺加量为1028×50％＝514kg/m³，普通粗骨料的掺加量为1028×50％＝514kg/m³；

(3)初步确定低品质再生细骨料的掺加比例

将低品质再生细骨料和普通细骨料混合，组成混合细骨料，其中所述低品质再生细骨料的掺加量占混合细骨料总质量的30wt％，采用本发明所述方法对该低品质再生细骨料混合胶砂强度比进行测定，具体测定方法为：

(a)按GB/T14684的规定测定低品质再生细骨料的饱和面干吸水率为12.9％，普通砂的饱和面干吸水率为2.1％；

(b)将低品质再生细骨料和普通砂，在105℃下烘干至恒重，并筛除粒径大于5.00mm的颗粒；

(c)称取经所述步骤(b)处理的所述普通砂1350g和P·O42.5水泥450g，混合，并向其中加水202g搅拌得到胶砂流动度(按照GB/T2419规定的方法测定)为135mm的胶砂，成型基准胶砂试件(40mm×40mm×160mm的长方体)，标养28d后试压，计录其强度为f₀′Mpa；

(d)将经所述步骤(b)处理的所述低品质再生细骨料与所述普通砂以3：7的质量比进行混合得到混合砂；

(e)称取所述混合砂1350g和水泥450g，混合，并向其中加水制成对比胶砂，成型对比胶砂试件(40mm×40mm×160mm的长方体)，标养28d后试压。其中本步骤中水的加入量为249.0g，即249.0＝m₀-m×w_s+m×w_sr＝202-405×1.6％+405×13.2％；

(f)计算与评定

在测定基准胶砂试件的28d抗压强度时，在一组三个棱柱体试件上得到六个抗压强度测定值52.8Mpa，54.3Mpa，51.2Mpa，52.5Mpa，56.3Mpa和54.8Mpa，并计算上述6个强度值的算术平均值为53.7Mpa，由于上述六个测值中均没有超出平均值的±10％，可作为抗压强度试验结果f₀′为53.7MPa；

同理确定对比胶砂试件的28d抗压强度f′为47.4MPa；

混合细骨料附加水量下胶砂28d抗压强度比按下式计算：

$\mathrm{\δ}=\frac{f^{\′}}{{f^{\′}}_0}$

计算得到δ＝0.883。

由于测得的δ为0.883，大于0.60，因此，确定本实施例中所述低品质再生细骨料的掺加比例可以为30wt％；由于在步骤(1)中已经确定细骨料总量808kg/m³，进一步计算得到，本实施例中所述低品质再生细骨料的掺加量为808×30％＝242kg/m³，普通细骨料的掺加量为808×70％＝565kg/m³；

(4)确定再生骨料混凝土的配制强度

已知C30普通骨料混凝土立方体抗压强度标准值f_cu,k为30MPa，根据本发明f_cu,o≥1.1(f_cu,k+1.645σ)计算普通骨料混凝土的基准配制强度f_cu,o，其中σ取值4.0，即f_cu,o≥1.1×(30+1.645×4)＝40.2MPa；

根据f_cu，r＝f_cu，0/δ计算再生骨料混凝土的配制强度f_cu，r，即f_cu，r＝f_{cu， 0}/δ＝40.2/0.883＝45.6MPa；即再生骨料混凝土的配制强度为45.6MPa；

(5)确定再生骨料混凝土的附加用水量

△W＝m_sr×W_sr+m_gr×W_gr-m_s×W_s-m_g×W_g＝242×12.9％+514×8.7％-565×2.1％-514×0.7％＝60kg/m³；

(6)确定再生骨料混凝土的总用水量

再生骨料混凝土的总用水量为172kg/m³+60kg/m³＝232kg/m³；

本实施例中所述C30再生骨料混凝土配合比设计如下：基准用水量为172kg/m³；普通细骨料用量为565kg/m³；普通粗骨料用量为514kg/m³；低品质再生细骨料用量为242kg/m³；低品质再生粗骨料用量为514kg/m³；水泥用量为372kg/m³；附加用水量为60kg/m³。

实施例2

本实施例中同样配制C30的再生骨料混凝土，配制方法与实施例1的区别仅在于，将所述步骤(2)中的低品质再生粗骨料和所述步骤(3)中的低品质再生细骨料的用量分别根据下述公式进一步优化调整：

$m_{\mathrm{sr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{sr}}}{{\mathrm{\ρ}}_s}\×m_{s0}$

$m_{\mathrm{gr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gr}}}{{\mathrm{\ρ}}_g}\×m_{g0}$

优化调整后的低品质再生粗骨料的掺加量＝514×(2380/2600)＝471kg/m³；低品质再生细骨料的掺加量＝242×(2400/2650)＝219kg/m³；附加用水量△W＝m_sr×W_sr+m_gr×W_gr-m_s×W_s-m_g×W_g＝219×12.9％+471×8.7％-565×2.1％-514×0.7％＝54kg/m³

本实施例中所述再生骨料混凝土配合比设计如下：用水量为172kg/m³；普通细骨料用量为565kg/m³；普通粗骨料用量为514kg/m³；低品质再生细骨料用量为219kg/m³；低品质再生粗骨料用量为471kg/m³；水泥用量为372kg/m³；附加用水量为54kg/m³。

实施例3

本实施例中同样配制C30的再生骨料混凝土，与实施例2的区别仅在于，本实施例中的胶凝材料由水泥、粉煤灰和矿渣粉组成，其中粉煤灰占胶凝材料总质量的18wt％，即粉煤灰用量为372×18％＝67kg/m³，矿渣粉占胶凝材料总质量的19％wt，即矿渣粉用量为372×19％＝71kg/m³，水泥用量为372-67-71＝234kg/m³。

本实施例中所述再生骨料混凝土配合比设计如下：用水量为172kg/m³；普通细骨料用量为565kg/m³；普通粗骨料用量为514kg/m³；低品质再生细骨料用量为220kg/m³；低品质再生粗骨料用量为471kg/m³；水泥用量为234kg/m³；粉煤灰用量67kg/m³；矿渣粉用量为71kg/m³；附加用水量为54kg/m³。

实施例4

本实施例提供一种C15强度等级的再生骨料混凝土配合比的设计方法，具体包括如下步骤：

(1)依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中规定的水胶比计算方法，计算得到C15再生骨料混凝土的水胶比为0.77；

依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，选用水量为243kg/m³，所用的聚羧酸减水率为29％，所以再生骨料混凝土的基准用水量为243×(1-29％)＝172kg/m³；

由于基准用水量为172kg/m³、水胶比为0.77，根据JGJ55-2011计算得到胶凝材料用量为172/0.77＝224kg/m³，本实施例中所述胶凝材料选择为水泥；

依据JGJ55-2011规定，本实施例所述C15再生骨料混凝土选用砂率为50％；

采用重量法，设定本实施例所述C15再生骨料混凝土容重为2350kg/m³，通过计算得到细骨料总量为(2350-224-172)×50％＝977kg/m³，粗骨料总量为977kg/m³

(2)初步确定低品质再生粗骨料的掺加比例

将低品质再生粗骨料与普通粗骨料混合，得到混合粗骨料，其中，所述低品质再生粗骨料的掺加量占混合粗骨料总质量的60wt％，根据标准规定方法，测得混合粗骨料的压碎指标的破碎率为20％，小于破碎指标30％；由于在步骤(1)中已经确定本实施例中粗骨料总量977kg/m³，进一步计算得到，本实施例中所述低品质再生粗骨料的掺加量为977×60％＝586kg/m³，普通粗骨料的掺加量为977×40％＝391kg/m³；

(3)初步确定低品质再生细骨料的掺加比例

将低品质再生细骨料和普通细骨料混合，组成混合细骨料，其中所述低品质再生细骨料的掺加量占混合细骨料总质量的40wt％，根据实施例1中列举的再生细骨料为低品质再生细骨料时，所述28d胶砂抗压强度比δ的测定方法进行测试，首先测得混合细骨料的28d胶砂抗压强度为45.3MPa；

进一步地，测定普通细骨料的28d胶砂基准强度为53.0MPa；

根据28d胶砂抗压强度比δ的计算公式计算得到28d胶砂抗压强度比δ＝45.3/53.0＝0.855，由于测得的δ为0.855，大于0.60，因此，确定本实施例中所述低品质再生细骨料的掺加比例占混合细骨料总量的40wt％；由于在步骤(1)中已经确定细骨料总量977kg/m³，进一步计算得到，本实施例中所述低品质再生细骨料的掺加量为977×40％＝391kg/m³，普通细骨料的掺加量为977×60％＝586kg/m³；

(4)确定再生骨料混凝土的配制强度

已知C15普通骨料混凝土立方体抗压强度标准值f_cu,k为15MPa，根据本发明f_cu,o≥1.1(f_cu,k+1.645σ)计算普通骨料混凝土的基准配制强度f_cu,o，其中σ取值3.0，即f_cu,o≥1.1×(15+1.645×3)＝21.9MPa；

根据f_cu，r＝f_cu，0/δ计算再生骨料混凝土的配制强度f_cu，r，即f_cu，r＝f_{cu， 0}/δ＝21.9/0.855＝25.7MPa；即再生骨料混凝土的配制强度为25.7MPa；

(5)确定再生骨料混凝土的附加用水量

△W＝m_sr×W_sr+m_gr×W_gr-m_s×W_s-m_g×W_g＝391×12.9％+586×8.7％-586×2.1％-391×0.7％＝86kg/m³；

(6)确定再生骨料混凝土的总用水量

再生骨料混凝土的总用水量为172kg/m³+86kg/m³＝258kg/m³；

本实施例中所述C15再生骨料混凝土配合比设计如下：基准用水量为172kg/m³；普通细骨料用量为586kg/m³；普通粗骨料用量为391kg/m³；低品质再生细骨料用量为391kg/m³；低品质再生粗骨料用量为586kg/m³；水泥用量为224kg/m³；附加用水量为86kg/m³。

实施例5

本实施例中同样配制C15的再生骨料混凝土，配制方法与实施例4的区别仅在于，将所述步骤(2)中的低品质再生粗骨料和所述步骤(3)中的低品质再生细骨料的用量分别根据下述公式进一步优化调整：

$m_{\mathrm{sr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{sr}}}{{\mathrm{\ρ}}_s}\×m_{s0}$

$m_{\mathrm{gr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gr}}}{{\mathrm{\ρ}}_g}\×m_{g0}$

优化调整后的低品质再生粗骨料的掺加量＝586×(2380/2600)＝537kg/m³；低品质再生细骨料的掺加量＝391×(2400/2650)＝354kg/m³；附加用水量△W＝m_sr×W_sr+m_gr×W_gr-m_s×W_s-m_g×W_g＝354×12.9％+537×8.7％-586×2.1％-391×0.7％＝77kg/m³。

本实施例中所述C15再生骨料混凝土配合比设计如下：基准用水量为172kg/m³；普通细骨料用量为586kg/m³；普通粗骨料用量为391kg/m³；低品质再生细骨料用量为354kg/m³；低品质再生粗骨料用量为537kg/m³；水泥用量为224kg/m³；附加用水量为77kg/m³。

实施例6

本实施例中同样配制C15的再生骨料混凝土，与实施例5的区别仅在于，本实施例中的胶凝材料由水泥、粉煤灰、矿渣粉和再生微粉组成，其中粉煤灰占胶凝材料总质量的10wt％，即粉煤灰用量为224×10％＝22kg/m³，矿渣粉占胶凝材料总质量的10％wt，即矿渣粉用量为224×10％＝22kg/m³，再生微粉占胶凝材料总质量的30wt％，即再生微粉用量为224×30％＝67kg/m³，水泥用量为224-22-22-67＝113kg/m³；

本实施例中所述再生骨料混凝土配合比设计如下：用水量为172kg/m³；普通细骨料用量为586kg/m³；普通粗骨料用量为391kg/m³；低品质再生细骨料用量为354kg/m³；低品质再生粗骨料用量为537kg/m³；水泥用量为113kg/m³；粉煤灰用量22kg/m³；矿渣粉用量为22kg/m³；再生微粉用量为67kg/m³；附加用水量为77kg/m³。

实施例7

本实施例中同样配制C15的再生骨料混凝土，与实施例6的区别仅在于，本实施例中再生微粉用量根据下式进一步调整：

$m_{\mathrm{fr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{fr}}}{{\mathrm{\ρ}}_f}\×m_{f0}$

优化调整后再生微粉的掺加量为m_fr＝(2.63/2.12)×22＝27kg/m³，水泥用量为224-22-22-27＝153kg/m³；

本实施例中所述再生骨料混凝土配合比设计如下：用水量为172kg/m³；普通细骨料用量为586kg/m³；普通粗骨料用量为391kg/m³；低品质再生细骨料用量为354kg/m³；低品质再生粗骨料用量为537kg/m³；水泥用量为153kg/m³；粉煤灰用量22kg/m³；矿渣粉用量为22kg/m³；再生微粉用量为27kg/m³；附加用水量为77kg/m³。

实施例8

本实施例提供一种C40强度等级的再生骨料混凝土配合比的设计方法，具体包括如下步骤：

(1)依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中规定的水胶比计算方法，计算得到C40再生骨料混凝土的水胶比为0.39；

依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，选用水量为243kg/m³，所用的聚羧酸减水率为29％，所以再生骨料混凝土的基准用水量为243×(1-29％)＝172kg/m³；

由于基准用水量为172kg/m³、水胶比为0.39，根据JGJ55-2011计算得到胶凝材料用量为172/0.39＝444kg/m³，本实施例中所述胶凝材料选择为水泥；

依据JGJ55-2011规定，本实施例所述C40再生骨料混凝土选用砂率为41％；

采用重量法，设定本实施例所述C40再生骨料混凝土容重为2400kg/m³，通过计算得到细骨料总量为(2400-444-172)×41％＝731kg/m³，粗骨料总量为1052kg/m³

(2)初步确定低品质再生粗骨料的掺加比例

将低品质再生粗骨料与普通粗骨料混合，得到混合粗骨料，其中，所述低品质再生粗骨料的掺加量占混合粗骨料总质量的40wt％，根据标准规定方法，测得混合粗骨料的压碎指标的破碎率为15％，小于破碎指标30％；由于在步骤(1)中已经确定本实施例中粗骨料总量1052kg/m³，进一步计算得到，本实施例中所述低品质再生粗骨料的掺加量为1052×40％＝421kg/m³，普通粗骨料的掺加量为1052×60％＝631kg/m³；

(3)初步确定低品质再生细骨料的掺加比例

将低品质再生细骨料和普通细骨料混合，组成混合细骨料，其中所述低品质再生细骨料的掺加量占混合细骨料总质量的20wt％，根据实施例1中列举的再生细骨料为低品质再生细骨料时，所述28d胶砂抗压强度比δ的测定方法进行测试，首先测得混合细骨料的28d胶砂抗压强度为49.8MPa；

进一步地，根据标准规定，测定普通细骨料的28d胶砂基准强度为54.0MPa；

根据28d胶砂抗压强度比δ的计算公式计算得到28d胶砂抗压强度比δ＝49.8/54.0＝0.922，由于测得的δ为0.922，大于0.60，因此，确定本实施例中所述低品质再生细骨料的掺加比例占混合细骨料总量的20wt％；由于在步骤(1)中已经确定细骨料总量731kg/m³，进一步计算得到，本实施例中所述低品质再生细骨料的掺加量为731×20％＝146kg/m³，普通细骨料的掺加量为731×80％＝585kg/m³；

(4)确定再生骨料混凝土的配制强度

已知C40普通骨料混凝土立方体抗压强度标准值f_cu,k为40MPa，根据本发明f_cu,o≥1.1(f_cu,k+1.645σ)计算普通骨料混凝土的基准配制强度f_cu,o，其中σ取值5.0，即f_cu,o≥1.1×(40+1.645×5)＝53.0MPa；

根据f_cu，r＝f_cu，0/δ计算再生骨料混凝土的配制强度f_cu，r，即f_cu，r＝f_{cu， 0}/δ＝53.0/0.922＝57.5MPa；即再生骨料混凝土的配制强度为57.5MPa；

(5)确定再生骨料混凝土的附加用水量

△W＝m_sr×W_sr+m_gr×W_gr-m_s×W_s-m_g×W_g＝146×12.9％+421×8.7％-585×2.1％-611×0.7％＝39kg/m³；

(6)确定再生骨料混凝土的总用水量

再生骨料混凝土的总用水量为172kg/m³+39kg/m³＝211kg/m³；

本实施例中所述C40再生骨料混凝土配合比设计如下：基准用水量为172kg/m³；普通细骨料用量为585kg/m³；普通粗骨料用量为631kg/m³；低品质再生细骨料用量为146kg/m³；低品质再生粗骨料用量为421kg/m³；水泥用量为444kg/m³；附加用水量为39kg/m³。

实施例9

本实施例中同样配制C40的再生骨料混凝土，配制方法与实施例8的区别仅在于，将所述步骤(2)中的低品质再生粗骨料和所述步骤(3)中的低品质再生细骨料的用量分别根据下述公式进一步优化调整：

$m_{\mathrm{sr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{sr}}}{{\mathrm{\ρ}}_s}\×m_{s0}$

$m_{\mathrm{gr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gr}}}{{\mathrm{\ρ}}_g}\×m_{g0}$

优化调整后的低品质再生粗骨料的掺加量＝421×(2380/2600)＝385kg/m³；低品质再生细骨料的掺加量＝146×(2400/2650)＝132kg/m³；附加用水量△W＝m_sr×W_sr+m_gr×W_gr-m_s×W_s-m_g×W_g＝132×12.9％+385×8.7％-585×2.1％-631×0.7％＝34kg/m³。

本实施例中所述C40再生骨料混凝土配合比设计如下：基准用水量为172kg/m³；普通细骨料用量为585kg/m³；普通粗骨料用量为631kg/m³；低品质再生细骨料用量为132kg/m³；低品质再生粗骨料用量为385kg/m³；水泥用量为444kg/m³；附加用水量为34kg/m³。

实施例10

本实施例中同样配制C40的再生骨料混凝土，与实施例9的区别仅在于，本实施例中的胶凝材料由水泥、粉煤灰和矿渣粉组成，其中粉煤灰占胶凝材料总质量的16wt％，即粉煤灰用量为444×16％＝71kg/m³，矿渣粉占胶凝材料总质量的18％wt，即矿渣粉用量为444×18％＝80kg/m³，水泥用量为444-71-80＝293kg/m³。

本实施例中所述再生骨料混凝土配合比设计如下：用水量为172kg/m³；普通细骨料用量为585kg/m³；普通粗骨料用量为631kg/m³；低品质再生细骨料用量为132kg/m³；低品质再生粗骨料用量为385kg/m³；水泥用量为293kg/m³；粉煤灰用量71kg/m³；矿渣粉用量为80kg/m³；附加用水量为34kg/m³。

实施例11

本实施例提供一种C30强度等级的再生骨料混凝土配合比的设计方法，具体包括如下步骤：

(1)依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中规定的水胶比计算方法，计算得到C30再生骨料混凝土的水胶比为0.52；

依据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，选用水量为243kg/m³，所用的聚羧酸减水率为29％，所以再生骨料混凝土的基准用水量为243×(1-29％)＝172kg/m³；

由于基准用水量为172kg/m³、水胶比为0.52，根据JGJ55-2011计算得到胶凝材料用量为172/0.52＝330kg/m³，本实施例中所述胶凝材料选择为水泥；

依据JGJ55-2011规定，本实施例所述C30再生骨料混凝土选用砂率为44％；

采用重量法，设定本实施例所述C30再生骨料混凝土容重为2380kg/m³，通过计算得到细骨料总量为(2380-330-172)×44％＝826kg/m³，粗骨料总量为1052kg/m³

(2)初步确定再生粗骨料的掺加比例

将废弃混凝土再生粗骨料与普通粗骨料混合，得到混合粗骨料，其中，所述废弃混凝土再生粗骨料的掺加量占混合粗骨料总质量的50wt％，根据标准规定方法，测得混合粗骨料的压碎指标的破碎率为15％，小于破碎指标30％；由于在步骤(1)中已经确定本实施例中粗骨料总量1052kg/m³，进一步计算得到，本实施例中所述废弃混凝土再生粗骨料的掺加量为1052×50％＝526kg/m³，普通粗骨料的掺加量为1052×50％＝526kg/m³；

(3)初步确定再生细骨料的掺加比例

将废弃混凝土再生细骨料和普通细骨料混合，组成混合细骨料，其中所述废弃混凝土再生细骨料的掺加量占混合细骨料总质量的30wt％，根据GB/T25176《混凝土和砂浆用再生细骨料》中规定，测得该混合细骨料的28d胶砂抗压强度为50.3MPa；

进一步地，根据标准GB/T25176《混凝土和砂浆用再生细骨料》规定，测定普通细骨料的28d胶砂基准强度为53.4MPa；

根据28d胶砂抗压强度比δ的计算公式δ＝f/f₀，计算得到28d胶砂抗压强度比δ＝50.3/53.4＝0.942，由于测得的δ为0.942，大于0.60，因此，确定本实施例中所述废弃混凝土再生细骨料的掺加比例可以为30wt％；由于在步骤(1)中已经确定细骨料总量826kg/m³，进一步计算得到，本实施例中所述废弃混凝土再生细骨料的掺加量为826×30％＝248kg/m³，普通细骨料的掺加量为808×70％＝578kg/m³；

(4)确定再生骨料混凝土的配制强度

已知C30普通骨料混凝土立方体抗压强度标准值f_cu,k为30MPa，根据本发明f_cu,o≥1.1(f_cu,k+1.645σ)计算普通骨料混凝土的基准配制强度f_cu,o，其中σ取值4.0，即f_cu,o≥1.1×(30+1.645×4)＝40.2MPa；

根据f_cu，r＝f_cu，0/δ计算再生骨料混凝土的配制强度f_cu，r，即f_cu，r＝f_{cu， 0}/δ＝40.2/0.942＝42.7MPa；即再生骨料混凝土的配制强度为42.7MPa；

(5)确定再生骨料混凝土的附加用水量

△W＝m_sr×W_sr+m_gr×W_gr-m_s×W_s-m_g×W_g＝248×5.6％+526×2.3％-578×2.1％-526×0.7％＝10kg/m³；

(6)确定再生骨料混凝土的总用水量

再生骨料混凝土的总用水量为172kg/m³+10kg/m³＝182kg/m³；

本实施例中所述C30再生骨料混凝土配合比设计如下：基准用水量为172kg/m³；普通细骨料用量为578kg/m³；普通粗骨料用量为526kg/m³；废弃混凝土再生细骨料用量为248kg/m³；废弃混凝土再生粗骨料用量为526kg/m³；水泥用量为330kg/m³；附加用水量为10kg/m³。

验证实验

对实施例3，7，10，11设计出的配合比，验证其拌合物状态及混凝土力学性能，结果见表1。

表1再生混凝土拌合物状态及混凝土力学性能

从表1可以看出，混凝土拌合物的坍落度在205mm～210mm符合设计的数值200mm左右，且混凝土拌合物1h坍落度损失得到了有效控制，损失值不超过20mm；混凝土的28d抗压强度完全符合设计要求，混凝土表观密度实测值与设计值之差的绝对值没有超过设计值的2％，证明该配合比为确定的设计配合比，依据本发明做出的配合比是完全合格的。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种再生骨料混凝土配合比的设计方法，包括，

(1)设定需要配制的再生骨料混凝土的设计强度，根据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中规定的设计方法，计算该设计强度下再生骨料混凝土的水胶比、用水量、胶凝材料用量、砂率，细骨料用量和粗骨料用量；

(2)初步确定再生粗骨料的掺加比例

根据再生粗骨料与普通粗骨料混合后的压碎指标确定再生粗骨料的掺加比例，其中所述混合后的粗骨料的压碎指标为破碎率＜30％；

(3)初步确定再生细骨料的掺加比例

将普通细骨料和再生细骨料混合，得到混合细骨料，根据混合细骨料与普通细骨料的28d胶砂抗压强度比δ确定混合细骨料中再生细骨料的掺加比例，其中，所述28d胶砂抗压强度比δ应大于0.60，若测得δ＞1时，取δ＝1，28d胶砂抗压强度比δ计算方法如式(1)所示：

$\mathrm{\δ}=\frac{f}{f_0}---\left(1\right)$

其中，f为混合细骨料的28d胶砂抗压强度，MPa；

f₀为普通细骨料的28d胶砂基准强度，MPa；

δ结果保留至0.001，当δ＞1.00时，取δ＝1.00；

(4)确定再生骨料混凝土的配制强度

根据再生骨料混凝土的配制强度与普通骨料基准混凝土强度的关系式(2)，确定再生骨料混凝土的配制强度；

$f_{\mathrm{cu},r}=\frac{f_{\mathrm{cu},0}}{\mathrm{\δ}}---\left(2\right)$

其中，f_cu,r为掺再生骨料混凝土的配制强度，N/mm²；

f_cu,0为普通骨料混凝土的基准配制强度，N/mm²；

δ为所述步骤(2)中再生细骨料与普通细骨料的28d胶砂抗压强度比；本步骤中所述普通骨料混凝土的基准配制强度f_cu,o按式(3)计算：

f_cu,0≥1.1×(f_cu,k+1.645×σ)  (3)

其中，f_cu,k为普通骨料混凝土立方体抗压强度标准值，N/mm²；

σ为混凝土强度标准差；

(5)确定再生骨料混凝土的总用水量

分别测定粗、细骨料的1h的吸水率和饱和面干吸水率，按所述步骤(1)计算所述再生骨料混凝土中再生骨料的附加用水量；根据选择的外加剂掺量，确定再生骨料混凝土的基准用水量，再生骨料混凝土的总用水量为基准用水量与附加用水量的总和；

(6)确定再生骨料混凝土的附加用水量，附加用水量计算方法如式(4)：

ΔW＝m_sr×w_sr+m_gr×w_gr-m_s×w_s-m_g×w_g  (4)

式中，ΔW—掺再生骨料后混凝土的附加用水量，kg/m³；

m_sr—每立方米再生骨料混凝土中再生细骨料的用量，kg/m³；

w_sr—再生细骨料的饱和面干吸水率，％；

m_gr—每立方米再生骨料混凝土中再生粗骨料的用量，kg/m³；

w_gr—再生粗骨料的1h吸水率，％；

m_s—每立方米再生骨料混凝土中普通细骨料的用量，kg/m³；

w_s—普通细骨料的饱和面干吸水率，％；

m_g—每立方米再生骨料混凝土中普通粗骨料的用量，kg/m³；

w_g—普通粗骨料的1h吸水率，％。

2.根据权利要求1所述再生骨料混凝土配合比的设计方法，其特征在于，所述再生骨料混凝土中的再生粗骨料、再生细骨料的掺加量分别根据式(5)、(6)进一步调整如下：

$m_{\mathrm{gr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{gr}}}{{\mathrm{\ρ}}_g}\×m_{g0}---\left(5\right)$

$m_{\mathrm{sr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{sr}}}{{\mathrm{\ρ}}_s}\×m_{s0}---\left(6\right)$

其中，

ρ_sr，ρ_gr——分别为再生细骨料、再生粗骨料的表观密度，kg/m³；

ρ_s，ρ_g——分别为普通细骨料、普通粗骨料的表观密度，kg/m³；

m_s0、m_g0——分别为步骤(3)中初步确定的再生细骨料的掺加量、步骤(2)中初步确定的再生粗骨料的掺加量，kg/m³。

3.根据权利要求1或2所述再生骨料混凝土配合比的设计方法，其特征在于，所述再生骨料混凝土的胶凝材料中添加粉煤灰时，粉煤灰可以由再生微粉替代，所述再生微粉掺量不超过胶凝材料总量的30wt％。

4.根据权利要求3所述再生骨料混凝土配合比的设计方法，其特征在于，所述再生微粉的添加量根据式(7)进一步调整如下：

$m_{\mathrm{fr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{fr}}}{{\mathrm{\ρ}}_f}\×m_{f0}---\left(7\right)$

其中，

ρ_fr——为再生微粉的表观密度，kg/m³；

ρ_f——为粉煤灰的表观密度，kg/m³；

m_f0——为粉煤灰的用量，kg/m³。

5.根据权利要求1～4任一所述再生骨料混凝土配合比的设计方法，其特征在于，所述再生细骨料为低品质再生细骨料时，所述步骤(3)中28d胶砂抗压强度比δ的测定方法为：

(a)测定低品质再生细骨料的饱和面干吸水率；

(b)将低品质再生细骨料和普通砂，在100-110℃下烘干至恒重，并筛除大于公称粒径5.00mm以上的颗粒；

(c)称取经所述步骤(b)处理后的普通砂1350g和水泥450g，加水制成基准胶砂，并调整用水量，控制基准胶砂流动度为(130±5)mm，将基准胶砂成型为棱柱体基准胶砂试件，标养28天后试压，计录其强度为f₀′Mpa；

(d)将经所述步骤(b)处理后的低品质再生细骨料与普通砂进行混合得到混合砂，所述低品质再生细骨料的掺入量不大于所述混合砂总质量的40wt％；

(e)称取所述步骤(d)中混合砂1350g和水泥450g，并加入水制备对比胶砂，将所述对比胶砂成型为棱柱体对比胶砂试件，标养28天后试压,计录其强度为f′Mpa，

本步骤中的加水量M₁由式(8)计算得到：

M₁＝m₀-ΔW_普通砂+ΔW_{再生细骨料}  (8)

式中：

m₀为步骤(c)的用水量，g；

ΔW_普通砂为与步骤(e)中混合砂中的低品质再生细骨料等质量的普通砂的附加用水量，g；

ΔW_{再生细骨料}为步骤(e)中混合砂中的低品质再生细骨料的附加用水量，g；

(f)按式(9)所示计算28天胶砂抗压强度比δ，

$\mathrm{\δ}=\frac{f^{\′}}{{f^{\′}}_0}---\left(9\right)$

δ结果保留至0.001，当δ＞1.00时，取δ＝1.00。

6.根据权利要求5再生骨料混凝土配合比的设计方法，其特征在于，所述ΔW_普通砂的计算方法如式(10)所示：

ΔW_普通砂＝m×w_s  (10)

其中：

m—步骤(e)中混合砂中的低品质再生细骨料的用量，g；

w_s—普通细骨料的饱和面干吸水率，％；

所述ΔW_{再生细骨料}的计算方法如式(11)所示：

ΔW_{再生细骨料}＝m×w_sr  (11)

其中：

m—步骤(e)中混合砂中的低品质再生细骨料的用量，g；

w_sr—低品质再生细骨料的饱和面干吸水率，％。

7.根据权利要求5或6所述的再生骨料混凝土配合比的设计方法，其特征在于，所述低品质再生细骨料为砖细骨料；所述低品质再生粗骨料为砖粗骨料。

8.根据权利要求3或4所述的再生骨料混凝土配合比的设计方法，其特征在于，所述再生微粉为砖再生微粉。