江双双 李贺 赵百超
（沈阳工业大学 辽宁 沈阳 110870）
摘 要：为了研究掺入废弃混凝土的水泥土力学特性，详细分析水泥土劈裂抗拉性能受废弃混凝土用量（W-C-C）、水泥用量(C-C)和养护龄期(C-A)影响的变化规律。结果表明:在W-C-C达到30%时与C-C达到22%时均能够提高整体抗拉强度超过1倍；试件抗拉强度在C-A为14-28d时增长速度最为明显；利用方差分析得到水泥土抗拉性能受三个因素影响的显著程度最大的为C-C。
关键词：水泥土；劈裂抗拉强度；废弃混凝土用量；水泥用量；龄期
0前言
水泥土是以粘土为主要原料，掺入少量的水泥和其他掺合料所形成的一种混合材料[1]。近年来，其在道路工程、大坝防渗工程、建筑改良地基土工程等领域的应用越来越广泛[2] 。而随着建筑行业的蓬勃发展，我国每年因建筑业产生的总废弃混凝土量将达上亿t以上[3]。因此，众多学者就废弃混凝土再利用展开了充分研究。
蒋凤昌[4]在新混凝土中加入不同用量的混凝土废旧料，研究其对新混凝土的力学性能影响。结果表明，随废旧混凝土用量的增加，新型混凝土抗压与抗拉性能均呈现下降趋势，但总体降幅不大。马啸[5]等通过设计不同用量的废弃混凝土和水泥掺入比，得到了不同龄期下水泥土抗压强度变化规律，找到了应用于水泥土中废弃混凝土掺量的适宜区间，同时建立了抗压强度关于三因素变化的多元线性回归模型。付亮[6]通过研究了几组不同粒度组合下的废弃混凝土-水泥土力学特性，得出试件的早期强度伴随着颗粒粒度组成的降低而增加较快的结论。同时分析得到了废弃混凝土的固化机理为物理填充作用及其化学成分发生的水化作用。
目前，将废弃混凝土掺入到水泥土中，探究其对水泥土抗拉性能影响的研究相对较少，因此本文主要分析讨论了水泥土抗拉性能在掺入废弃混凝土后的变化规律。为混凝土废旧料在水泥土中的应用提供新的依据。
1 试验材料与方案
试验所用土样为粉质黏土，物理特性见表1所示。选用425号普通硅酸盐水泥。废弃混凝土为自配的标准 C30 混凝土。本试验主要采用了三因素四水平的正交试验。试验方法的具体影响因素及对应的水平见表2。
表1 粉质粘土的物理特性
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2试验方法
试验所用试件是边长为70.7mm的标准立方体，为了使纵向荷载作用导致试件所受到的拉应力能够均匀分布在纵平面中，试验采用两根直径为5mm的圆柱形钢筋分别放在试件上下面的中心线部位。放好试件后采用微机中应力控制对试件施加荷载，加载速度为0.2kN/s，试件破坏则停止试验。水泥土抗拉强度按下式计算：
（1）
式中：
—劈裂抗拉强度（
）；
—破坏荷载（N）；
—试件劈裂面面积（
）。
3 结果与分析
3.1废弃混凝土掺量的影响
水泥土劈裂抗拉强度在水泥达到22%的掺量，养护龄期为60d时，随废弃混凝土掺量变化的拟合曲线及拟合方程如图3所示。总体上，试件劈裂抗拉强度于废弃混凝土掺量成正比关系，但总体的增幅不大，废弃混凝土分别达到30%、25%、20%掺量时的抗拉强度较掺量为15%时分别提高了23%、17.3%、6.6%；在水泥掺量为10%，养护龄期为14d时素水泥土试件劈裂抗拉强度为0.12MPa，同条件下掺有15%废弃混凝土的水泥土抗拉强度较其提高了117% 。表明水泥土的劈裂抗拉强度在加入废弃混凝土后得到了有效提升，但随其掺量的增大，其对水泥土抗拉强度提高的影响相对较小。水泥土抗拉强度与废弃混凝土掺量变化的拟合曲线近似成线性关系。
3.2水泥掺量的影响
水泥土试件劈裂抗拉强度在废弃混凝土达到30%的掺量，养护龄期达到60d时，随水泥掺量变化的拟合曲线及拟合方程如图4所示。总体上，水泥土抗拉强度随水泥掺量的变化趋势关系也近似呈线性，即水泥土抗拉强度与水泥掺量成正比关系，水泥掺量为22%、18%、14%的水泥土抗拉强度较掺量为10%时分别提高了177%、134%、44.8%，当水泥掺量在14%-18%区间内，水泥土试件抗拉强度增速最快。
3.3养护龄期的影响
水泥土试件抗拉强度在废弃混凝土与水泥分别达到30%和22%的掺量时，随养护龄期的变化的拟合曲线以及养护龄期在14-90d内拟合方程如图5所示。总体上，水泥土抗拉强度随养护龄期的变化趋势关系近似呈二次函数关系，即试件抗拉强度随养护龄期的增长而增大，试件抗拉强度在龄期分别达到90d、60d、28d时相较龄期为14d时分别提高了101%、71.3%、52.1%。
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3.4方差分析
为进一步检验W-C-C，C-C，C-A三因素对水泥土抗拉强度影响的显著程度，对试验结果采用方差分析可知，水泥掺量F比值接近F0.05临界值，说明水泥的用量在三因素中影响程度最大。分析结果如表5所示。
表5 方差分析
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4结论
（1）得到了水泥土劈裂抗拉性能分别随三因素（W-C-C、C-C、C-A）的变化规律，废弃混凝土的加入有效的提高了水泥土抗拉强度，在其掺量达到试验所设计的最大用量30%时，其抗拉强度较素水泥土高出一倍。抗拉强度与C-C和C-A均成正比，当W-C-C不变，C-C达到22%时，抗拉强度达到最大。在W-C-C与C-C不变时，C-A为90d的试件抗压强度达到最大。同时得建立了水泥土抗拉强度随三因素变化的拟合曲线和回归方程式。
（2）在三因素影响的显著程度中，利用方差分析得到水泥土抗拉强度影响最大因素为C-C。
参考文献
[1]赫文秀.水泥复合土试验研究[J].吉林水利,2014(05):6-8.
[2]马芹永, 高常辉. 玄武岩纤维和砂对水泥土微观结构及拉压强度的影响[J]. 应用基础与工程科学学报, 2020, 28(01): 148-159.
[3]李清海, 孙 蓓. 再生骨料对压制成型水泥基材料性能影响的研究[J].混凝土,2009(10):64-66.
[4]蒋凤昌, 周桂香, 郭志刚,等. 包容型再生混凝土基本力学性能的试验研究[J]. 新型建筑材料, 2012, 39(08): 59-61.
[5]马 啸 ,陈四利, 侯 芮. 掺入废弃混凝土颗粒的水泥复合土力学特性研究[J]. 硅酸盐通报, 2018, 37(03): 1010-1016.
[6]付 亮, 郭进京, 孟庆新. 废弃混凝土作水泥土填料的试验研究[J]. 土工技术, 2012, 26(01): 77-79．
课题编号:51279109