再生粗骨料級配的分形特征

再生粗骨料級配的分形特征摘要：應(yīng)用分形理論測定并分析了最大粒徑不同時，不同分形維數(shù)的粗骨料級配對再生混凝土坍落度以及3,28d抗壓、抗折、劈拉強(qiáng)度的影響.結(jié)果表明：最大粒徑不同時，同一級配分形維數(shù)對應(yīng)的再生混凝土其工作性能及強(qiáng)度性能不同，因此，再生粗骨料的分形維數(shù)必須用最大粒徑來限定.分形是研究自然界中大量存在的不規(guī)則現(xiàn)象的新理論工具，己經(jīng)廣泛應(yīng)用于圖形學(xué)、材料學(xué)、數(shù)學(xué)、地質(zhì)地貌學(xué)等眾多領(lǐng)域，在描述和評價眾多具有統(tǒng)計(jì)自相似形的不規(guī)則體方面積累了大量的經(jīng)驗(yàn).對于再生粗骨料級配的分形現(xiàn)象展開研究，將有利于發(fā)現(xiàn)這些不規(guī)則對象更深層次的規(guī)律性.李國強(qiáng)等分析了級配骨料的分形行為，并推導(dǎo)出了分形級配公式：-（/J-3； -（D-習(xí)P（x）=七心-刊;fx100%-Xniux—X-mil式中：P（x）為骨料篩孔通過率，%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；xmax為最大篩孔尺寸；xmin為最小篩孔尺寸；D為骨料級配的分形維數(shù).由式（1）可知，不同D值對應(yīng)不同的級配組成級配分形維數(shù)反映了骨料的分布規(guī)律，可以作為骨料級配評價參數(shù).1試驗(yàn)結(jié)果與分析再生粗骨料的分形維數(shù)是一個描述復(fù)雜問題的定量參數(shù)，它不僅包含了再生粗骨料在空間上的填充能力，還涵蓋了再生粗骨料成分組成的變化，因此再生粗骨料的分形維數(shù)可定量描述再生粗骨料的性能，能夠起到連接再生粗骨料性能與再生混凝土性能之間的橋梁作用，可以成為指導(dǎo)再生混凝土設(shè)計(jì)的定量指標(biāo).按式（1）可得到最大粒徑分別為26.5,19mm時，D=2.1,2.3,2.5,2.7的8種級配（見表1）.將再生粗骨料分別按這8種級配配制再生混凝土，配合比m（水泥）:m（水）:m（砂）:m（再生粗骨料）：m（減水劑）均為600:180:548:1165:6,然后分別測試其性能，結(jié)果見表2.轟I再生粗骨料的撒配1'刎e1Kftyckdwme零ir辟任graditionCihIpMaxpdflicalFracldldimensioiiiUAccumubtedsieveresidW1%236nun4P75inm9.5mm16mm19rnrn26.5mm3L5jnmAl192.1HJO研，的41.17&1900A2192.310085.7662.7E36.46&W00A3192.5HX*壯.1957.193頃21.X400A4192.710078.09?I.J427.2JJS.4100\i\26.52.]IDO90.5773.10期V4U.4915.960\i226.52.3100辯爪67.854iII35.6111620in26.5Z.5IWK4.22f}2.07輯.5611.400Lt426.51.11WHU.1.455.8526.049.35Q由表2可知：用最大粒徑為19mm（A級配）和26.5mm（B級配）的再生粗骨料配制的再生混凝土其坍落度均隨D的增大而先增后減，當(dāng)D=2.5時取得峰值.當(dāng)D>2.3時，A級配再生混凝土的坍落度大于B級配，這說明對于A級配，再生骨料混凝土的工作性能較優(yōu).這是因?yàn)镈值越大，骨料自密實(shí)填充性能越好，則該新拌混凝土的坍落度越大，流動性越好.而對于再生粗骨料而言，雖然D增大，骨料自密實(shí)填充性增強(qiáng)，這對提高混凝土拌和物流動性是有利因素，但D增大的同時，粒級較小的骨料比例增大，廢舊水泥砂漿的含量也增多，從而導(dǎo)致再生骨料的吸水率增大，這會降低混凝土拌和物的流動性，是不利因素.因此在這兩種因素作用下，再生骨料混凝土的坍落度表現(xiàn)為隨D值增大而先增后減.表2再生混凝土的14能指標(biāo)Ishlf2IY耳）crtiisof『崢miicrelsS]uiii|t/niinFlexii「hIstMPaCgpEt知Ifslrrripllii1'MPaSplitslr^n^lli/MPa3.1 2BJill2HilIdZMAI1冉1581..42見一明49.502.751201源5.65璀42.n54.It3.51J.MA31905.7442.9157.4B3.77"I1155.卯挪45.5657.S33.7QinJ755.041.2136.9946.062.563.1-1艮1船5.327.JS441.9951.722.913.1!9廉137孺」E52JI3.22J.00B417056044.JO55.193.343.76由表2還可知：最大粒徑不同時，同一再生粗骨料級配分形維數(shù)對應(yīng)的再生混凝土性能不同，因此，粗骨料的分形維數(shù)必須用最大粒徑來限定.一般當(dāng)最大粒徑較小時，其再生混凝土性能較優(yōu)：A級配再生混凝土的早期和后期強(qiáng)度均大于B級配，如：D=2.5時，A級配再生混凝土的28d抗壓強(qiáng)度為57.48MPa,比B級配再生混凝土高5.07MPa.因此，對于再生混凝土的強(qiáng)度性能，A級配也較優(yōu)，即分形維數(shù)相同時，最大粒徑較小的再生骨料級配較優(yōu).這一點(diǎn)與高強(qiáng)混凝土的性能規(guī)律是一致的，即一般情況下，增加骨料粒徑對高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能起反作用.并且，最大粒徑較小的再生骨料級配中，粒級較小的骨料比例增大，廢舊水泥砂漿的含量也增多，因而再生骨料的吸水率增大，這在配合比不變的前提下，相當(dāng)于再生混凝土中有效的水膠比隨著最大粒徑的減小而減小，所以最大粒徑較小的再生混凝土其強(qiáng)度應(yīng)較高.同樣道理，一般情況下,分形維數(shù)越大，骨料密實(shí)填充性能越好，相當(dāng)于再生混凝土中有效的水膠比隨著分形維數(shù)的增大而減小，所以再生混凝土的強(qiáng)度應(yīng)該隨著分形維數(shù)的增大而增大.由表2還可以看出，再生混凝土的早期強(qiáng)度及其后期抗折、抗壓強(qiáng)度隨分形維數(shù)變化的規(guī)律性類似，均隨D增大而增大.但是，當(dāng)D從2.5變化2.7時，無論再生骨料的最大粒徑是19mm還是26.5mm,再生混凝土后期劈拉強(qiáng)度均有所下降.這說明：再生混凝土后期劈拉強(qiáng)度用再生粗骨料級配分形維數(shù)來評價的精度不高.這可能是因?yàn)榉中尉S數(shù)D越大，再生粗骨料的表面結(jié)構(gòu)也更粗糙，而再生粗骨料表面的粗糙結(jié)構(gòu)對于早期再生混凝土的劈拉強(qiáng)度影響顯著；但是到了后期，當(dāng)再生粗骨料和水泥漿體間的化學(xué)反應(yīng)開始起作用時，再生粗骨料表面結(jié)構(gòu)對再生混凝土強(qiáng)度的作用可能減少.結(jié)合表1,2可知：只有當(dāng)D=2.1時，再生粗骨料的級配才基本符合3結(jié)論骨料級配的分形維數(shù)越大，骨料自密實(shí)填充性能越好，則混凝土的坍落度越大、流動性越好，但由于再生骨料含有大量廢舊水泥砂漿，所以混凝土的坍落度是隨分形維數(shù)的增大而先增后減.最大粒徑不同時，同一再生粗骨料級配分形維數(shù)對應(yīng)的再生混凝土性能不同,因此，粗骨料的分形維數(shù)必須用最大粒徑來限定.對于再生混凝