再生骨料顆粒整形對其性能的改善研究

王光炎

(棗莊科技職業(yè)學院，山東滕州 277500)

1 顆粒整形對再生細骨料的性能影響

1.1 顆粒整形對再生骨料的影響

廢舊的混凝土塊經(jīng)過顎式破碎機破碎，成為最大粒徑31.5mm的再生骨料，再經(jīng)過顆粒整形處理后，就會大幅度地增加再生細骨料的含量，整形前后粗骨料和細骨料的含量見表1。由此可見顆粒整形機不僅具有一定的整形能力，而且有一定的破碎能力。通過顆粒整形機的整形，除了可以對再生骨料較小尺寸的顆粒進一步粉碎，還可以去除掉再生粗骨料較大尺寸顆粒上凸出的棱角和粘附在其表面的水泥砂漿，使其成為再生細骨料。經(jīng)過整形處理后的再生粗骨料的性能得到顯著提高，同時把絕大部分的水泥漿體剝離到再生細骨料當中，而使得再生細骨料的性能變得更為復雜。

表1 顆粒整形前后粗細骨料的比例 %

簡單破碎沒有經(jīng)過顆粒整形的再生細骨料表面粗糙、多尖銳棱角(如圖1所示)，空隙率較大，堆積密度小。經(jīng)過顆粒整形后的再生細骨料(如圖2所示)，表面圓緩，棱角明顯減少，含有大量小粒徑水泥石顆粒，表觀密度和堆積密度都有提高，粒形較好，顆粒級配好。

1.2 再生細骨料的顆粒級配

簡單破碎的再生細骨料和顆粒整形的再生細骨料級配情況見表2。

表2 再生細骨料顆粒級配 %

表2中數(shù)據(jù)顯示，簡單破碎的再生細骨料細度模數(shù)3.1，屬粗砂，級配情況接近Ⅱ區(qū)砂;顆粒整形的再生細骨料細度模數(shù)2.8，為中砂，完全滿足JGJ52-92普通混凝土用砂質(zhì)量標準及檢驗方法規(guī)定的Ⅱ區(qū)砂的級配要求。

1.3 再生細骨料的堆積密度

為了有效反映不同粒級的再生細骨料粒形變化情況，分別對不同粒級的簡單破碎再生細骨料和顆粒整形再生細骨料的堆積密度進行了測試，測試結(jié)果見表3。測試結(jié)果表明，再生細骨料的堆積密度經(jīng)過整形處理可以提高7.8%～16.5%，平均提高10.3%，整形效果是十分顯著的。

表3 再生細骨料的顆粒堆積密度 kg/m3

1.4 連續(xù)級配再生細骨料的堆積密度和密實密度

通過實驗測得連續(xù)級配的河砂、簡單破碎的再生細骨料及顆粒整形的再生細骨料的堆積密度和密實密度，見表4。因為連續(xù)級配的再生細骨料的堆積密度和密實密度的大小會直接影響混凝土的砂率和單位水泥用量，所以這一性能指標對再生細骨料來說非常重要。

表4中數(shù)據(jù)表明，簡單破碎的再生細骨料的堆積密度及密實密度最小，比河砂約低400 kg/m3，顆粒整形的再生細骨料的堆積密度及密實密度則明顯高于簡單破碎的再生細骨料，與河砂相比仍然約低200 kg/m3。

表4 再生細骨料的堆積密度和密實密度 kg/m3

1.5 再生細骨料的表觀密度

在進行再生骨料混凝土配合比設計時，再生細骨料的表觀密度是一個重要的參數(shù)，有必要進行深入研究。試驗證明，再生細骨料表觀密度要遠小于河砂，這是由于它表面粗糙、多棱角，內(nèi)部存在大量微裂縫，并且含有大量的水泥石顆粒的緣故。再生細骨料表觀密度見表5。

表5 再生細骨料的表觀密度 g/cm3

由表5中數(shù)據(jù)分析得出，顆粒整形處理后再生細骨料的表觀密度平均值從2.44g/cm3提高到2.51g/cm3。

1.6 再生細骨料的吸水率

在混凝土中，界面是最薄弱的部位，通過整形處理，不僅改變了再生細骨料的粒形，而且從界面處把粘附在骨料表面的水泥石剝離掉了，使它變成了新的細骨料。再生細骨料內(nèi)部微裂縫的數(shù)量和水泥石的含量是影響吸水率大小的主要因素，通過試驗證明:細骨料中的微裂縫愈多，吸水率愈大;水泥石的含量愈多，吸水率愈大。再生細骨料的吸水率見表6，由表6中數(shù)據(jù)分析可以得出，整形處理后再生細骨料的平均吸水率由原來的8.3%降低到7.3%。這說明，整形處理能夠大幅度降低細骨料中的微裂縫和減少再生細骨料表面粘附的硬化水泥漿，能夠使再生骨料混凝土的性能得到顯著提高。

2 顆粒整形對再生粗骨料的性能影響

2.1 再生粗骨料的粒形變化

簡單破碎后的再生粗骨料粒形差、表面粗糙、棱角較多，表面含有大量的水泥砂漿塊(如圖3所示)。經(jīng)過顆粒整形后的再生粗骨料與簡單破碎的再生粗骨料相比:表面干凈、光滑，棱角較少，水泥砂漿塊含量減少(如圖4所示)。

表6 再生細骨料的吸水率 %

2.2 再生粗骨料的顆粒級配

通過試驗測出簡單破碎的再生粗骨料和顆粒整形的再生粗骨料的顆粒級配，級配情況見表7。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示:兩種再生粗骨料的級配均能滿足JGJ53-92普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標準及檢驗方法的要求。

表7 再生粗骨料顆粒級配 %

2.3 再生粗骨料的堆積密度

經(jīng)測試不同粒級的簡單破碎的再生粗骨料和顆粒整形的再生粗骨料的堆積密度見表8。數(shù)據(jù)分析表明，通過整形處理可以使再生粗骨料的堆積密度提高4%～14.5%，整形的效果是十分顯著的。

表8 再生粗骨料堆積密度 kg/m3

2.4 再生粗骨料的堆積密度和密實密度

再生骨料混凝土的配合比直接受連續(xù)級配再生粗骨料的堆積密度大小的影響。粗骨料的堆積密度愈大，由其配制的混凝土的砂率則愈小，水泥用量也相對減少。連續(xù)級配的天然粗骨料、簡單破碎再生粗骨料及顆粒整形再生粗骨料的堆積密度實驗結(jié)果見表9。

表9 再生粗骨料的堆積密度和密實密度 kg/m3

實驗數(shù)據(jù)表明，顆粒整形再生粗骨料的堆積密度和密實密度最大，天然粗骨料的堆積密度和密實密度次之，簡單破碎的再生粗骨料的堆積密度和密實密度最小。

2.5 再生粗骨料的表觀密度

再生粗骨料的堆積密度和表觀密度均比天然碎石骨料要低，這是由于再生粗骨料表面粗糙、多棱角，內(nèi)部存在大量微裂縫，表面裹著大量的水泥砂漿的緣故。在混凝土中最薄弱的部位是界面，通過顆粒的整形處理，既把粘附在骨料表面的部分水泥砂漿從界面處剝離掉了，又改變了再生粗骨料的顆粒形態(tài)，不僅使再生粗骨料的表觀密度提高了，而且降低了吸水率。再生粗骨料的表觀密度試驗數(shù)據(jù)表明(見表10)，經(jīng)過整形處理后表觀密度略有提高。再生粗骨料的堆積空隙率試驗結(jié)果見表11，表明通過整形處理再生粗骨料的堆積空隙率下降比較明顯，堆積密度提高，整形效果顯著。

表10 再生粗骨料的表觀密度 g/cm3

表11 再生粗骨料的空隙率 %

2.6 再生粗骨料的吸水率

由于整形處理把粘附在骨料表面的水泥砂漿從界面處剝離掉了，因而降低了再生粗骨料的吸水率。再生粗骨料的吸水率試驗結(jié)果見表12，表明整形處理后的再生粗骨料比簡單破碎的再生粗骨料的吸水率顯著降低。

表12 再生粗骨料的吸水率

2.7 壓碎指標

壓碎指標是衡量粗骨料強度的一個重要參數(shù)。因為受再生粗骨料表面包裹物(即水泥石和水泥砂漿)的影響，再生粗骨料的壓碎指標值遠遠大于天然粗骨料。原混凝土的強度和制備方法等因素影響了再生粗骨料壓碎指標值的大小。簡單破碎再生粗骨料、顆粒整形再生粗骨料和天然粗骨料的壓碎指標值的試驗結(jié)果見表13。

試驗表明:再生粗骨料顆粒的三維尺寸愈接近，則壓碎指標值愈低;原混凝土的強度愈高，再生粗骨料的壓碎指標值則愈低;再生粗骨料表面水泥石和水泥砂漿附著率愈小，則壓碎指標值愈低。這說明整形處理可以顯著地降低再生粗骨料的壓碎指標值，提高再生骨料的強度，其值完全滿足JGJ53-92普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標準及檢驗方法的所有規(guī)定，JGJ53-92普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標準及檢驗方法要求的碎石壓碎指標值如表14所示。

表13 粗骨料的壓碎指標 %

表14 碎石的壓碎指標(JGJ53-92) %

2.8 針片狀顆粒的含量

針片狀顆粒的含量是影響粗骨料性能的一個重要指標，在再生粗骨料中存在大量的片狀顆粒。再生骨料顆粒整形前后針片狀顆粒含量的變化值見表15，試驗表明再生骨料的顆粒整形效果顯著。

表15 針片狀顆粒含量 %

3 結(jié)語

顆粒整形再生骨料較簡單破碎再生骨料的級配好、粒形好，堆積密度、密實密度和表觀密度提高，吸水率降低，細骨料的細度模數(shù)減小，粗骨料的壓碎指標值降低，針片狀顆粒含量比天然碎石骨料還少。顆粒整形后的再生骨料完全符合混凝土用砂(中砂)和石的要求。

目前，國內(nèi)關(guān)于再生骨料混凝土的研究主要集中在強度方面，對于干縮性、徐變、抗凍性、碳化性能、滲透性等長期性能的研究還需要進一步的深入。

[1]JGJ52-92，普通混凝土用砂質(zhì)量標準及檢驗方法[S].

[2]JGJ53-92，普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標準及檢驗方法[S].

[3]李秋義，李云霞，朱崇績.顆粒整形對再生細骨料性能的影響[J].新型建筑材料，2006(1):17-19.

[4]李秋義，李云霞，朱崇績.顆粒整形對再生粗骨料性能的影響[J].材料科學與工藝，2005(6):579-581.

[5]丁海軍，王振波，張衛(wèi)東.再生粗骨料取代率對混凝土抗壓強度的影響[J].山西建筑，2010，36(20):131-132.