規(guī)模生產(chǎn)再生骨料混凝土回彈及碳化試驗研究

王 兵，何 霞

(揚州職業(yè)大學，江蘇 揚州 225009)

再生混凝土是一種綠色新型建材，國內外很多研究人員［1-5］采用實驗室用廢棄混凝土試塊破碎得到再生粗骨料，配制再生混凝土開展相關碳化性能研究;元成方等［6］選用西安鑫生源公司生產(chǎn)的再生骨料配置再生混凝土開展碳化性能研究;石鐵飚等［7］利用云南農業(yè)大學旁邊工廠拆除所得石灰?guī)r骨料混凝土經(jīng)人工破碎后作為再生骨料，開展回彈法檢測再生混凝土抗壓強度試驗研究。由于再生骨料來源的多樣性，導致了再生混凝土性能的差異較大，研究結論離散性較大。利用鄂式礦山破碎設備規(guī)模化生產(chǎn)再生粗、細骨料配制再生混凝土開展碳化和回彈試驗研究較少，本文針對揚州惠民再生資源公司生產(chǎn)的再生骨料所配置的再生混凝土開展回彈和碳化試驗研究。

1 試驗材料

揚州惠民再生資源有限公司專門從事建筑垃圾的回收利用和產(chǎn)業(yè)化推廣。該公司利用的鄂式礦山破碎設備，經(jīng)改造破碎收集的廢棄混凝土，規(guī)模生產(chǎn)再生骨料。

據(jù)國標《混凝土用再生粗骨料》(GB/T25117-2010)，該公司破碎生產(chǎn)得到的再生粗骨料建議分為再生一類和再生二類，性能指標見表1;再生細骨料15min 吸水率W吸=10%，細度模數(shù)Mx=3.0。

表1 再生粗骨料類別及性能指標

試驗材料:綠楊牌P. O 42.5 普通硅酸鹽水泥;PC-10 型高效減水劑，取最佳摻量為1.5%，其減水率為15%左右;采用惠民公司生產(chǎn)的再生骨料，性能見表1;天然粗骨料為5 ～31.5mm 連續(xù)集配碎石;再生細骨料為惠民公司所生產(chǎn)細骨料;天然細骨料為山砂，細度模數(shù)Mx=2.9。

2 回彈試驗研究

2.1 回彈試驗設計

選用惠民公司生產(chǎn)的再生一類粗骨料三種摻量和再生細骨料兩種摻量配制試塊，水灰比采用前期廠區(qū)建設用再生混凝土最優(yōu)水灰比W/C =0.55，回彈試塊見表2，標準養(yǎng)護28d 和35d。

采用山東樂陵回彈儀廠生產(chǎn)的ZC3 -A 型回彈儀，按照《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》(JGJ/T23 -2011)進行回彈檢測?；貜椩囼灂r，將試塊的兩個側面朝外放置于壓力試驗機上下承壓板之間，施加壓力30 ～50kN 并維持恒定，對試塊每個側面上均勻分布的8 個測點進行水平回彈，每個試塊共16 個測點，然后按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/50081 -2002)加荷至破壞，記錄壓力值并換算強度值。將每個試塊的16 個回彈值中剔除3 個最大值和3 個最小值，余下的10 個回彈值按(1)式計算:

式中:Rm為每個試件的平均回彈值;Ri為第i 個測點的回彈值。

表2 回彈試塊表

2.2 試驗結果分析

試塊28d、35d 回彈值和強度值見表3。再生混凝土回彈值隨再生粗骨料、細骨料取代率變化趨勢見圖1 和圖2。由圖1 可見，再生混凝土回彈值隨粗骨料取代率增加而減小。由圖2 可見，再生混凝土回彈值隨細骨料取代率增加而減小。由圖1、圖2 可見，隨齡期增加，再生混凝土回彈值增長高于普通混凝土;再生粗骨料對回彈值的影響要高于再生細骨料。

圖1 回彈值隨粗骨料取代率變化

將35d 試塊的回彈值實測值(考慮實際工程回彈檢測時間)和抗壓強度實測值，按多項式函數(shù)進行回歸，得到再生混凝土回歸測強曲線，見公式(2)。多項式函數(shù)回歸分析中回彈值與抗壓強度之間的相關系數(shù)為0.47，當顯著性水平α =0.05 時，相關系數(shù)滿足要求。式中為試塊強度推定值;Rm為試塊平均回彈值。

圖2 回彈值隨細骨料取代率變化

3 碳化試驗研究

3.1 正交試驗設計

試驗擬配置C30 再生混凝土，通過前期試配確定水灰比為W/C =0.55?？紤]粗細骨料取代率、粗骨料等級、養(yǎng)護條件對C30 再生混凝土碳化深度影響，選用L9(34)正交試驗表設計試驗。粗骨料類別采用兩水平，因此，正交試驗采用擬水平法設計，表4 為正交試驗因素、水平。再生混凝土試塊規(guī)格是100mm ×100mm ×100mm，共九組每組六塊，表5 為試塊制作材料用量。

表4 正交試驗因素、水平

碳化試驗采用《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》(GB/T 50082 -2009)中的快速碳化試驗方法。所用立方體試塊在三種養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28d，在試驗前2d 將試塊放入101A -1型電熱鼓風干燥箱中60℃烘48 h，經(jīng)烘干的試塊留下一個側面外，其余表面均應以加熱的石蠟進行密封。再將試塊放入CO2濃度保持在(20 ±3)%、相對濕度為(70 ±5)%、溫度為(20 ±5)℃的碳化箱內快速碳化28d。

3.2 試驗結果與分析

9 組試塊28d 碳化試驗結果及各因素級差分析見表6。由表可見，在試驗因素范圍內，依據(jù)級差大小，再生混凝土碳化影響因素依次為:粗骨料取代率、細骨料取代率、粗骨料類別和養(yǎng)護條件，其中粗骨料取代率對碳化深度影響最大，細骨料取代率影響最小。

表5 試塊制作材料用量

表6 碳化試驗結果及各因素級差分析

圖3 為各因素水平趨勢圖。由圖3(a)可見，在本試驗的因素水平下，粗骨料取代率為70%時碳化深度最大，這與雷斌等［5］的研究結論一致。孫浩等［8］的研究表明再生混凝土的氣滲性主要與再生粗骨料的取代率相關，因此，相同取代率條件下再生一類和二類粗骨料所配置再生混凝土的氣滲性近似認為相同。在相同的CO2氣滲性條件下，由于再生二類粗骨料比再生一類粗骨料包裹更多的老砂漿，使得再生混凝土中總的水泥含量增大，可碳化物質增加，所以再生一類粗骨料所配置再生混凝土碳化深度大于再生二類，見圖3(b)。由圖3(c)可見，對再生混凝土抗碳化性能有利的養(yǎng)護條件依次是:水中養(yǎng)護、常溫養(yǎng)護和標準養(yǎng)護。水中養(yǎng)護條件下再生混凝土抗碳化性能最好。由圖3(d)可見，隨著再生細骨料取代率的增加，再生混凝土的抗碳化性能降低。再生細骨料摻入會增大混凝土的孔隙率，加大再生混凝土的氣滲性，導致混凝土抗碳化性能降低。

4 結論

再生混凝土回彈值隨再生骨料取代率增加而減小。再生粗骨料取代率對混凝土回彈值影響較大，而再生細骨料取代率對回彈值影響較小。隨齡期的增加，再生混凝土回彈值增長高于普通混凝土。多項式函數(shù)回歸給出的再生混凝土測強曲線，可以為揚州地區(qū)再生混凝土工程化應用提供無損檢測技術參考。

圖3 不同條件下碳化深度

在本研究范圍內再生混凝土碳化影響因素依次為，粗骨料取代率、細骨料取代率、粗骨料類別和養(yǎng)護條件。其中粗骨料取代率對碳化深度影響最大，細骨料取代率影響最小。再生二類粗骨料所配置再生混凝土抗碳化性能大于再生一類，水中養(yǎng)護再生混凝土抗碳化性能較好;粗骨料取代率對碳化深度的影響為非遞增趨勢，而細骨料取代率為遞增趨勢。

［1］ 何霞，楊韋生，曹大富.再生混凝土基于抗碳化性能的配合比設計研究［J］. 混凝土與水泥制品，2011(6):12 -15.

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［8］ 孫浩.粗集料和摻和料對再生混凝土性能的影響研究［D］.上海:同濟大學，2006.