再生骨料改性試驗(yàn)研究

苗永剛，王金鑫 ，石運(yùn)中

(海南華森建材銷售有限公司，海南?？?570100)

0 引言

伴隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，混凝土的需求量也迅猛增長(zhǎng)，而生產(chǎn)混凝土所消耗的能源、資源量逐漸增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年生產(chǎn)混凝土所消耗的天然骨料高達(dá)80億t。近年來(lái)生產(chǎn)混凝土所用的砂、石等天然資源逐漸出現(xiàn)枯竭，大量的開(kāi)采也對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重的破壞。另一方面，我國(guó)建筑垃圾的產(chǎn)量十分驚人。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城市中建筑垃圾比例已占城市垃圾總量的40%～50%，在1萬(wàn)m2的建筑工程中會(huì)產(chǎn)生500 t左右的建筑廢棄物，對(duì)建筑垃圾的綜合利用也越來(lái)越受到人們的重視。而將建筑垃圾中的廢棄混凝土經(jīng)處理后制成再生骨料，替代混凝土生產(chǎn)中使用的天然砂石骨料是解決上述問(wèn)題的有效辦法。但是，由于再生骨料存在吸水率高、壓碎值大、堆積密度低、顆粒形狀不理想等問(wèn)題，制約著其在混凝土中的應(yīng)用。因此，應(yīng)對(duì)再生骨料進(jìn)行物理、化學(xué)等方法的強(qiáng)化，改善再生骨料的性能，使之更好地應(yīng)用于混凝土的生產(chǎn)中。

1 試驗(yàn)原材料及方法

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：海南華盛天涯水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，其性能指標(biāo)以及化學(xué)組成見(jiàn)表1和表2。

粉煤灰：海南恒盛兆業(yè)環(huán)保有限公司生產(chǎn)的符合GB/T 1596-2005標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰。

粗骨料：?？诶戳蠄?chǎng)提供的5～25 mm碎石，簡(jiǎn)單破碎的5～25 mm建筑廢棄物骨料。

改性劑：水性環(huán)氧基聚合物單體，引發(fā)劑A，促進(jìn)劑B，交聯(lián)劑C。

細(xì)骨料：海口上屯砂場(chǎng)提供的符合JGJ 52-2006標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ區(qū)中砂。

外加劑：海南太和科技有限公司提供的聚羧酸高效減水劑。

水：自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)方法

將水性環(huán)氧基聚合物單體溶于水，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的溶液。設(shè)計(jì)L9(34)正交試驗(yàn)，研究不同引發(fā)劑A、促進(jìn)劑B以及交聯(lián)劑C的摻量情況下對(duì)再生骨料的改性作用，正交試驗(yàn)各因素水平見(jiàn)表3。測(cè)試出改性后再生骨料的壓碎值、吸水率等物理性能指標(biāo)，并將改性后的再生骨料分別用于強(qiáng)度等級(jí)為C30混凝土試樣的制備中，試樣配合比見(jiàn)表4，測(cè)試混凝土的7 d和28 d強(qiáng)度，以確定改性后再生骨料對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

將經(jīng)過(guò)改性的骨料和未經(jīng)改性的骨料進(jìn)行壓碎值和吸水率測(cè)定，將處理后的骨料按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)注》GB/T 50081-2002進(jìn)行試樣的成型與測(cè)試。

為了便于對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，每個(gè)因素在不同水平變化對(duì)骨料及混凝土性能影響的結(jié)果見(jiàn)圖1。

根據(jù)圖1和表5和中的數(shù)據(jù)分析不同因素水平對(duì)再生骨料性能的影響，可以得出：

圖1 不同條件下處理后再生骨料性能變化及對(duì)混凝土的影響圖

(1)引發(fā)劑A：對(duì)于再生骨料的吸水率和壓碎值來(lái)說(shuō)，引發(fā)劑取2最好。

(2)促進(jìn)劑B：對(duì)于再生骨料的吸水率來(lái)說(shuō)，促進(jìn)劑取3最好。對(duì)于再生骨料的壓碎值來(lái)說(shuō)，促進(jìn)劑取1或者3較好。

(3)交聯(lián)劑C：對(duì)于再生骨料的吸水率和壓碎值來(lái)說(shuō)，交聯(lián)劑取5最好。

另外可以看出，在各因素對(duì)再生骨料的吸水率和壓碎值的影響中，引發(fā)劑A和交聯(lián)劑C兩個(gè)因素的極差較促進(jìn)劑B的極差大很多，是影響試驗(yàn)結(jié)果的主要因素。雖然引發(fā)劑A和交聯(lián)劑C對(duì)再生骨料的吸水率和壓碎值的影響作用大小不同，但兩個(gè)試驗(yàn)中都是取同一水平為最優(yōu)。綜合考慮，對(duì)再生骨料性能影響的最好試驗(yàn)方案是A3B3C3。此方案沒(méi)有出現(xiàn)在上述的試驗(yàn)中，考慮到B因素對(duì)試驗(yàn)的影響很小，這里選取A3B1C3為最優(yōu)試驗(yàn)組合，且從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，A3B1C3試驗(yàn)中的吸水率和壓碎值指標(biāo)都是最好的。

對(duì)未處理的再生骨料以及7號(hào)、8號(hào)和9號(hào)中處理后的再生骨料進(jìn)行SEM分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 未處理的再生骨料和處理后的再生骨料SEM圖

表1 水泥的物理化學(xué)性能指標(biāo)

表2 水泥的化學(xué)組成

表3 正交試驗(yàn)因素水平表

表4 強(qiáng)度等級(jí)為C30混凝土配合比

表5 L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果以及極差分析表

從圖2中可以看出，未經(jīng)處理的再生骨料表面附著很多混凝土碎渣，這些碎渣不僅影響再生骨料的吸水率，更會(huì)影響再生骨料與混凝土的結(jié)合性能，導(dǎo)致再生骨料配制的混凝土力學(xué)性能以及耐久性能的下降。經(jīng)過(guò)處理后的再生骨料表面被環(huán)氧基聚合物緊緊包圍，不僅改善了再生骨料自身的性能，也使改性后再生骨料配制的混凝土和易性更好，耐久性改善。另外，隨著交聯(lián)劑用量的增加，明顯可以看出7號(hào)試樣中再生骨料表面環(huán)氧基聚合物成膜性最好，不僅可以有效地降低再生骨料的吸水率，而且隨著交聯(lián)劑用量的增加，環(huán)氧基聚合物聚合后，更好地填充了再生骨料表面的空隙，使再生骨料的壓碎值明顯改善。

根據(jù)圖1和表5中的數(shù)據(jù)分析不同因素水平對(duì)再生骨料性能的影響，可以得出：

(1)引發(fā)劑A：對(duì)于再生骨料配制的混凝土7 d強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，引發(fā)劑取2最好；對(duì)于28 d強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，引發(fā)劑取1最好。

(2)促進(jìn)劑B：對(duì)于再生骨料配制的混凝土7 d和28 d強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，促進(jìn)劑取3最好。

(3)交聯(lián)劑C：對(duì)于再生骨料配制的混凝土7 d和28 d強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，交聯(lián)劑取5最好。

另外可以看出，引發(fā)劑A的極差最大，對(duì)強(qiáng)度試驗(yàn)的影響最大，對(duì)于7 d強(qiáng)度來(lái)說(shuō)引發(fā)劑A取3水平較好，對(duì)于28 d強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，引發(fā)劑A取2水平較好。交聯(lián)劑C的極差及對(duì)強(qiáng)度試驗(yàn)的影響較引發(fā)劑A小，交聯(lián)劑C取3水平為好。促進(jìn)劑B的極差最小，對(duì)強(qiáng)度試驗(yàn)的影響最小，促進(jìn)劑B取3水平為好。又因本實(shí)驗(yàn)在研究混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，在7 d強(qiáng)度和28 d強(qiáng)度都較空白樣好的基礎(chǔ)上，應(yīng)更重視混凝土后期強(qiáng)度的改善，所以綜合考慮，最好的試驗(yàn)方案應(yīng)該是A2B3C3。此方案沒(méi)有出現(xiàn)在上述的試驗(yàn)中，考慮到B因素對(duì)試驗(yàn)的影響很小，這里選取A2B2C3為最優(yōu)試驗(yàn)組合，且從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，A2B2C3試驗(yàn)中混凝土的28 d強(qiáng)度最高。

3 結(jié)論

(1)再生骨料改性后，其吸水率和壓碎值都有明顯的改善，最優(yōu)試驗(yàn)組合為A3B1C3。未改性的再生骨料吸水率和壓碎值為6.3%和26.6%，最優(yōu)試驗(yàn)組合的再生骨料吸水率和壓碎值為 1.4%和18.8%。

(2)再生骨料經(jīng)水性環(huán)氧基聚合物改性過(guò)程中，不同的助劑添量對(duì)骨料的改性效果影響較大。通過(guò)SEM分析可以看出，交聯(lián)劑的摻量對(duì)改性后再生骨料表面性能的改善影響最大，交聯(lián)劑摻量為水性環(huán)氧聚合物的5%時(shí)，改性后再生骨料表面性能最好。

(3)再生骨料改性后，配制的混凝土強(qiáng)度有明顯改善，最優(yōu)試驗(yàn)組合為A2B2C3。未改性的再生骨料配制混凝土的7 d和28 d強(qiáng)度為19.6 MPa和28.6 MPa，最優(yōu)試驗(yàn)組合的再生骨料配制混凝土的7 d和28 d強(qiáng)度為26.2 MPa和36.6 MPa。但是再生骨料改性后吸水率、壓碎值試驗(yàn)與混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)的最優(yōu)組合不同，這有待于對(duì)試樣的進(jìn)一步微觀測(cè)試與分析。

[1]王軍強(qiáng),陳年和,蒲琪.再生混凝土強(qiáng)度和耐久性能試驗(yàn)[J].混凝土，2007，(05)：54-56.

[2]古松,雷挺,陶俊林.再生混凝土配合比設(shè)計(jì)及早期強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑，2012，(4)：3.