再生粗骨料品質(zhì)和取代率對(duì)再生混凝土收縮性能的影響

韓 帥，李秋義，張修勤，孔 哲，莫 建

(青島理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 青島 266033)

再生粗骨料品質(zhì)和取代率對(duì)再生混凝土收縮性能的影響

韓 帥，李秋義，張修勤，孔 哲，莫 建

(青島理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 青島 266033)

采用再生粗骨料取代天然粗骨料(取代率φz=0，50%，100%)，研究再生粗骨料品質(zhì)和取代率對(duì)再生混凝土收縮性能的影響。結(jié)果顯示:簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土的收縮率隨著φz的增大而增大，與普通混凝土相比，60 d收縮率增大14.8% ～55.8%，即收縮性能劣于普通混凝土;一次顆粒整形再生粗骨料混凝土的收縮率隨著φz的增大變化很小，其收縮性能與普通混凝土接近;二次顆粒整形再生粗骨料混凝土的收縮率隨著φz的增大而減小，與普通混凝土相比，60 d收縮率減小了2.8% ～14.6%，即收縮性能優(yōu)于普通混凝土。

簡(jiǎn)單破碎 顆粒整形 再生粗骨料 再生粗骨料混凝土 收縮性能

再生粗骨料混凝土是指以再生粗骨料部分或全部取代天然粗骨料的混凝土［1］。與普通混凝土相比，廢棄混凝土來(lái)源廣泛，組分復(fù)雜，性能差異較大，再生粗骨料品質(zhì)的差異導(dǎo)致再生混凝土收縮變化規(guī)律波動(dòng)較大。李秋義等［2-4］研究表明，與簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料相比，顆粒整形提高了再生粗骨料的品質(zhì)，提高了再生粗骨料混凝土的力學(xué)性能。力學(xué)性能的改善，相應(yīng)地改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，從而有利于混凝土耐久性能的提高和收縮性能的改善。

本文根據(jù)規(guī)范《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177—2010)，將廢棄混凝土經(jīng)簡(jiǎn)單破碎、一次顆粒整形和二次顆粒整形后分別制得Ⅱ類、準(zhǔn)Ⅰ類和Ⅰ類再生粗骨料，并測(cè)試了再生粗骨料不同品質(zhì)和取代率對(duì)混凝土收縮率的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥為青島山水水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5R普通硅酸鹽水泥;細(xì)骨料采用天然砂，為Ⅱ級(jí)河砂，級(jí)配良好，符合規(guī)范《建設(shè)用砂》(GB/T 14684—2011)的相關(guān)要求;天然粗骨料為嶗山產(chǎn)5～25 mm連續(xù)級(jí)配的花崗巖碎石，符合規(guī)范《建設(shè)用卵石、碎石》(GB/T 14685—2011)的相關(guān)要求;再生粗骨料為簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料(SBA)、一次顆粒整形再生粗骨料(FA)和二次顆粒整形再生粗骨料(SA)，具體性能指標(biāo)見表1;減水劑為江蘇博特高效聚羧酸減水劑，減水率為30%;水為自來(lái)水，符合規(guī)范《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 63—2006)的相關(guān)要求。

表1 再生粗骨料性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177— 2010)、《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55—2011)和《混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50082—2009)，確定混凝土原材料及配合比，研究3種不同品質(zhì)再生粗骨料和3種不同取代率(φz=0，50%，100%)對(duì)再生粗骨料混凝土收縮性能的影響。

本試驗(yàn)采用砂率為40%，減水劑為膠凝材料用量的1.2%，通過調(diào)整控制坍落度在160～200 mm確定用水量，試驗(yàn)配合比如表2所示。參照GB/T 50082— 2009，測(cè)試混凝土收縮率，研究再生粗骨料不同品質(zhì)和取代率(φz=0，50%，100%)對(duì)再生粗骨料混凝土收縮性能的影響。

表2 再生粗骨料混凝土試驗(yàn)配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 不同品質(zhì)再生粗骨料對(duì)再生混凝土收縮性能影響

不同品質(zhì)再生粗骨料對(duì)再生混凝土收縮性能影響分別如圖1、圖2所示。其中NA為普通混凝土。由圖可知，再生粗骨料混凝土收縮性能為:二次顆粒整形再生粗骨料混凝土＞一次顆粒整形再生粗骨料混凝土＞簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土;一次顆粒整形再生粗骨料混凝土收縮性能接近普通混凝土。

圖1 水泥用量為350 kg/m3時(shí)不同品質(zhì)再生粗骨料混凝土收縮率曲線

圖2 水泥用量為450 kg/m3時(shí)不同品質(zhì)再生粗骨料混凝土收縮率曲線

以圖1為例，當(dāng)φz=50%時(shí)，與簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土60 d收縮率相比，一次顆粒整形再生粗骨料混凝土的60 d收縮率減小了27.3%，二次顆粒整形再生粗骨料混凝土的60 d收縮率減小了35.8%;當(dāng)φz=100%時(shí)，一次顆粒整形再生粗骨料混凝土的60 d收縮率減小了35.0%，二次顆粒整形再生粗骨料混凝土的60 d收縮率減小了44.9%。

混凝土收縮是由水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的自發(fā)收縮、水泥水化物與空氣中的二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生的碳化收縮和混凝土內(nèi)部水分消失引起的干燥收縮3部分組成［5］。與普通混凝土相比，簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土收縮率較大主要是由碳化收縮和干燥收縮引起的。

混凝土在相對(duì)濕度60%的環(huán)境中，毛細(xì)孔中水的蒸發(fā)引起毛細(xì)孔負(fù)壓，并產(chǎn)生混凝土內(nèi)負(fù)壓，從而引起混凝土收縮;而后水泥漿中膠凝質(zhì)點(diǎn)間的吸附水消失，無(wú)法平衡膠凝質(zhì)點(diǎn)間的分子引力，從而進(jìn)一步導(dǎo)致混凝土收縮。簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料孔隙率高，表面附著水泥砂漿，內(nèi)部存在大量的微裂縫，降低了再生混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的致密性，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更加疏松，增加了失水通道，并降低了骨料對(duì)毛細(xì)孔的阻隔作用，從而加劇了干燥收縮。同時(shí)這些因素還導(dǎo)致了簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土界面區(qū)內(nèi)水化產(chǎn)物疏松多孔，形狀不規(guī)則，孔隙率較高，更利于二氧化碳的滲透，其碳化收縮較大。在混凝土內(nèi)部，骨料對(duì)水泥石的收縮起約束作用，骨料所能提供的約束力由骨料的彈性模量決定。簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料的彈性模量大大低于天然粗骨料，這是簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土收縮率較大的另一個(gè)主要原因。

顆粒整形處理將再生粗骨料的老界面過渡區(qū)剝除，使再生粗骨料表面微裂縫減少，外觀圓滑，剝離了表面的水泥砂漿。隨著再生粗骨料品質(zhì)的提升，再生粗骨料的各項(xiàng)性能得到明顯改善，提高了再生粗骨料的彈性模量，提升了粗骨料對(duì)毛細(xì)孔的阻隔作用，顯著提升了再生粗骨料對(duì)再生混凝土收縮的約束作用，并減小了干燥收縮;顆粒整形消除了再生混凝土孔隙率高和界面區(qū)疏松多孔的缺陷，顯著降低了再生混凝土的孔隙率，減小了碳化收縮。

2.2 不同取代率對(duì)再生粗骨料混凝土收縮性能影響

不同再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土收縮性能影響如圖3～圖5所示。由圖可知，隨著再生粗骨料取代率的增大，簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土的收縮率呈增大趨勢(shì);二次顆粒整形再生粗骨料混凝土的收縮率呈減小趨勢(shì);一次顆粒整形再生粗骨料混凝土的收縮率與普通混凝土接近。

在混凝土中，毛細(xì)孔和凝膠孔的孔徑＜10 μm，孔徑＞10 μm的孔隙主要是由引氣劑和混凝土制作過程中卷入的空氣產(chǎn)生的。隨著簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料取代率的增加，孔徑＞10 μm和孔徑＜10 μm的孔隙的含量均呈增加趨勢(shì)［6］。隨著簡(jiǎn)單破碎再生混凝土中的毛細(xì)孔和凝膠孔孔隙率的增加，再生混凝土的孔隙率和失水通道也增加，相應(yīng)地加劇了再生混凝土的碳化收縮和干燥收縮。

圖3 簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土收縮性能的影響

圖4 一次顆粒整形再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土收縮性能的影響

圖5 二次顆粒整形再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土收縮性能的影響

水膠比是反映混凝土密實(shí)度的一個(gè)重要指標(biāo)，水膠比越大，包圍水泥顆粒的水層就越厚，水在水泥石中形成相互連通、不規(guī)則的毛細(xì)孔系統(tǒng)，混凝土中孔隙形成與水分的蒸發(fā)有很大關(guān)系，水分蒸發(fā)形成失水通道。隨著失水通道不斷地加深，孔內(nèi)負(fù)壓不斷增大，混凝土的收縮力也相應(yīng)增加，促使混凝土干燥收縮;當(dāng)單位體積混凝土的水泥用量相同時(shí)，水膠比越大則收縮越大［7］。

簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料表面附著舊水泥漿和微粉，活性較小，含泥量和泥塊含量均高于天然粗骨料。另外，再生粗骨料具有多孔性和高吸水性，天然粗骨料的吸水率為0.5% ～2%，再生粗骨料高達(dá)5% ～20%。由于再生粗骨料的上述缺陷，在控制相同的坍落度條件下，隨著取代率的增大，簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土用水量隨之增大，引起水膠比逐漸增大。不同再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土水膠比影響如圖6所示。

圖6 再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土水膠比的影響

由圖6(a)可知，當(dāng)φz=50%時(shí)，簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土的水膠比增大了0.4% ～7.3%;當(dāng) φz= 100%時(shí)，簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土的水膠比增大了2.9% ～11.9%。因此，隨著φz的增大，水膠比逐漸增大，簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土的收縮率呈增大趨勢(shì)。

經(jīng)過顆粒整形后，再生粗骨料剝離了表面的水泥砂漿，粒形更加圓滑。由表1可知，經(jīng)過顆粒整形，再生粗骨料的含泥量、泥塊含量和吸水率逐漸降低。在控制相同的坍落度條件下，隨著取代率的增大，一次顆粒整形再生粗骨料混凝土所需的用水量與普通混凝土接近;二次顆粒整形再生粗骨料混凝土所需的用水量減少，相應(yīng)地引起水膠比的減小。

由圖6(b)可知，當(dāng)φz=50%時(shí)，一次顆粒整形再生粗骨料混凝土的水膠比分別減小了3.9% ～8.8%;當(dāng)φz=100%時(shí)，一次顆粒整形再生粗骨料混凝土的水膠比分別減小了－0.2% ～2.9%。因此，隨著φz的增大，水膠比變化較小，一次顆粒整形再生粗骨料混凝土的收縮率與普通混凝土接近。

由圖6(c)可知，當(dāng)φz=50%時(shí)，二次顆粒整形再生粗骨料混凝土的水膠比分別減小了5.4% ～8.1%;當(dāng)φz=100%時(shí)，二次顆粒整形再生粗骨料混凝土的水膠比分別減小了5.8% ～12.4%。因此，隨著φz的增大，水膠比逐漸減小，二次顆粒整形再生粗骨料混凝土的收縮率呈減小趨勢(shì)。

3 結(jié)論

1)簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土收縮性能最差，劣于普通混凝土;一次顆粒整形再生粗骨料混凝土收縮性能接近普通混凝土;二次顆粒整形再生粗骨料混凝土收縮性能最好，優(yōu)于普通混凝土。

2)簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土的收縮率隨著取代率的增大而增大;一次顆粒整形再生粗骨料混凝土的收縮率隨著取代率的增大變化較小;二次顆粒整形再生粗骨料混凝土的收縮率隨著取代率的增大而減小。

3)與簡(jiǎn)單破碎再生粗骨料混凝土相比，顆粒整形再生粗骨料混凝土用水量較小，保水性和黏聚性較好，這些都有利于提高再生粗骨料混凝土的收縮性能。

［1］李秋義，全洪珠，秦原.混凝土再生骨料［M］.北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社，2011.

［2］李秋義.建筑垃圾資源化再生利用技術(shù)［M］.北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社，2011.

［3］毛高峰，李艷美，萬(wàn)瑩瑩，等.顆粒整形對(duì)再生粗骨料混凝土工作性的影響［J］.混凝土，2008(7):66-68.

［4］李秋義，朱亞光，高嵩.我國(guó)高品質(zhì)再生骨料制備技術(shù)及質(zhì)量評(píng)定方法［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30(4);1-4.

［5］肖瑞敏，張雄，張小偉，等.混凝土配合比對(duì)其干縮性能的影響［J］.混凝土，2003(7):38-41.

［6］張金喜，張建華，鄔長(zhǎng)森.再生混凝土性能和孔結(jié)構(gòu)的研究［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2006，9(2):142-147.

［7］張健，杜輝，張財(cái)，等.礦物摻合料和再生骨料對(duì)混凝土的收縮性能的影響［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30(4):145-149.

Influence of quality and substitution rate of recycled coarse aggregate on shrinkage of regenerating concrete

HAN Shuai，LI Qiuyi，Zhang Xiuqin，Kong Zhe，MO Jian
(School of Civil Engineering，Qingdao Technological University，Qingdao Shandong 266033，China)

T he paper takes recycled coarse aggregate(rather than natural aggregate，with the substitution rate φzstands at 0，50%and 100%)as the study object and looks into the influence of its quality and substitution rate to the shrinkage performance of regenerating concrete.T he results indicate that the shrinkage rate for concrete of merely crushed aggregate goes up with the increase of φz.T he shrinkage performance delivered fails to outshine that of ordinary concrete，as the rate for a 60 d period varies within a range of 14.8% ～55.8%.In regard to concrete of re-profiled primary particle，the shrinkage rate shows only slight changes as φzgoes up，in other word its performance comes closer to that of the ordinary concrete.By contrast，concrete of re-profiled secondary particle displays a decline in shrinkage rate with the increase of φz，meaning that the sample outperforms the ordinary sample in comparison.W ithin a period of 60 d，the shrinkage rate drops by a margin of 2.8% ～14.6%.

M ere crush;Particle re-profile;Recycled coarse aggregate;Regenerating concrete;Shrinkage performance

TU528.041

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.11.40

(責(zé)任審編 周彥彥)

2015-03-20;

:2015-05-28

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51378270，51208272)

韓帥(1990— )，男，碩士研究生。

1003-1995(2015)11-0142-05