水玻璃改性廢混凝土再生粗骨料對(duì)混凝土強(qiáng)度及抗凍性影響試驗(yàn)研究

楊飛華 郝利煒 程海麗

(1.固廢資源化利用與節(jié)能建材國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100041;2.北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京 100041;3.北方工業(yè)大學(xué)，北京 100083)

混凝土作為用量最大的人造建筑材料對(duì)自然資源的消耗及對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響早已引起了人們的廣泛關(guān)注。將廢棄混凝土加工為再生骨料用以制作再生骨料混凝土是解決以上問題的科學(xué)和有效的途徑。但與天然骨料相比，由于再生骨料表面包裹著相當(dāng)數(shù)量的水泥砂漿，加之混凝土塊在解體、破碎等過程中由于損傷積累等使再生骨料內(nèi)部存在大量微細(xì)裂紋，這些因素都使再生骨料具有孔隙率高、吸水性大、強(qiáng)度低等特征，因此，用部分或全部再生骨料配制的再生混凝土的強(qiáng)度與用天然骨料配制的同配比混凝土相比有不同程度的下降，尤其是配制中高強(qiáng)度的混凝土?xí)r，再生骨料的低強(qiáng)度特性將使所配制的再生混凝土有明顯的下降［1］，國內(nèi)已有不少文獻(xiàn)［2-5］報(bào)導(dǎo)了對(duì)再生骨料的強(qiáng)化試驗(yàn)研究工作，并取得了一定的效果，但所用改性劑主要為水泥基復(fù)合材料，存在凝結(jié)硬化慢等缺點(diǎn)，文獻(xiàn)［6］研究表明，用濃度為5%的水玻璃浸泡混凝土再生骨料1h 時(shí)，可使得再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度得到提高，濃度超過5%時(shí)，不同齡期和浸泡時(shí)間時(shí)強(qiáng)度均存在下降趨勢(shì)，說明再生混凝土的強(qiáng)度與水玻璃的濃度有著密切的關(guān)系，但對(duì)于混凝土這種工程中重要的結(jié)構(gòu)材料來說，僅考察強(qiáng)度是不夠的，其耐久性更是混凝土應(yīng)用中極其重要的性能之一，特別是抗凍性的優(yōu)劣是決定混凝土耐久性的重要方面，因此，本文參考該文獻(xiàn)，減小了水玻璃的濃度間隔，研究了水玻璃在低濃度下對(duì)再生混凝土強(qiáng)度的影響，并著重考察了水玻璃對(duì)再生混凝土抗凍性的影響。

1 原材料

1.1 水泥

強(qiáng)度等級(jí)42.5，實(shí)測(cè)抗折強(qiáng)度6.9MPa，實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度46.7MPa。

1.2 骨料

混凝土再生粗骨料:粒徑為5～30 mm，表觀密度為2.6 g/cm3，堆積密度為1350 kg/m3，含水率為2.3%。

細(xì)骨料:細(xì)度模數(shù)為2.6，表觀密度為2.5 g/cm3，堆積密度為1565 kg/m3，含水率為0.6%的天然河砂。

1.3 水

自來水。

1.4 水玻璃

模數(shù)為3.1，比重為1.22 g/cm3。

2 再生粗骨料的改性處理

分別配制重量百分比為1%、3%、5%、7%的水玻璃溶液，然后將混凝土再生粗骨料于常溫下在以上濃度的水玻璃溶液中浸泡1h 后，撈出并晾干備用。

3 再生骨料混凝土的配制、試驗(yàn)及其性能

混凝土拌合物的水灰比為0.56，砂率為32%，采用人工拌和，試件尺寸為100mm ×100mm ×100mm，采用自然養(yǎng)護(hù)(溫度20℃，相對(duì)濕度87%)。

以不同濃度水玻璃溶液浸泡過的再生骨料配制的混凝土試件，養(yǎng)護(hù)28d 后，經(jīng)凍融循環(huán)50 次后，測(cè)定抗壓強(qiáng)度值(表1 中的“凍融后”)，并與對(duì)比試件(表1 中的“凍融前”)比較，并計(jì)算其強(qiáng)度損失率。

以水玻璃浸泡改性的再生骨料配制的混凝土的配合比及性能如表1 所示。

表1 水玻璃改性再生骨料混凝土的配合比及性能

圖1 再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨水玻璃濃度的變化

圖2 再生混凝土抗壓強(qiáng)度提高率隨水玻璃濃度的變化

4 結(jié)果與分析

4.1 水玻璃改性混凝土再生骨料對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由表1 及圖1、圖2 可以看出經(jīng)過水玻璃浸泡的再生粗骨料配制的再生混凝土強(qiáng)度與用未改性的再生骨料配制的混凝土相比都有不同程度的提高。隨著水玻璃濃度的提高，各齡期再生混凝土的抗壓強(qiáng)度先是呈現(xiàn)大幅度的提高，隨之又呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，當(dāng)水玻璃濃度為3%時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度增加幅度最高，7d、28d、60d 的抗壓強(qiáng)度分別提高了30.6%，27.1%，17.8%。與文獻(xiàn)［6］中水玻璃濃度為5%相比(7d、28d、60d 時(shí)強(qiáng)度提高率分別為66%，21%，19%)，除7d 之外，28d、60d 強(qiáng)度的提高率基本相當(dāng)，即，降低水玻璃的成本，仍然可以達(dá)到強(qiáng)化再生骨料從而提高再生混凝土強(qiáng)度的目的。

4.2 水玻璃改性混凝土再生骨料對(duì)混凝土抗凍性的影響

由表1 可以看出經(jīng)凍融后的混凝土的強(qiáng)度均有不同程度的下降，這符合普通混凝土的受凍規(guī)律，但隨著水玻璃濃度的提高，再生混凝土凍融強(qiáng)度損失率越來越降小，這表明加大水玻璃的濃度有益于提高混凝土的抗凍性，原因可能是因?yàn)樗Ａ?Na2O·nSiO2)硬化時(shí)析出的硅酸凝膠，可堵塞再生骨料的毛細(xì)孔，從而改善再生骨料孔隙結(jié)構(gòu);同時(shí)因水玻璃與原混凝土中水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)，可生成水硬性硅酸鈣膠體填充再生骨料的孔隙而使骨料的密實(shí)度提高，隨著水玻璃溶液濃度的提高，析出的硅酸凝膠數(shù)量增多，對(duì)骨料毛細(xì)孔的堵塞作用增強(qiáng)，骨料的致密程度提高，這可能會(huì)改善混凝土的孔壁強(qiáng)度，從而在混凝土受凍時(shí)，提高其抗凍性。這些需要后續(xù)的研究中通過儀器分析等手段加以證實(shí)。

5 結(jié)論

(1)用濃度為3%的水玻璃溶液于常溫下浸泡混凝土再生骨料1h 時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度可得到較大的提高，7d、28d、60 d 的抗壓強(qiáng)度分別可提高30.6%，27.1%，17.8%。

(2)用水玻璃浸泡改性混凝土再生骨料配制的再生混凝土水玻璃溶液濃度的提高，有利于提高再生混凝土的抗凍性。

［1］肖建莊，李佳彬，蘭陽.再生混凝土技術(shù)研究最新進(jìn)展與評(píng)述［J］.混凝土2003，(10).

［2］杜婷，李惠強(qiáng)，吳賢國.混凝土再生骨料強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)研究［J］.新型建筑材料2002，(3).

［3］孫躍東，王濤.再生骨料強(qiáng)化對(duì)再生混凝土基本力學(xué)性能的影響［J］.四川建筑科學(xué)研究2010，36(4):212 -215

［4］楊寧，王崇革，趙美霞.再生骨料強(qiáng)化技術(shù)研究［J］.新型建筑材料2011，(3):45 -47

［5］張劍波，吳勇生.再生骨料的強(qiáng)化研究［J］.中國資源綜合利用2010，28(11):58 -60

［6］程海麗，王彩彥.水玻璃對(duì)混凝土再生骨料的強(qiáng)化試驗(yàn)研究［J］.新型建筑材料.2004，(12):12 -14