改性再生骨料混凝土的配合比及性能研究

柴天紅 石 齊 鄒小平

(江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330001)

1 前言

盡管我國(guó)的建筑行業(yè)總體規(guī)模遠(yuǎn)大于一些發(fā)達(dá)國(guó)家，但再生混凝土研究卻剛剛起步。再生骨料及再生混凝土技術(shù)的推廣與應(yīng)用不僅可以解決廢棄混凝土處理困難及由此造成的生態(tài)環(huán)境日益惡化的問(wèn)題，還可以改善城市人民的生活質(zhì)量，減少自然資源的損耗［1］。目前，再生骨料混凝土新技術(shù)已成為世界各國(guó)共同關(guān)心的課題，已是國(guó)內(nèi)外工程界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)和前沿問(wèn)題之一。近年來(lái)，混凝土企業(yè)正由規(guī)模型逐漸向綠色環(huán)保型發(fā)展，將廢棄混凝土加工成再生骨料，用于生產(chǎn)再生混凝土不但可緩解天然骨料資源緊張的問(wèn)題，而且可減少?gòu)U棄混凝土占地堆放造成的環(huán)境污染，同時(shí)對(duì)實(shí)現(xiàn)混凝土產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義［2］。

2 原材料及試驗(yàn)方法

2.1 原材料

水泥:江西省萬(wàn)年青生產(chǎn)的P.O42.5 普通硅酸鹽水泥和貴州宇豐熔料有限公司生產(chǎn)的42.5 鋁酸鹽水泥;粉煤灰:二級(jí)粉煤灰，45μm 篩余18.6%，需水量比為100%，密度是2.52kg/m3;礦渣:新余鋼鐵廠(chǎng)冶煉生鐵時(shí)排放的?；郀t礦渣，密度為2.86g/cm3，28d 活性指數(shù)97.1%，流動(dòng)度比100%;骨料:再生粗骨料來(lái)自C30 強(qiáng)度以上廢棄混凝土，用破碎機(jī)破碎成最大粒徑不超過(guò)20mm 的骨料顆粒，天然粗骨料采用5 -20mm 粒徑連續(xù)級(jí)配的碎石，細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)為2.8 的天然河沙;減水劑:聚羧酸高效減水劑，固含量10%，減水率20%。

2.2 試驗(yàn)方法

(1)再生粗骨粒的改性強(qiáng)化。采用水膠比1.0的鋁酸鹽水泥凈漿浸泡再生粗骨料，其強(qiáng)化技術(shù)的原理是:①鋁酸鹽水泥水化產(chǎn)生的凝膠狀水化產(chǎn)物填充骨料表面附著砂漿的孔隙，修復(fù)再生骨料破碎因機(jī)械損傷產(chǎn)生的裂縫;②鋁酸鹽水泥早強(qiáng)快硬，使再生骨料表面得到增強(qiáng)，提高其密實(shí)度;③再生骨料強(qiáng)化后棱角減少，顆粒形貌相對(duì)圓潤(rùn)，吸水率有所降低。改性強(qiáng)化后的再生粗骨料與天然粗骨料和再生粗骨料進(jìn)行對(duì)比，三種粗骨料性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 粗骨料顆粒的物理性能

(2)混凝土工作性和力學(xué)性能試驗(yàn)方法。再生混凝土工作性按照《普通混凝土拌合物試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50080-2002)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。再生混凝土力學(xué)性能按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081-2002)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 再生混凝土配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C30、坍落度180 ±20mm 的再生混凝土，配制再生混凝土之前對(duì)再生粗骨料進(jìn)行預(yù)濕工藝處理。混凝土配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如表2 所示。

表2 C30 再生混凝土配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

將再生粗骨料以一定比例替代天然粗骨料配制成再生混凝土，由于5 -10mm 粒級(jí)粗骨料與10 -31.5mm 粒級(jí)粗骨料以2:8 的比例搭配具有較低的空隙率，同時(shí)能夠達(dá)到GB/T 25177 -2010《混凝土用再生粗骨料》所要求的技術(shù)指標(biāo)，因此上述基準(zhǔn)混凝土(再生骨料摻量為0%)和各種再生混凝土中的粗骨料都是由質(zhì)量比為2:8 的5 -10mm 粒級(jí)粗骨料和10 -31.5mm 粒級(jí)粗骨料搭配而成。

3.2 再生混凝土的工作性

試驗(yàn)測(cè)試改性再生混凝土中再生粗骨料取代率為30%、40%、50%、70%和100%時(shí)對(duì)再生混凝土坍落度、粘聚性和保水性的影響規(guī)律，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3 和圖1。

表3 改性再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土工作性能的影響

圖1 改性再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土工作性的影響

從表3 和圖1 可以看出，經(jīng)過(guò)改性后的再生粗骨料配制的混凝土工作性有一定的提升，混凝土拌合物的坍落度、粘聚性和保水性均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求?；炷撂涠入S著改性再生粗骨料取代率的增加而呈增大的趨勢(shì)，當(dāng)改性再生粗骨料取代率在70%以上時(shí)，混凝土坍落度變化幅度較小。這主要是因?yàn)榻?jīng)過(guò)鋁酸鹽水泥改性后的再生粗骨料表面顆粒形貌變得相對(duì)圓潤(rùn)了，并填補(bǔ)了骨料裂縫以及骨料與舊水泥漿界面的缺陷，改善了混凝土拌合物的工作性［3］。

3.3 再生混凝土的力學(xué)性能

表4 改性再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖2 改性再生粗骨料取代率對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

表4 和圖2 顯示的是經(jīng)鋁酸鹽水泥改性后的再生粗骨料對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。從圖2 可以看出，改性再生粗骨料配制的混凝土抗壓強(qiáng)度有明顯提高。隨著改性再生粗骨料取代率的提高，混凝土的抗壓強(qiáng)度先增大后減小，改性再生粗骨料取代率在70%時(shí)，混凝土的3d、7d 和28d 抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度最大，分別為11%、15%和13%;而當(dāng)改性再生粗骨料的取代率為100%時(shí)，混凝土各齡期的抗壓強(qiáng)度值均高于天然粗骨料配制的混凝土。

由于改性后再生粗骨料的表觀密度較未改性的再生粗骨料有明顯增大，吸水率和壓碎指標(biāo)顯著下降，鋁酸鹽水泥水化產(chǎn)物在一定程度上填充了骨料的孔隙和破碎過(guò)程中的微裂縫，改性再生粗骨料的性能得到提升，強(qiáng)化了再生粗骨料與舊水泥砂漿直接的界面性能，使再生粗骨料的缺陷得到改善，提高了再生混凝土的強(qiáng)度。

3.4 再生混凝土的耐久性能

3.4.1 再生混凝土的碳化性能

表5 再生粗骨料對(duì)混凝土碳化性能的影響

圖3 改性再生粗骨料對(duì)混凝土碳化性能的影響

從表5 可以看出，改性再生粗骨料配制的混凝土碳化深度均較小，7d 碳化深度的降幅隨著其取代率的提高而增大，而28d 碳化深度隨著改性再生粗骨料取代率的提高而下降的幅度越來(lái)越顯著，且均低于天然粗骨料配制的原生混凝土的碳化深度。圖3 表明，經(jīng)改性后的再生粗骨料取代率對(duì)混凝土的碳化深度的變化影響顯著;在改性再生粗骨料取代率高于40%的時(shí)，再生混凝土的早期碳化深度即低于基準(zhǔn)混凝土的碳化深度，而不同取代率的再生混凝土的后期碳化深度在大幅下降，這也驗(yàn)證了改性技術(shù)對(duì)再生粗骨料的增強(qiáng)作用［4］。

3.4.2 再生混凝土的收縮性能從表6 和圖4 可以看出，再生混凝土的收縮率隨著齡期的延長(zhǎng)而增加，混凝土70%左右的收縮率主要集中在28 天之前，當(dāng)齡期到60 天之后，混凝土的收縮率相對(duì)趨于穩(wěn)定。當(dāng)再生粗骨料取代率為40%，所配制的再生混凝土28 天收縮率最小，為224 ×10-6。總體觀察，改性再生粗骨料配制的混凝土28 天的收縮率在247 ×10-6～330.4 ×10-6之間，處在設(shè)計(jì)施工可以接受的范圍之內(nèi)。

表6 再生粗骨料取代率對(duì)混凝土收縮性能的影響×10 -6

圖4 改性再生粗骨料對(duì)混凝土收縮性能的影響

4 結(jié)論

(1)再生混凝土制備過(guò)程中，改性再生粗骨料需要提前預(yù)濕，以避免再生粗骨料較高吸水率對(duì)混凝土造成的不利影響;改性后的再生粗骨料配制的混凝土工作性和力學(xué)性能跟基準(zhǔn)混凝土相比基本不變。

(2)與基準(zhǔn)混凝土相比，改性再生粗骨料配制的混凝土早期碳化深度略低于基準(zhǔn)混凝土，而28 天碳化深度顯著減小，且碳化深度的降幅隨著改性再生粗骨料取代率的增大而增大;改性再生粗骨料的早期收縮率相對(duì)降低，60 天齡期后混凝土的收縮率趨于穩(wěn)定。

［1］唐潔清.我國(guó)再生混凝土發(fā)展研究［J］.資源與人居環(huán)境，2010(16):56 -57.

［2］李秋義，全洪珠，秦原.再生混凝土性能與應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社，2010.

［3］劉立，趙順增，曹淑萍，吳勇，賈福杰.高性能再生骨料混凝土力學(xué)性能的研究［J］.混凝土與水泥制品，2011(6):1 -4.

［4］葉禾.高品質(zhì)再生骨料混凝土的力學(xué)性能和耐久性試驗(yàn)研究［J］.四川建筑科學(xué)研究，2009，35(5):195 -199.