改善再生混凝土工作性能的方法研究

黃迎春(同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201804)

與天然集料相比，再生集料的性能發(fā)生了很大變化，如再生集料表面部分或全部包裹著水泥砂漿、棱角多、表面粗糙、內(nèi)部存在許多微細(xì)裂縫、空隙率高等。這些變化導(dǎo)致其吸水率高、壓碎指標(biāo)大，對(duì)再生混凝土性能影響很大，直接影響到再生混凝土拌合物的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能，導(dǎo)致再生混凝土工程應(yīng)用過程中坍落度損失過大，強(qiáng)度偏低。摻入引氣劑可以引入大量均勻、穩(wěn)定、封閉的微小氣泡，提高混凝土的和易性，同時(shí)能夠有效改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，是目前普遍用來提高混凝土綜合性能的技術(shù)措施之一[1-4]。本文對(duì)比選用了3種不同的引氣劑，研究了其種類與摻量，再生粗集料摻量對(duì) C30混凝土工作性能的影響。

1 試驗(yàn)概況

1.1 原材料

水泥為 P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥；粉煤灰為 II 級(jí) C 類粉煤灰；礦渣粉為 S 95 礦渣粉；細(xì)集料為中砂，細(xì)度模數(shù)2.8；拌和水為自來水；天然粗集料為天然碎石，最大粒徑25 mm，連續(xù)級(jí)配；再生粗集料粒徑為 5～2 mm，集料基本性能見表1。所選引氣劑為：① AE-1 復(fù)合類，文中編號(hào)為AE-1；② 十二烷基苯磺酸鹽，文中編號(hào)為 AE-2; ③十二烷基硫酸鹽，文中編號(hào) AE-3。

表1 粗集料的基本性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

為研究再生混凝土工作性隨時(shí)間的變化，將空白組KB-0 初始坍落度控制在(180±10)mm。對(duì)每個(gè)試驗(yàn)組分別測(cè)其初始 (0)、30 min 和 60 min 時(shí)的坍落度變化情況，測(cè)量方法參照 GB/T 50080 — 2002 《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》；同時(shí)測(cè)量每組新拌混凝土的初始含氣量。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 不同引氣劑對(duì)于再生混凝土含氣量的影響

由圖1可知，引氣劑的摻入使得再生混凝土中的含氣量增加，其中 AE-3 的引氣效果最為明顯。保持各種引氣劑摻量為 0.03% 不變，隨著混凝土中再生粗集料取代率的增大，引氣劑的引氣能力總體上呈下降趨勢(shì)，含氣量在取代率為 100% 時(shí)下降尤為明顯。其中 AE-1 初始含氣量受粗集料取代率影響最大，從 2.6% （再生粗集料取代率 70% ）驟降至 1.8% （再生粗集料取代率 100% ）。這是因?yàn)樵偕媳砻娌糠只蛉堪嗌皾{、棱角多、表面粗糙，將引氣劑吸附到孔隙中，使得砂漿有效發(fā)揮引氣效果的引氣劑成分減少，造成引氣劑在再生混凝土中的引氣能力減小。

圖1 引氣劑種類對(duì)于再生混凝土含氣量的影響（引氣劑摻量為 0.03‰）

2.2 引氣劑種類及摻量對(duì)于再生混凝土坍落度的影響

由圖2可知，在3種引氣劑中，AE-1對(duì)于混凝土的初始坍落度無明顯影響，但保坍性能優(yōu)于 AE-2和 AE- 3，而且隨著摻量的增大坍落度損失越小； AE-2和 AE-3可明顯提高混凝土初始坍落度，但保坍性能不佳，在不同的摻量下其1h 坍落度值都與不摻引氣劑的空白對(duì)照組十分接近。通過試驗(yàn)中觀察新拌混凝土可發(fā)現(xiàn)，摻入 AE-2和 AE-3的混凝土氣泡粒徑較大，可觀察到氣泡破裂的情況，而摻入 AE-1 的混凝土中氣泡細(xì)密，穩(wěn)定性好，因而 AE-1具有更佳的保坍性能。

圖2 摻入不同引氣劑對(duì)各組再生混凝土坍落度經(jīng)時(shí)變化的影響

由圖3可知，摻 AE-1的試驗(yàn)組隨著摻量的增大，坍落度損失顯著降低。AE-1 摻量為 0.03% 時(shí)，每小時(shí)坍落度損失平均減小 25 mm (1h 損失 85 mm )；摻量為 0.06% 時(shí)，每小時(shí)坍落度損失平均減小 60 mm (1 h 損失 50 mm)，摻量為 0.12% 時(shí)，坍落度損失平均減小 75 mm/h(1h 損失 35 mm)。引氣劑的摻入提高了混凝土中的含氣量，引入的微細(xì)泡沫如微細(xì)集料一樣，對(duì)細(xì)集料有補(bǔ)償作用，可以使混凝土水泥漿量增多，同時(shí)球形氣泡在混凝土拌合物中起到滾珠作用，提高混凝土的流動(dòng)性，進(jìn)而提高混凝土的工作性能。這些微小氣泡結(jié)合支撐著水泥顆粒，填塞了水泥顆粒間的空隙，從而阻斷或減少了水泥和集料顆粒周圍的多余水，減少混凝土的泌水、沉降和離析[5]。

圖3 不同摻量下各組再生混凝土 60 min 坍落度損失值

2.3 再生粗集料取代率對(duì)于再生混凝土坍落度的影響

由圖4(a)、(b)可知，摻入引氣劑有助于改善再生混凝土的保坍性能，但隨著再生粗集料取代率的增加，再生混凝土 30 min 坍落度損失隨之增大。由圖4(a)可知，當(dāng)引氣劑AE-1和 AE-2摻量為 0.03% 時(shí)，再生混凝土的 30 min 坍落度損失值隨著再生粗集料取代率的增加而增大，摻入 AE-3時(shí)，混凝土 30 min 坍損值受再生粗集料取代率的影響較小，基本保持一致。由圖4(b)可知，針對(duì) 60 min 坍落度損失值，隨著再生粗集料取代率的增加，再生混凝土 60 min坍落度損失隨之增大。相對(duì)于空白基準(zhǔn)組和其他引氣劑，AE-1的保坍能力最強(qiáng)，不同再生粗集料取代率下坍落度損失值均小于空白基準(zhǔn)組，當(dāng)再生再生粗集料取代率為 100%時(shí)，其坍落度損失值為 90 mm， 遠(yuǎn)小于基準(zhǔn)組 110 mm。

圖4 引氣劑摻量為 0.03% 時(shí)不同取代率下混凝土坍落度損失

隨再生粗集料取代率增大，摻入引氣劑的再生混凝土中有效引氣量減小，滾珠效應(yīng)減??；其次再生粗集料的吸水率比天然集料大，同等條件下再生粗集料比天然集料從混凝土中吸附更多自由水，使混凝土和易性變差，坍落度減小，從而造成坍落度損失增大。

3 結(jié) 語

(1) 對(duì)于3種引氣劑在混凝土中的引氣能力， AE-3的引氣能力最佳，AE- 1、AE-2的引氣能力相近。隨再生粗集料取代率的增大，引氣劑的引氣能力下降。

(2)AE-2和 AE-3可增大再生混凝土的初始坍落度，但兩者在混凝土中形成的氣泡不穩(wěn)定，保坍性能不佳；而AE-1 在適宜的摻量下，可在再生混凝土中形成細(xì)密封閉穩(wěn)定的氣泡，雖然對(duì)混凝土初始坍落度無明顯影響，但使混凝土具有較好的保坍性能。

(3) 隨著混凝土中再生粗集料取代率的增大，再生混凝土的坍落度損失隨之增大，且早期坍落度損失增大更為明顯。

(4) 綜合考慮引氣劑和再生粗集料取代率對(duì)于混凝土初始坍落度及保坍能力的影響，以及建筑廢棄混凝土的資源化綜合利用量，當(dāng)選取 AE- 1（摻量為 0.03%～ 0.06%），再生粗集料取代率為 100% 時(shí)，配置出的再生混凝土綜合性能及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益最佳。