強(qiáng)化再生粗骨料物理性能試驗(yàn)研究

劉曉龍,譚波,劉紀(jì)艷,孫鵬峰,陳志強(qiáng),段緒勝*

強(qiáng)化再生粗骨料物理性能試驗(yàn)研究

劉曉龍1,譚波2,劉紀(jì)艷1,孫鵬峰1,陳志強(qiáng)1,段緒勝1*

1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院, 山東 泰安 271018 2. 山東省平陰縣水務(wù)局規(guī)劃科, 山東 平陰 250400

本文從低成本處理技術(shù)入手，選用了三種化學(xué)溶液分別對再生粗骨料進(jìn)行了強(qiáng)化處理，分析了影響處理后強(qiáng)化再生骨料物理性能的因素，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過化學(xué)溶液處理后的再生粗骨料其物理性能有一定改善，且改善效果與化學(xué)溶液的種類有關(guān)。

再生粗骨料; 強(qiáng)化處理; 物理性能

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國建筑行業(yè)前所未有地飛速發(fā)展，新的建筑物不斷地興建，與此同時(shí)，不符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求的舊建筑物需要拆除，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年混凝土使用量大約為20億m3，砂石用量要在億噸以上，同時(shí)，全世界廢棄的混凝土總量也超過了億噸。過度開采砂石等天然骨料使生態(tài)環(huán)境日益惡化，落后的廢棄混凝土處理方法也造成了資源的極大浪費(fèi)[1]。

目前，我國絕大部分廢棄混凝土都是未經(jīng)任何處理，便被施工單位運(yùn)往郊外或鄉(xiāng)村，露天堆放或填埋。不僅占用大量土地資源，耗用大量的拆卸費(fèi)、征用土地費(fèi)、垃圾清運(yùn)費(fèi)等建設(shè)經(jīng)費(fèi)，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)給人們的正常生活造成了很大的不便和威脅。本文是根據(jù)“十二五”國家科技支撐計(jì)劃中的村鎮(zhèn)規(guī)劃和環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施配置關(guān)鍵技術(shù)研究與示范，在低成本村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施與環(huán)境建設(shè)技術(shù)研究與示范的課題下進(jìn)行的，目的是為了增強(qiáng)再生粗骨料的使用，減輕廢棄混凝土帶來的污染問題，減少資源浪費(fèi)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

再生混凝土骨料的開發(fā)應(yīng)用是必要的、迫切的、也是可行的，再生骨料和再生混凝土的開發(fā)應(yīng)用，完全滿足世界環(huán)境組織提出的“綠色”三大含義：（1）節(jié)約資源、能源；（2）不破壞環(huán)境,更有利于環(huán)境；（3）可持續(xù)發(fā)展,既可滿足當(dāng)代人的需求，又不危害后代人滿足其需要的能力[2]。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 強(qiáng)化劑 試驗(yàn)試選了三種強(qiáng)化再生粗骨料的強(qiáng)化劑，分別為801膠、土壤固化劑和水性環(huán)氧AB膠，其參數(shù)見表1~4。

表 1 801膠參數(shù)性能

表 2 土壤固化劑混凝土養(yǎng)護(hù)劑參數(shù)性能

表 3 A膠參數(shù)性能

表 4 B膠參數(shù)性能

1.1.2 再生粗骨料 用來制備再生粗骨料的混凝土有兩種：一種是在實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)后的C20、C30混凝土試驗(yàn)廢料，另一種是泰安市某公路混凝土路面拆除的廢棄混凝土。將不同來源的混凝土樣本帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)人工初步破碎后，再利用顎式破碎機(jī)進(jìn)行機(jī)械破碎，得到再生粒徑30 cm以下的再生骨料，然后用不同孔徑的方孔篩網(wǎng)進(jìn)行篩分，選取滿足試驗(yàn)的再生粗骨料[3]。

1.1.3 強(qiáng)化再生粗骨料 滿足試驗(yàn)的再生粗骨料分成兩等份，選取其中一部分，用增強(qiáng)劑801膠、土壤固化劑和水性環(huán)氧AB膠進(jìn)行強(qiáng)化，遵照使用說明書，各類膠體按一定比例用水稀釋，把再生粗骨料放入稀釋后的溶液中浸泡1 h，浸泡時(shí)溶液要全面掩蓋粗骨料，浸泡完成后撈出，在自然條件下進(jìn)行風(fēng)干。通過化學(xué)漿液對再生粗骨料進(jìn)行浸漬、淋洗、干燥等處理,或直接填充再生粗骨料的空隙，或與集料中的某些成分反應(yīng)，生成物能填充再生粗骨料的孔隙，或漿液能將再生粗骨料本身微細(xì)裂紋粘合等[4]。對各類粗骨料進(jìn)行編號(hào)，見表5。

圖 1 再生粗骨料強(qiáng)化

圖 2 強(qiáng)化后的再生粗骨料

對于制備的各種再生粗骨料和強(qiáng)化再生粗骨料編號(hào)，見表5。

表 5 粗骨料樣本試驗(yàn)編號(hào)

1.2 試驗(yàn)方法

目前由于沒有強(qiáng)化再生粗骨料基本性能測試的規(guī)程，本文參照《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》（JGJ53-92）和《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》（GB50666-2011）對不同來源的再生粗骨料和不同強(qiáng)化方式的再生粗骨料進(jìn)行基本物理性能測試。

2 結(jié)果及分析

2.1 強(qiáng)化再生粗骨料吸水率試驗(yàn)

從表6可見，再生粗骨料和強(qiáng)化再生粗骨料的吸水率遠(yuǎn)高于天然粗骨料的吸水率，RA1吸水率是天然骨料吸水率的19.9倍，RA2吸水率是天然骨料吸水率的7.2倍。因此，不同來源的再生粗骨料吸水率差別較大。強(qiáng)化的再生粗骨料較未強(qiáng)化的吸水率略微降低，最大降低率為0.20%，最小降低率為0.08%，強(qiáng)化對于再生混凝土具有一定的作用。再生粗骨料吸水率較大的原因是因?yàn)樵偕止橇项w粒棱角多，表面面積大，組分中包含相當(dāng)數(shù)量的硬化水泥砂漿，再加上水泥石本身孔隙比較大，且在破碎過程中，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的微裂縫，而經(jīng)過漿液強(qiáng)化后，再生粗骨料表面又被裹了一層厚厚的硬化漿液，這又會(huì)在一定程度上增大其吸水率，也導(dǎo)致了再生粗骨料混凝土比天然粗骨料混凝土需要更多的拌和水[5]。

表 6 粗骨料的吸水率

圖 3 粗骨料的吸水率

從表6和圖3中可以看出，同類混凝土的強(qiáng)化再生粗骨料的吸水率與強(qiáng)化溶液的種類原始材料有關(guān)，最大相差0.15%，最小相差0.6%，原材料吸水率越大，強(qiáng)化后吸水率越低，強(qiáng)化的效果越明顯。吸水率越小，強(qiáng)化效果越不明顯。水性環(huán)氧樹脂的強(qiáng)化效果優(yōu)于801膠和土壤固化劑。各種膠溶液對于同種再生粗骨料的強(qiáng)化結(jié)果相差不大，但不同來源的再生粗骨料之間的吸水率差別較大[6]。因此，廢棄混凝土的類型是影響強(qiáng)化再生粗骨料吸水率的主要因素。

表 7 強(qiáng)化再生粗骨料的吸水率

從上表可見，同種來源的強(qiáng)化再生粗骨料的吸水率有一定的差別，最大相差0.15%，最小相差為0.6%，同時(shí)原材料吸水率越大，強(qiáng)化的效果越明顯。反之，吸水率越小，強(qiáng)化效果越不明顯。

綜合分析本次試驗(yàn)所選的強(qiáng)化再生粗骨料的來源及吸水率試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到結(jié)論：廢棄混凝土中的水泥砂漿、雜質(zhì)的含量和裂紋是影響強(qiáng)化再生粗骨料吸水率的主要原因。與再生粗骨料相比，強(qiáng)化再生粗骨料的吸水率有降低，對于制備低強(qiáng)度混凝土有一定的優(yōu)勢，參考801膠、土壤固化劑和水性環(huán)氧樹脂的價(jià)格與提升的強(qiáng)度，選擇801膠強(qiáng)化是最優(yōu)強(qiáng)化方法。

2.2 強(qiáng)化再生粗骨料表觀密度試驗(yàn)

由表8可見，對于相同來源的再生骨料，未強(qiáng)化的再生粗骨料表觀密度略小于強(qiáng)化的再生粗骨料的表觀密度。試驗(yàn)表明再生粗骨料內(nèi)部的裂紋影響了骨料的密實(shí)度。在強(qiáng)化的過程中部分裂縫被填充和修復(fù)，提高了強(qiáng)化再生粗骨料的表觀密度。SA3表觀密度較大是因?yàn)樽匀画h(huán)境雜質(zhì)填充了部分氣孔，導(dǎo)致表觀密度增大。

表 8 粗骨料的表觀密度

表 9 強(qiáng)化再生粗骨料的表觀密度

由表9可以看出，同種來源的再生粗骨料在不同強(qiáng)化方式下其表觀密度差別不大。水性環(huán)氧樹脂強(qiáng)化的再生粗骨料較土壤固化劑和801強(qiáng)化的再生粗骨料表的觀密度略大一點(diǎn)，顯然，再生粗骨料的表觀密度越大，強(qiáng)化后表觀密度的差別卻越不明顯。通過分析比較，對再生粗骨料表觀密度的提升，水性環(huán)氧樹脂AB膠的強(qiáng)化效果是最明顯。

綜合分析不同來源的再生粗骨料，比較再生粗骨料與強(qiáng)化粗骨料的表觀密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到結(jié)論：原始混凝土的強(qiáng)度、砂漿含量以及再生混凝土中的裂紋是影響再生粗骨料表觀密度的最主要因素，不同類別的強(qiáng)化劑對再生粗骨料的表觀密度也有一定的影響。制備低強(qiáng)度再生混凝土?xí)r，化學(xué)溶液對再生粗骨料的提升有一定效果，其中水性環(huán)氧樹脂AB膠的強(qiáng)化最為顯著。

2.3 再生粗骨料壓碎指標(biāo)試驗(yàn)

壓碎值是衡量集料抵抗壓力的性能指標(biāo)。粗骨料壓碎值用來表示粗骨料在逐漸增加的荷載下抵抗壓碎的能力，是衡量粗骨料力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)。強(qiáng)化再生粗骨料、再生粗骨料和天然粗骨料的壓碎指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果如表10所示。

表 10 粗骨料的壓碎指標(biāo)

由表10和圖4可以看出，強(qiáng)化后的再生粗骨料的壓碎指標(biāo)高于天然粗骨料，與再生粗骨料相比也略有提高。其中，SA3的壓碎值最大，達(dá)到16.48%。分析其原因，強(qiáng)化再生粗骨料內(nèi)部含有水泥砂漿，在生產(chǎn)過程中內(nèi)部出現(xiàn)許多裂紋，這兩個(gè)原因使得強(qiáng)化再生粗骨料的壓碎值大大提高?；炷潦茏匀画h(huán)境的侵蝕，降低了粗骨料的強(qiáng)度，同時(shí)增大了壓碎值。低于再生粗骨料的壓碎指標(biāo)是因?yàn)樵趶?qiáng)化過程中修復(fù)了部分裂紋，使得再生粗骨料的強(qiáng)度得以提高。

圖 4 粗骨料的壓碎指標(biāo)

表 11 強(qiáng)化再生粗骨料的壓碎指標(biāo)

由上表可以看出，同種來源的再生粗骨料經(jīng)801膠、土壤固化劑和水性環(huán)氧樹脂AB膠強(qiáng)化后的壓碎指標(biāo)有一定差異，但差異不明顯。不同來源的再生粗骨料經(jīng)相同溶液強(qiáng)化后的壓碎指標(biāo)相差巨大。分析其原因，不同來源的再生粗骨料性能差別巨大，再生粗骨料的強(qiáng)化方式雖然可以修復(fù)部分損傷，但本質(zhì)性能差異無法改變。

3 討論

試驗(yàn)采用801膠、土壤固化劑和水性環(huán)氧AB膠三種化學(xué)溶液，對實(shí)驗(yàn)室獲取的再生骨料及工程拆除的廢棄混凝土得到的再生骨料進(jìn)行了強(qiáng)化處理，本實(shí)驗(yàn)從低成本處理方面入手，在化學(xué)溶液選擇、處理方式、處理時(shí)長等方面進(jìn)行篩選。再生粗骨料強(qiáng)化后，其吸水率、壓碎指標(biāo)較原始粗骨料均有一定改觀，但效果不是很明顯，這與原始粗骨料在化學(xué)溶液的浸泡時(shí)長、化學(xué)溶液的種類、處理方式有很大關(guān)系。再生粗骨料在混凝土制備中得不到很好推廣和應(yīng)用的主要原因是其吸收率大，配置的混凝土強(qiáng)度相對較低，且制備的混凝土的收縮率大。

因此，為了將再生粗骨料在工程中擴(kuò)大應(yīng)用范圍，必須使再生粗骨料進(jìn)行處理，關(guān)于再生粗骨料的強(qiáng)化處理還需進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究。如利用高頻振動(dòng)的方法使化學(xué)溶液能快速浸入再生粗骨料的裂縫及開口孔隙中，加大再生粗骨料的強(qiáng)化效果；在處理溫度、時(shí)長等方面進(jìn)行探討，研究化學(xué)溶液在不同溫度、不同處理時(shí)長對再生粗骨料的強(qiáng)化處理效果。通過SEM電鏡、磁核共振等方法對強(qiáng)化處理后的再生粗骨料的固化物、孔、縫及修復(fù)效果進(jìn)行微觀分析。確定再生粗骨料強(qiáng)化最佳效果的化學(xué)溶液及其配制方法、強(qiáng)化處理方法和處理時(shí)長等，提高再生骨料的物理性能，擴(kuò)大再生骨料的應(yīng)用范圍。

4 結(jié)論

本文通過分比較析強(qiáng)化再生粗骨料與粗骨料的吸水率、表觀密度和壓碎指標(biāo)等基本物理性能參數(shù)，得出以下結(jié)論：

（1）由強(qiáng)化再生粗骨料基本性能、工作性能試驗(yàn)得出：不同種類的化學(xué)溶液強(qiáng)化的再生粗骨料較未強(qiáng)化的再生粗骨料的物理性能有一定提升，其強(qiáng)化效果與化學(xué)溶液的種類有關(guān)；

（2）在設(shè)定的實(shí)驗(yàn)室條件下，化學(xué)溶液對密實(shí)度較低的混凝土再生粗骨料的強(qiáng)化效果比密實(shí)度高的混凝土再生粗骨料的強(qiáng)化效果好。

[1] 李坤.再生骨料及再生混凝土基本性能研究[D].大連:大連理工大學(xué),2006

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[3] 彭春元,李耀熙,樊雯雯,等.再生粗骨料的制備試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料,2014(3):20-22

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Experimental Study on the Physical Performance of Strengthened Recycled Coarse Aggregate

LIU Xiao-long1, TAN Bo2, LIU Ji-yan1, SUN Peng-feng1, CHEN Zhi-qiang1, DAN Xu-sheng1*

1.College of Water Conservancy and Civil Engineering/Shandong Agricultural University, Taian 271018,2.250400,

This article obtained from the low cost processing technology to intensively treat the recycled coarse aggregates with three kinds of chemical solutions respectively and analyzed the factors influencing on their physical performance. The experimental results showed that physical performance of recycled coarse aggregates had been improved to some extent after dealing with the chemical solutions and and improvement was in relation to the types of chemical solutions.

Strengthened recycled coarse aggregate; strengthen the processing; physical performance

TU5

A

1000-2324(2018)06-0933-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2018.06.006

2017-06-23

2017-07-10

劉曉龍(1992-),男,碩士研究生,研究方向:結(jié)構(gòu)工程.E-mail:214820326@qq.com

Author for correspondence. E-mail:tumudxs@126.com