再生骨料預(yù)處理對(duì)透水混凝土性能的影響

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(濟(jì)南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022)

目前我國(guó)大量的建筑垃圾采用露天堆積或掩埋的方式進(jìn)行處理，僅僅不到10%的建筑垃圾能夠重復(fù)利用[1-3]。這種方式處理占用很大的土地面積，浪費(fèi)寶貴的土地資源，而且天然的建筑材料資源日趨短缺，在開(kāi)采過(guò)程中破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，造成水土流失，容易形成人與環(huán)境相爭(zhēng)的惡性循環(huán)[4-6]。如何能夠建筑垃圾重復(fù)利用成為當(dāng)今我國(guó)亟待處理的問(wèn)題。隨著我國(guó)海綿城市理念的提出，建筑垃圾制備再生骨料成為一條新的途徑。

再生骨料是將廢棄混凝土經(jīng)過(guò)破碎篩選后得到的骨料，然而在破碎過(guò)程中會(huì)使再生骨料內(nèi)部產(chǎn)生大量裂紋，內(nèi)部充滿大量孔隙，降低了骨料的物理性能。而海綿城市需要的并不是擁有特殊抗壓強(qiáng)度的透水混凝土，為此將再生骨料制備成透水混凝土成為可能。針對(duì)再生骨料低物理性能的情況下，本文通過(guò)設(shè)計(jì)水泥裹漿法與丙烯酸鈣浸泡兩種方法提前預(yù)處理再生骨料，然后配制成相應(yīng)透水目標(biāo)的透水混凝土，以此研究再生骨料預(yù)處理對(duì)透水混凝土性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑、材料

碳酸鈣(AR，99.5%)；丙烯酸(AR,99.9%)；普通硅酸鹽水泥(P.O. 42.5)。

針對(duì)本項(xiàng)目研究特點(diǎn)，其由廢棄混凝土路面經(jīng)破碎篩選成5～20mm的骨料。按照國(guó)標(biāo)CJ/T 400-2012《再生骨料地面磚和透水磚》及國(guó)標(biāo)GB/T14685-2011《建設(shè)用卵石、碎石》，其再生骨料的物理性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 再生骨料物理性能

1.2 方法

將碳酸鈣過(guò)量加入到丙烯酸溶液中，并不斷攪拌24 h，過(guò)濾得到丙烯酸鈣單體。將再生骨料浸泡到丙烯酸鈣溶液中，設(shè)置溶液濃度為1%、2%，設(shè)定為G1和G2組。水泥裹漿法為配制水灰比為0.8的水泥漿，其中摻入水泥質(zhì)量為 0.3%的減水劑，將再生骨料倒入攪拌機(jī)中，加入一定量的水泥漿，開(kāi)機(jī)攪拌3min，使水泥漿完全包裹骨料，然后養(yǎng)護(hù)7 d待用。水泥裹漿設(shè)定為G3組。

再生骨料透水混凝土的配比設(shè)計(jì)見(jiàn)表2，設(shè)計(jì)透水目標(biāo)孔隙率20%。制作100 mm×100 mm×100 mm立方體試塊；采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方法，測(cè)試透水混凝土28 d齡期的抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度及透水系數(shù)。

表2 再生骨料透水混凝土配比

2 結(jié)果與分析

2.1 再生骨料的壓碎指標(biāo)與吸水率

再生骨料預(yù)處理后的壓碎指標(biāo)如圖1所示。

由圖1可知，經(jīng)過(guò)預(yù)處理工序后再生骨料的壓碎指標(biāo)均有所下降，其中水泥裹漿法下降1.35%，丙烯酸鈣法處理后下降1%，其中G1和G2組差別S不大。

圖2是經(jīng)過(guò)處理的再生骨料吸收率圖，由圖可知，經(jīng)過(guò)丙烯酸鈣處理后的再生骨料的吸水率明顯下降，其中G2組下降0.6%。水泥裹漿法處理的再生骨料其吸水率下降并不明顯，可能是由于再生骨料表面包裹的水泥漿吸水。導(dǎo)致再生骨料整體吸水率增大的原因。

圖1 再生骨料預(yù)處理壓碎指標(biāo)圖

圖2 再生骨料吸水率圖

2.2 再生骨料預(yù)處理對(duì)透水混凝土抗壓與抗折強(qiáng)度影響

圖3為再生骨料透水混凝土的28 d抗壓與抗折強(qiáng)度圖，由圖3可知，經(jīng)過(guò)丙烯酸鈣處理的再生骨料制備的透水混凝土抗壓強(qiáng)度最高，比G0空白組高6.1 MPa，同樣G2組的抗折強(qiáng)度也比G0組高1.1 MPa。水泥裹漿的G3組抗壓強(qiáng)度比G0組高5.3 MPa，抗折強(qiáng)度高1.01 MPa。由此可以說(shuō)明經(jīng)過(guò)再生骨料預(yù)處理工序，可以提高透水混凝土的抗壓強(qiáng)度，提高透水混凝土的力學(xué)性能。

圖3 不同系列再生骨料透水混凝土的強(qiáng)度

2.3 再生骨料預(yù)處理對(duì)透水混凝土孔隙率的影響

圖4為預(yù)處理后的再生骨料透水混凝土與空白組的再生骨料透水混凝土的孔隙率圖。在目標(biāo)孔隙率20%，4組混凝土配料用量相同的情況下，再生骨料的預(yù)處理對(duì)再生骨料透水混凝土的實(shí)測(cè)孔隙率有影響，實(shí)測(cè)的孔隙率隨著再生骨料堆積孔隙率的變大而增大。

圖4 不同組的再生透水混凝土孔隙率

由圖4可知，經(jīng)過(guò)水泥裹漿法處理的再生骨料混凝土孔隙率達(dá)25.7%，而空白組為20.7%，丙烯酸鈣處理的G1組和G2組孔隙率分別為22.4%和22.6%。經(jīng)過(guò)水泥裹漿法預(yù)處理的透水混凝土效果最好。由此可以說(shuō)明經(jīng)過(guò)預(yù)處理的再生骨料，在能滿足一定抗壓強(qiáng)度前提下，透水混凝土的孔隙率也能得到提高。

2.4 再生骨料預(yù)處理對(duì)透水混凝土透水系數(shù)的影響

圖5為再生骨料透水混凝土的透水系數(shù)，實(shí)測(cè)的孔隙率和透水混凝土的透水性有重要關(guān)系，再生骨料透水混凝土的透水系數(shù)隨著實(shí)測(cè)孔隙率的增大而增大。同樣配比的再生骨料透水混凝土，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后得到不同的結(jié)果。相比未處理的G0組，預(yù)處理后的透水混凝土其透水系數(shù)得到提高，更利于透水。

圖5 再生骨料透水混凝土的透水系數(shù)

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)水泥裹漿法處理后的再生骨料制備的透水混凝土，其抗壓強(qiáng)度提升5.3 MPa，孔隙率增加5.7%；丙烯酸鈣溶液浸泡處理的再生骨料制備的透水混凝土其抗壓強(qiáng)度提高6.1 MPa，孔隙率增加1.9%。通過(guò)以上的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，再生骨料預(yù)處理，一方面可以提高骨料本身的物理性能(如吸水率、壓碎指標(biāo)等)，另一方面可以增強(qiáng)再生骨料透水混凝土的力學(xué)性能，尤其是在提高透水混凝土的抗壓強(qiáng)度的前提下，再生骨料透水混凝土的孔隙率及透水系數(shù)，均得到了提升。