再生骨料混凝土調(diào)節(jié)劑在混凝土中的應(yīng)用

周漢章，楊水平

（長(zhǎng)沙益友建筑科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 523820）

0 前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和國(guó)民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)快速更新迭代的時(shí)期，有大量的陳舊建筑、大批的棚戶區(qū)、城中村進(jìn)行拆遷改造，也因此帶來(lái)了大量的建筑垃圾（廢棄混凝土）。作為人口大國(guó)，資源雖然豐富，但消耗十分龐大，事實(shí)證明我們的原材料正面臨著消耗殆盡的風(fēng)險(xiǎn)，因而廢棄的混凝土和建筑垃圾回收再利用是非常必要的，再生混凝土技術(shù)的發(fā)展正符合當(dāng)下的趨勢(shì)，將建筑垃圾中的廢棄混凝土加工成再生骨料，在很大的程度上可以緩解建筑垃圾帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題和解決建筑材料資源匱乏問(wèn)題。

1 關(guān)于再生骨料

1.1 再生骨料的概念

再生骨料英文為 Recycled Aggregate 簡(jiǎn)稱(chēng)為 RA，是指利用廢棄混凝土破碎加工而成的再生骨料，經(jīng)特定的清洗和篩分等一系列加工處理后，得到粒徑在5～40mm 為再生粗骨料，粒徑 5mm 以下的稱(chēng)為再生細(xì)骨料。

1.2 再生骨料的特性

再生骨料在破碎前（建筑垃圾）表面都會(huì)有一些硬化的舊水泥漿和砌墻的砂漿存在，而且混凝土構(gòu)建在機(jī)械分解、破碎的過(guò)程中由于受到不規(guī)則外力的作用損傷和積累，導(dǎo)致再生骨料表面和內(nèi)部存在大量不規(guī)則的裂紋，這導(dǎo)致未經(jīng)過(guò)處理的再生骨料具有密度小、吸水率高、孔隙率較高、表面粗糙、棱角多、界面粘結(jié)力差、壓碎指標(biāo)高和強(qiáng)度較低的特點(diǎn)。

1.3 國(guó)內(nèi)外建筑垃圾循環(huán)利用發(fā)展趨勢(shì)

20 世紀(jì)中葉，前蘇聯(lián)、日本、德國(guó)、歐洲等很多國(guó)家和地區(qū)已展開(kāi)對(duì)廢棄混凝土的處理和資源化利用的研究，建筑垃圾管理與資源化利用水平要領(lǐng)先于我國(guó)。

日本作為資源短缺的國(guó)家，對(duì)再生骨料混凝土的開(kāi)發(fā)與利用很重視廢棄混凝土利用率高達(dá) 90%。美國(guó)采用再生骨料投入道路施工建設(shè)的州有二十余個(gè)，已有超過(guò) 15 個(gè)州已經(jīng)制定了關(guān)于再生骨料的規(guī)程，1995 年美國(guó)環(huán)境保護(hù)署資助研發(fā)、出版了《建筑垃圾管理指南》。德國(guó)各個(gè)地區(qū)都己經(jīng)建立起了建筑垃圾的綜合利用加工廠，在首都柏林有二十余家[1]。1972 年，德國(guó)頒布《廢棄物處理法》，1994 年頒布《循環(huán)經(jīng)濟(jì)和廢棄物處置法》，該法規(guī)將循環(huán)經(jīng)濟(jì)的思想廣泛發(fā)散演變到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，制定了管理廢棄物的方式方法，1996 年后又頒布了《循環(huán)經(jīng)濟(jì)與廢棄物管理法》，進(jìn)一步提升了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的概念，為廢棄物的利用配套了法律體系。1992 年，英國(guó)頒布了《廢棄物管理法》，以此規(guī)范城市廢棄物的管理。還在其關(guān)于垃圾處理的總戰(zhàn)略中提出，將要在 2020 年實(shí)現(xiàn)建筑垃圾為零[1]。1997年，荷蘭頒布了《禁止傾倒可回收再利用的廢棄物》。

近年來(lái)，我國(guó)已頒布《城市建筑垃圾管理規(guī)定》、《綠色施工導(dǎo)則》、《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》、《建筑垃圾資源化利用行業(yè)規(guī)范條件》與《建筑垃圾資源化利用行業(yè)規(guī)范條件公告管理暫行辦法》。2011 年，北京出臺(tái)《全面推進(jìn)建筑垃圾綜合管理循環(huán)利用工作意見(jiàn)》和相關(guān)規(guī)劃方案。2017 年 1 月 9日，《建筑垃圾資源化利用行業(yè)規(guī)范條件》和《建筑垃圾資源化利用行業(yè)規(guī)范條件公告管理暫行辦法》發(fā)布，《再生混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》與《再生混合混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，將會(huì)對(duì)我國(guó)建筑垃圾資源化利用的水平與再生骨料應(yīng)用水平具有推動(dòng)作用。2017 年 1 月 17日，《建筑垃圾處理技術(shù)規(guī)范》征求意見(jiàn)討論會(huì)在北京召開(kāi)。

2 再生骨料加工工藝

再生骨料的制備工藝，主要通過(guò)錘擊、切割、分揀等方式進(jìn)行一級(jí)處理，再將廢棄混凝土進(jìn)行初次破碎，然后將破碎后的粗骨料經(jīng)過(guò)一次或者多次細(xì)破后得到。經(jīng)過(guò)處理后的再生粗骨料[2]，粒徑一般為 5～40mm，將經(jīng)過(guò)加工的再生骨料進(jìn)行加溫、二級(jí)破碎（如球磨機(jī)）和二級(jí)篩分后，可以獲得高質(zhì)的再生骨料。國(guó)際材料與結(jié)構(gòu)研究實(shí)驗(yàn)聯(lián)合會(huì)（RILEM）組織在新版規(guī)范里明確地說(shuō)明了再生骨料可以分為三個(gè)等級(jí)，一級(jí)骨料是在砌體工程中產(chǎn)生的，二級(jí)骨料主要來(lái)源于廢棄混凝土，三級(jí)骨料是兩種骨料的混合[3]。該組織對(duì)再生骨料的性能指標(biāo)如表1。我國(guó)再生骨料性能指標(biāo)如表2 所示。

表1.I L E M 對(duì)再生骨料的性能要求

3 再生骨料混凝土試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)材料的選擇

水泥：臺(tái)泥 P·O42.5R，細(xì)度 23%，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 29%，初凝時(shí)間 135min，終凝時(shí)間 3.4h，抗壓強(qiáng)度3 天 36MPa，28 天 50MPa，抗折強(qiáng)度 3 天 6.2MPa，28 天 8.1MPa。

粉煤灰：河電Ⅱ級(jí)煤灰，細(xì)度 25%，需水量比105%，燒失量 7%，三氧化硫 2%。

礦渣粉：日照 S95 礦粉，密度 2.8g/cm3，比表面積400m2/kg，活性指數(shù) 7 天 80%，28 天 100%，玻璃體含量 80%，放射性合格。

河砂：東江Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù) 2.7%，含泥量1.5%。

減水劑：東莞洛美建材 LM-S2 聚羧酸減水劑，減水率大于 25%，含固量 20%。

再生骨料混凝土調(diào)節(jié)劑：長(zhǎng)沙益友建筑科技有限公司，密度 1.010g/cm3，含氣量小于 2%，氯離子含量小于0.010%。該調(diào)節(jié)劑具有增強(qiáng)型組分、改性聚羧酸類(lèi)分散及保坍促進(jìn)組分、小分子組分、粘土吸附及絡(luò)合組分、漿體狀態(tài)調(diào)節(jié)成分，可促進(jìn)水泥水化并節(jié)約水泥，促進(jìn) Aft 生成和分散作用使水化凝膠結(jié)構(gòu)致密。

水：自來(lái)水。

粗骨料：使用再生骨料與天然骨料兩種，其性能指標(biāo)數(shù)據(jù)如表3，吸水率隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 天然骨料與再生骨料吸水率隨時(shí)間的變化 %

從表4 數(shù)據(jù)可以看出，在吸水率這一指標(biāo)上，再生骨料要明顯高于天然骨料。在前 lmin 內(nèi)，再生骨料吸水率是天然骨料的 10 倍，對(duì)于天然骨料來(lái)說(shuō)，30min到 24 小時(shí)以?xún)?nèi)吸水率上升還比較明顯，而再生骨料吸水性較強(qiáng)，基本上在前 30min 內(nèi)就達(dá)到飽和狀態(tài)。[4]

3.2.30 再生骨料混凝土試配

表5 為 C30 再生骨料混凝土配合比，按不同再生骨料取代率設(shè)計(jì)，取代率分別為 100%、70%、50% 同時(shí)在同等取代率下比對(duì)使用再生骨料調(diào)節(jié)劑的效果。

3.3 再生骨料混凝土性能

再生骨料混凝土工作性能及力學(xué)性能見(jiàn)表6。

3.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

從試驗(yàn)結(jié)果表6 可以看出，基準(zhǔn)配合比混凝土出機(jī)狀態(tài)良好，半小時(shí)和 2 小時(shí)保坍良好，7 天強(qiáng)度82.6%、28 天強(qiáng)度 125%。

A 為全再生骨料配合比用水量為 180kg，減水劑最初摻量為 2.2%，但在攪拌中發(fā)現(xiàn)用水量和減水劑摻量都不夠，遂將用水量加至 185kg，減水劑摻量加至2.6%?；炷脸鰴C(jī)狀態(tài)一般，容重比較輕，初始坍落度擴(kuò)展度較小，半小時(shí)后坍損坍損非常大，28 天強(qiáng)度也只有 89%。這充分證明了再生骨料吸水性大、孔隙率大對(duì)強(qiáng)度的影響。

B 配合比與 A 配合比同為 100% 再生粗骨料，添加再生骨料調(diào)節(jié)劑后用水量為 165kg，減水劑摻量 2.2%，混凝土的出機(jī)狀態(tài)一般，保坍效果一般，但比沒(méi)有添加再生骨料混凝土調(diào)節(jié)劑保坍效果好很多，強(qiáng)度方面 7 天強(qiáng)度達(dá)到 78%、28 天強(qiáng)度達(dá)到 97%，比 A 配方強(qiáng)度高8%。

C 為再生骨料取代率 70%，未添加再生骨料調(diào)節(jié)劑，用水量為 170kg，減水劑摻量為 2.6%，混凝土出機(jī)狀態(tài)一般料比較粘稠而且流動(dòng)性一般，2 小時(shí)后坍損非常大，28 天強(qiáng)度達(dá)到 96% 未達(dá)到配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

D 配方為添加再生骨料混凝土調(diào)節(jié)劑摻量為1.2%， 減水劑摻量 2.4%，混凝土出機(jī)和易性、流動(dòng)性良好，保坍效果明顯比 C 配方好，強(qiáng)度方面 7 天強(qiáng)度達(dá)到 85%、28 天強(qiáng)度達(dá)到 114%。

E 配方再生骨料取代率為 50%，減水劑摻量為2.6%，混凝土出機(jī)狀態(tài)比較好，初始和 2 小時(shí)坍損都比較大，強(qiáng)度 28 天達(dá)到 102%。

F 配方添加再生骨料混凝土調(diào)節(jié)劑（1.2%）后，減水劑摻量 2.2%，用水量為 160kg，混凝土出機(jī)包裹性、流動(dòng)性好，漿體富有光澤，保坍效果好，7 天強(qiáng)度達(dá)到89.6%、28 天強(qiáng)度達(dá)到 123%，與基準(zhǔn)配方相當(dāng)。

表5 混凝土配合比.g/m3

表6 再生骨料混凝土調(diào)節(jié)劑試配數(shù)據(jù)

4 總結(jié)分析

綜上可知，再生粗骨料空隙率高、吸水率大。在試配過(guò)程中也證實(shí)了隨著再生骨料取代率的提高，用水量和減水劑摻量也隨之提高，再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度隨著再生骨料取代率和用水量的增大而降低。再生骨料砂漿界面多孔、過(guò)渡層較寬、晶體結(jié)晶取向不均勻和大量微裂紋等缺陷導(dǎo)致再生骨料混凝土的宏觀性能弱于一般混凝土。

而使用再生骨料混凝土調(diào)節(jié)劑后無(wú)論是混凝土狀態(tài)還是后期強(qiáng)度都有很大幅度的改善，這是因?yàn)樵偕橇匣炷琳{(diào)節(jié)劑從成分上含有增強(qiáng)型組分、改性聚羧酸類(lèi)分散及保坍促進(jìn)組分、小分子組分、粘土吸附及絡(luò)合組分、漿體狀態(tài)調(diào)節(jié)成分促進(jìn)水化并節(jié)約水泥，促進(jìn) Aft生成和分散作用使水化凝膠結(jié)構(gòu)致密并提高強(qiáng)度。