利用建筑垃圾制備再生混凝土的試驗(yàn)研究

張會(huì)芳 陳匯鋆 趙 飛

(1.河北建筑工程學(xué)院土木工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.河北省土木工程診斷、改造與抗災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 張家口 075000)

0 前 言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，建筑材料的用量急劇增大，同時(shí)產(chǎn)生的建筑垃圾與日俱增，隨著天然砂石的隨意開采，天然原料已經(jīng)逐漸枯竭.因此必須優(yōu)化混凝土的生產(chǎn)、使用和回收方式，走可持續(xù)發(fā)展的道路[1].用再生骨料生產(chǎn)混凝土，不僅可以減少天然骨料的開采量，還可以減少?gòu)U棄混凝土的填埋對(duì)土地的永久占用以及相應(yīng)的環(huán)境污染，同時(shí)也對(duì)混凝土行業(yè)的持續(xù)發(fā)展起到重要作用[2].目前城市建筑垃圾資源化利用較好的國(guó)家分別為德國(guó)、美國(guó)和日本，其中德國(guó)建筑材料垃圾的利用率已經(jīng)超過(guò)了70%,建筑工地垃圾利用率超過(guò)50%,城市道路開挖垃圾利用率超過(guò)92%[3].本文立足于國(guó)內(nèi)的再生骨料制備工藝及生產(chǎn)現(xiàn)狀，研究了建筑垃圾在再生混凝土中的應(yīng)用，對(duì)建筑垃圾的實(shí)際應(yīng)用具有一定的理論意義.

1 試驗(yàn)基本原料

1.1 水泥

試驗(yàn)使用張家口金隅水泥有限公司生產(chǎn)的P·F32.5型粉煤灰質(zhì)硅酸鹽水泥.基本物理學(xué)性能見表1所示.

表1 P·F32.5水泥的基本物理力學(xué)性能

1.2 細(xì)骨料

試驗(yàn)采用張家口崇禮所產(chǎn)的河砂，其技術(shù)指標(biāo)如表2所示.

表2 砂的技術(shù)指標(biāo)

1.3 粗骨料

試驗(yàn)采用張家口崇禮所產(chǎn)的碎石，其技術(shù)指標(biāo)如表3所示.

表3 碎石的技術(shù)指標(biāo)

1.4 粉煤灰

試驗(yàn)采用粉煤灰為二級(jí)粉煤灰，屬低鈣灰.

1.5 礦粉

試驗(yàn)采用水淬高爐礦渣經(jīng)過(guò)處理之后的高細(xì)度和高活性的的粉料.

1.6 減水劑

試驗(yàn)采用減水劑為聚羧酸減水劑.

2 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法

2.1 再生粗骨料的制備

試驗(yàn)采用建筑垃圾為廢棄混凝土，來(lái)自張家口河北建筑工程學(xué)院校內(nèi)拆除后的建筑垃圾.廢棄混凝土通過(guò)破碎、清洗和篩分加工制成再生粗骨料[4](粒徑大于4.75mm).用濃度為5%的水玻璃浸泡再生粗骨料1h，然后用101系列電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干，完成水玻璃對(duì)再生粗骨料的表面處理.處理過(guò)的再生粗骨料基本物理性能如表4所示.

表4 再生粗骨料的基本物理性能

采用濃度為5%的水玻璃溶液對(duì)再生粗骨料進(jìn)行表面處理，處理前后再生骨料吸水率如表5所示.

表5 再生粗骨料吸水率、含水率

從表5可看出，處理過(guò)的再生粗骨料的吸水率明顯降低.這是由于用5%水玻璃水溶液表面處理后會(huì)在骨料表面形成一層薄膜，骨料的孔隙被封住或堵塞，降低了再生粗骨料的吸水率.

2.2 試驗(yàn)方法

研究再生粗骨料取代率和礦物外加劑對(duì)強(qiáng)度的影響.確定水灰比、砂率，并以水玻璃處理過(guò)的單位質(zhì)量廢棄混凝土再生粗骨料1h吸水量作為附加用水量[5]，共配制七組不同配合比的混凝土(見表6).再生粗骨料混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度按照《普通混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法》(GB/T50081.2019)的試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定.

表6 再生混凝土配合比

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 再生粗骨料取代率對(duì)再生粗骨料混凝土性能的影響

由表7和圖1中可見，當(dāng)再生粗骨料取代率為10%、30%和50%時(shí)，破碎再生混凝土的7d抗壓強(qiáng)度平均值分別比天然骨料混凝土小5.8%、18.5%、23.9%；28d抗壓強(qiáng)度平均值分別比天然骨料混凝土小5.2%、12.5%、17.7%.產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是再生骨料由廢棄混凝土破碎而來(lái)，表面具有大量的微裂紋且附著有較為疏松的水泥砂漿，因此強(qiáng)度比天然骨料低，而且再生混凝土的強(qiáng)度主要依靠新舊界面過(guò)渡區(qū)的性質(zhì)，而再生粗骨料新舊砂漿之間的粘結(jié)區(qū)域較為薄弱；總之，再生混凝土的強(qiáng)度會(huì)隨著再生粗骨料取代率的提高而減小.

表7 不同再生粗骨料取代率情況下的抗壓強(qiáng)度(MPa)

圖1 再生粗骨料取代率對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

3.2 礦物外加劑對(duì)再生粗骨料混凝土性能的影響

由表8和圖2可見，由于礦物外加劑的摻入，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度除粉煤灰和礦粉取代率均為10%的試件28d有所降低外，其余各組均有不同程度的提高.但隨著粉煤灰摻量增加、礦渣摻量減少，再生混凝土的7d抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，28d呈上升的趨勢(shì).這種現(xiàn)象的原因是礦物外加劑活性較低，摻入礦物后，水泥總量減少，前期水化反應(yīng)不足.隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，骨料附近的水泥能夠充分水化，這樣礦物外加劑能夠充分參與水泥的水化反應(yīng)，生成低鈣型的水化硅酸鈣凝膠，填充骨料與水泥石的間隙從而混凝土的密實(shí)度提高，一定范圍內(nèi)抵消因水泥量減少導(dǎo)致的強(qiáng)度降低.

表8 不同礦物取代率再生混凝土的抗壓強(qiáng)度(MPa)

圖2 礦物外加劑取代率對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

4 結(jié) 論

(1)采用濃度為5%的水玻璃溶液對(duì)再生粗骨料進(jìn)行表面處理，處理過(guò)的再生粗骨料的吸水率明顯降低.

(2)再生粗骨料取代率為10%、30%和50%時(shí)，再生混凝土的7d抗壓強(qiáng)度分別較天然骨料混凝土平均減少5.8%、18.5%和23.9%；28d抗壓強(qiáng)度分別較天然骨料混凝土平均減少5.2%、12.5%和17.7%.雖然7d強(qiáng)度只能達(dá)到28d強(qiáng)度的50%左右，但是均滿足設(shè)計(jì)C30的強(qiáng)度要求.綜上再生混凝土的強(qiáng)度會(huì)隨著再生粗骨料取代率的增加而降低.

(3)粉煤灰和礦粉的摻入對(duì)混凝土的強(qiáng)度有較大影響，7d強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量增加、礦粉摻量降低而依次下降，礦物外加劑在短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)度方面起負(fù)作用，但礦物外加劑有利于后期的強(qiáng)度增強(qiáng).