廢棄新拌混凝土水化休眠與喚醒后再生利用

肖建莊，朱冀棟,，朱敏濤，易卓然

(1. 同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092； 2. 上海建工材料工程有限公司，上海 200086)

0 引 言

廢棄新拌混凝土占每年商品混凝土產(chǎn)量的1%～1.5%。2017年，中國商品混凝土產(chǎn)量22.98×108m3，廢棄新拌混凝土達(dá)到2 000×104～3 400×104m3，數(shù)量龐大[1-2]。針對(duì)廢棄新拌混凝土的再生利用，中國商品混凝土企業(yè)主要通過摻加水和外加劑對(duì)廢棄新拌混凝土進(jìn)行坍落度調(diào)整，然后再與新拌混凝土一同拌制成再生新拌混凝土[3-5]。然而，由于混凝土水化反應(yīng)不可逆，再生新拌混凝土的和易性會(huì)受到摻加其中的廢棄新拌混凝土原有的水化進(jìn)程影響，相較于正常新拌混凝土，隨著報(bào)廢時(shí)間的增長，再生新拌混凝土的工作性能會(huì)不斷加速劣化，同時(shí)由于廢棄新拌混凝土的等待時(shí)間到達(dá)其初凝時(shí)間，有時(shí)往往無法進(jìn)行再生利用。

針對(duì)廢棄新拌混凝土由于凝結(jié)時(shí)間而無法進(jìn)行再生利用的情況，袁惠星等[6]提出了休眠-喚醒的處理思路：先通過水化抑制劑使廢棄新拌混凝土的水化減緩至接近停滯，然后在合適的時(shí)間通過摻加水化喚醒劑使水化反應(yīng)重新恢復(fù)到正常速率，使廢棄新拌混凝土的再生利用在一定時(shí)間內(nèi)不受凝結(jié)時(shí)間的限制。

目前對(duì)于休眠-喚醒處理措施的研究主要為休眠-喚醒處理措施對(duì)于新拌混凝土中水泥水化作用機(jī)理，僅針對(duì)沒有進(jìn)入水化加速期的廢棄新拌混凝土的再生利用[7]。實(shí)際生產(chǎn)過程中廢棄新拌混凝土往往已開始發(fā)生水化反應(yīng)，和易性已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的劣化。此時(shí)，不僅要實(shí)現(xiàn)水化反應(yīng)的抑制和恢復(fù)，還應(yīng)著眼于和易性的恢復(fù)；同時(shí)，廢棄新拌混凝土的取代量對(duì)再生新拌混凝土性能的影響鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。

本文采用拌制后經(jīng)過一段時(shí)間和易性出現(xiàn)劣化的復(fù)合膠凝材料凈漿，通過研究經(jīng)休眠-喚醒處理后廢棄新拌混凝土休眠時(shí)間、凝結(jié)時(shí)間和流動(dòng)度的變化規(guī)律，確定處于同一時(shí)間段廢棄新拌混凝土的休眠-喚醒處理措施，以及采取這些措施并取代新拌混凝土拌制成再生新拌混凝土的凝結(jié)時(shí)間、坍落度和強(qiáng)度的變化規(guī)律，分析處理措施同這些性能指標(biāo)之間的關(guān)系，提出一種簡易的廢棄新拌混凝土再生利用休眠-喚醒處理措施的確定方法，為廢棄新拌混凝土的再生利用提供研究基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 休眠時(shí)間

傳統(tǒng)廢棄新拌混凝土報(bào)廢時(shí)間指廢棄新拌混凝土從開始拌制到返廠再生利用所經(jīng)過的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間通常是在8 h以內(nèi)。為了與傳統(tǒng)的報(bào)廢時(shí)間加以區(qū)別，本文將廢棄新拌混凝土保持水化活性直到其恢復(fù)水化然后進(jìn)行再生利用所經(jīng)過的時(shí)間定義為休眠時(shí)間。休眠時(shí)間由兩部分組成：混凝土或凈漿加水拌制后到廢棄的時(shí)間(報(bào)廢時(shí)間)及加入水化抑制劑使其保持水化活性直到其恢復(fù)水化進(jìn)行再生利用的時(shí)間。

1.2 基本思路

在工程實(shí)踐中經(jīng)過粗略統(tǒng)計(jì)，報(bào)廢時(shí)間在2 h及以內(nèi)的廢棄新拌混凝土約占20%；報(bào)廢時(shí)間在2 h到6 h的廢棄新拌混凝土約占60%；剩余20%的廢棄新拌混凝土都在6 h至8 h以內(nèi)。由此可知，報(bào)廢時(shí)間在2 h到6 h的廢棄新拌混凝土占商品混凝土企業(yè)報(bào)廢混凝土的大多數(shù)，且這一時(shí)間段是混凝土中水泥水化開始加速，和易性出現(xiàn)明顯劣化的階段。本文的研究對(duì)象為已經(jīng)拌制完成后一段時(shí)間，出現(xiàn)了和易性劣化的新鮮報(bào)廢混凝土，考慮到本文試驗(yàn)需要具有代表性，確定研究對(duì)象是報(bào)廢時(shí)間為4 h的廢棄新拌混凝土。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程如下：

(1)進(jìn)行復(fù)合膠凝材料凈漿預(yù)試驗(yàn)，探究水化抑制劑摻量、水化喚醒劑摻量及附加減水劑摻量對(duì)復(fù)合膠凝材料凈漿休眠時(shí)間、凝結(jié)時(shí)間和流動(dòng)度變化的影響規(guī)律，從而確定廢棄新拌混凝土的休眠-喚醒措施中的最優(yōu)外加劑摻量。其中水化抑制劑的作用是促使凈漿的水化停止，水化喚醒劑的作用是使凈漿和廢棄新拌混凝土的水化恢復(fù)，而附加減水劑的作用是使已經(jīng)出現(xiàn)和易性損失的凈漿在經(jīng)過長休眠后恢復(fù)和易性。對(duì)于凈漿休眠時(shí)間的確定，可檢測其在摻加水化抑制劑后的流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失，當(dāng)總經(jīng)時(shí)損失大于30 mm時(shí)，則認(rèn)為該凈漿結(jié)束休眠，水化恢復(fù)，從該凈漿加水到此刻的時(shí)間為休眠時(shí)間。

(2) 進(jìn)行廢棄新拌混凝土休眠-喚醒試驗(yàn)，研究休眠時(shí)間、取代率對(duì)再生新拌混凝土的坍落度、凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。由于常規(guī)C30混凝土的初凝時(shí)間在12 h左右，而本文研究目的是使廢棄新拌混凝土的再生利用能夠在一定時(shí)間內(nèi)不受到凝結(jié)時(shí)間的限制，因此本文中的休眠時(shí)間起始數(shù)值確定為12 h。在不能預(yù)見未來生產(chǎn)任務(wù)而無法進(jìn)行廢棄新拌混凝土再生利用的情況下，必須使廢棄新拌混凝土能夠休眠足夠長的時(shí)間，然后在有合適生產(chǎn)任務(wù)后通過喚醒措施使長休眠的廢棄新拌混凝土恢復(fù)水化，從而進(jìn)行再生利用，因此本文確定了2個(gè)較長的休眠時(shí)間24 h和48 h。取代率是指廢棄新拌混凝土取代部分新拌混凝土制成再生新拌混凝土后，廢棄新拌混凝土在再生新拌混凝土中的比例，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況設(shè)置為10%，30%，50%和100%。

1.3 原材料

水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，礦粉采用S95，粉煤灰采用Ⅱ級(jí)高鈣灰；粗骨料采用破碎安山巖，5～25 mm連續(xù)級(jí)配；天然砂細(xì)度模數(shù)為2.5；減水劑與附加減水劑均為同品種聚羧酸高性能減水劑；水化抑制劑選用檸檬酸和改性磷酸的復(fù)配水劑；水化喚醒劑選用Ca(NO3)2，Al2(SO4)3，Ca(OH)2三種化學(xué)藥劑的復(fù)配粉劑。

1.4 配合比設(shè)計(jì)

經(jīng)過試配，試驗(yàn)用復(fù)合膠凝材料凈漿和混凝土配合比如表1所示。

表1 凈漿和混凝土配合比Tab.1 Mix Proportions of Paste and Concrete

1.5 技術(shù)要求

為了確保本文研究的再生新拌混凝土能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，參考《混凝土外加劑》(GB 8076—2008)的受檢混凝土性能指標(biāo)，對(duì)經(jīng)休眠-喚醒處理的凈漿和再生新拌混凝土的技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)定，其中，初始時(shí)間即為經(jīng)過休眠處理的凈漿和廢棄混凝土開始進(jìn)行喚醒處理的時(shí)間；2 h的計(jì)時(shí)起點(diǎn)即為進(jìn)行喚醒處理的時(shí)間；抗壓強(qiáng)度比為再生新拌混凝土的抗壓強(qiáng)度與相同齡期基準(zhǔn)樣混凝土的抗壓強(qiáng)度的比值，具體技術(shù)指標(biāo)如表2和表3所示。

表2 休眠-喚醒處理后凈漿的技術(shù)要求Tab.2 Technical Requirements for Dormancy-recovery Treatment of Paste

表3 休眠-喚醒處理后再生新拌混凝土的技術(shù)要求Tab.3 Technical Requirements for Dormancy-recovery Treatment of Recycled Fresh Concrete

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 凈漿試驗(yàn)

復(fù)合膠凝材料凈漿的流動(dòng)度測試方法參照《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》(GB/T 8077—2012)進(jìn)行；凝結(jié)時(shí)間的測試方法參照《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》(GB/T 1346—2001)進(jìn)行。對(duì)復(fù)合膠凝材料凈漿進(jìn)行休眠處理的方式是，在凈漿加水拌制4 h以后，摻加水化抑制劑并快速攪拌30 s。喚醒處理的方式是，在凈漿休眠時(shí)間達(dá)到48 h時(shí)，摻加水化喚醒劑和附加減水劑，然后快速攪拌60 s。

復(fù)合膠凝材料凈漿試驗(yàn)的基準(zhǔn)樣初始流動(dòng)度為285 mm，2 h流動(dòng)度為230 mm，4 h流動(dòng)度(凈漿在達(dá)到報(bào)廢時(shí)間進(jìn)行休眠處理時(shí)的流動(dòng)度，當(dāng)休眠期間的凈漿流動(dòng)度相較于基準(zhǔn)樣4 h流動(dòng)度減少了30 mm以上，確認(rèn)為凈漿休眠時(shí)間結(jié)束)為140 mm；初凝時(shí)間為640 min，終凝時(shí)間為955 min。

2.1.1 水化抑制劑對(duì)凈漿休眠時(shí)間的影響與分析

水化抑制劑摻量對(duì)復(fù)合膠凝材料凈漿休眠時(shí)間的影響如圖1所示。從圖1可以看出，隨著水化抑制劑摻量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))提高，凈漿的休眠時(shí)間快速增大，當(dāng)水化抑制劑摻量從0.3%增加到0.4%時(shí)，凈漿的休眠時(shí)間增加6 h；當(dāng)水化抑制劑摻量從0.7%增加到0.8%時(shí)，凈漿的休眠時(shí)間增加29 h。

圖1 水化抑制劑對(duì)凈漿休眠時(shí)間的影響Fig.1 Effect of Hydration-inhibitor Agent on Paste Dormancy Time

這種現(xiàn)象是由于磷酸鹽和檸檬酸復(fù)合作用所造成的。在常規(guī)情況下，檸檬酸形成的不穩(wěn)定絡(luò)合物會(huì)隨著水化過程的進(jìn)行而破壞，但是在磷酸鹽復(fù)合使用的情況下，水化抑制效果成倍增加，附著在水泥顆粒表面阻礙水化的膜層更厚且不易破壞，使得凈漿的休眠時(shí)間顯著增加。

2.1.2 水化抑制劑對(duì)凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響與分析

水化抑制劑摻量對(duì)復(fù)合膠凝材料凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響如圖2所示。隨著水化抑制劑摻量的增大，復(fù)合膠凝材料凈漿的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間隨之增加，初凝終凝的時(shí)間間隔也呈指數(shù)增加。相對(duì)于基準(zhǔn)樣，當(dāng)水化抑制劑摻量為0.3%時(shí)，水泥凈漿的初凝時(shí)間增加了115 min，終凝時(shí)間增加了80 min；摻量為0.8%時(shí)，水泥凈漿的初凝時(shí)間增加了1 180 min，終凝時(shí)間增加了2 180 min。另外當(dāng)水化抑制劑摻量為0.3%時(shí)，初凝和終凝的時(shí)間差為280 min，摻量為0.8%時(shí)，時(shí)間差為1 315 min。

圖2 水化抑制劑對(duì)凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響Fig.2 Effect of Hydration-inhibitor Agent on Paste Setting Time

這表明在復(fù)合膠凝材料凈漿中摻加水化抑制劑不僅能夠延長初凝時(shí)間，在凈漿到達(dá)初凝后仍能有效控制水泥水化進(jìn)程，延緩水化速率，延長終凝時(shí)間。如果將水化抑制劑單獨(dú)應(yīng)用在混凝土中，將會(huì)引起2個(gè)問題：混凝土不能及時(shí)硬化，從而影響施工進(jìn)度；混凝土強(qiáng)度不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)值，且易受到外界影響造成永久性破壞。因此，在廢棄新拌混凝土的再生利用中需要其他外加劑與水化抑制劑共同使用。

水化抑制劑摻量為0.6%時(shí)，凈漿的休眠時(shí)間為33 h；摻量為0.7%時(shí)，休眠時(shí)間為51 h；當(dāng)摻量達(dá)到0.8%時(shí)，休眠時(shí)間為80 h；當(dāng)摻量為0.7%時(shí)，凈漿的休眠時(shí)間與本文最大休眠時(shí)間48 h最為接近，因此本試驗(yàn)中水化抑制劑最優(yōu)摻量為0.7%。

2.1.3 水化喚醒劑和附加減水劑對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響與分析

對(duì)于摻加0.7%水化抑制劑的復(fù)合膠凝材料凈漿，在不同的休眠時(shí)間摻加不同摻量的水化喚醒劑和附加減水劑，所得到的凈漿流動(dòng)度數(shù)據(jù)如圖3所示，其中曲線各點(diǎn)數(shù)據(jù)為附加減水劑摻量。

圖3 水化喚醒劑和附加減水劑對(duì)休眠凈漿流動(dòng)度的影響Fig.3 Effect of Hydration-recovery Agent and Additional Water-reducing Agent on Dormancy Paste Fluidity

可以看到：在水化喚醒劑和附加減水劑摻量相同時(shí)，凈漿的初始流動(dòng)度和2 h流動(dòng)度隨休眠時(shí)間的增加而減少，流動(dòng)度損失逐漸增加；休眠時(shí)間相同，水化喚醒劑摻量一致時(shí)，凈漿的初始和2 h流動(dòng)度隨附加減水劑摻量的增加而增加，流動(dòng)度損失逐漸減少；休眠時(shí)間相同，附加減水劑摻量一致時(shí)，凈漿的初始流動(dòng)度和2 h流動(dòng)度隨著水化喚醒劑摻量的增加而減少，流動(dòng)度損失逐漸增大。

隨著休眠時(shí)間的增加，凈漿的水化反應(yīng)逐漸恢復(fù)，降低了凈漿的流動(dòng)度，而摻加的附加減水劑是在原有流動(dòng)度的基礎(chǔ)上，提高凈漿流動(dòng)度，因此隨著長休眠時(shí)凈漿流動(dòng)度的減小，喚醒后的凈漿流動(dòng)度也減?。挥捎谒磻?yīng)始終在進(jìn)行中，隨著休眠時(shí)間的增加，水化抑制劑逐漸消耗，凈漿恢復(fù)水化所需的水化喚醒劑減少，剩余的水化喚醒劑增加。由于水化喚醒劑可促進(jìn)水化，因此隨著休眠時(shí)間增加和摻量增加，2 h流動(dòng)度減小，流動(dòng)度損失增加。

2.1.4 水化喚醒劑和附加減水劑對(duì)凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響與分析

對(duì)于摻加0.7%水化抑制劑的水泥凈漿，在不同休眠時(shí)間分別摻加不同摻量的水化喚醒劑和附加減水劑，所得到的凝結(jié)時(shí)間數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 水化喚醒劑和附加減水劑對(duì)休眠凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響Fig.4 Effect of Hydration-recovery Agent and Additional Water-reducing Agent on Dormancy Paste Setting Time

可以看到：在休眠時(shí)間相同、水化喚醒劑摻量一致時(shí)，各組凈漿初凝和終凝時(shí)間差隨附加減水劑摻量的增加而增加，初凝和終凝之間的時(shí)間間隔也同步增加；休眠時(shí)間相同、附加減水劑摻量一致時(shí)，各組凈漿初凝和終凝時(shí)間差都隨水化喚醒劑摻量的增加而減少，初凝和終凝之間的時(shí)間間隔也同步減少；水化喚醒劑和附加減水劑摻量相同時(shí)，凈漿初凝和終凝時(shí)間差隨水化喚醒劑摻量的增加而減少，初凝和終凝之間的時(shí)間間隔也同步減少。

由于水化反應(yīng)始終在進(jìn)行當(dāng)中，隨著休眠時(shí)間的增加，水化抑制劑被逐漸消耗，凈漿恢復(fù)水化所需要的水化喚醒劑減少，剩余的水化喚醒劑增加，由于水化喚醒劑可促進(jìn)水化，因此隨著休眠時(shí)間增加和摻量增加，凝結(jié)時(shí)間縮短；附加聚羧酸性減水劑除了可以調(diào)節(jié)凈漿流動(dòng)度外，其羥基(-OH)和羧酸基(-COOH)還具有一定的緩凝作用，因此水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間將有所增加。

根據(jù)不同休眠-喚醒措施對(duì)復(fù)合膠凝材料凈漿各項(xiàng)性能的影響，參照表2中的技術(shù)要求，確定廢棄新拌混凝土在不同的休眠時(shí)間相對(duì)應(yīng)的休眠-喚醒措施(表4)，具體為：廢棄新拌混凝土的休眠措施為摻加0.7%的水化抑制劑；對(duì)于休眠時(shí)間為12 h時(shí)的廢棄新拌混凝土，喚醒措施為摻加6%的水化喚醒劑和0.2%的附加減水劑；對(duì)于休眠時(shí)間為24 h時(shí)的廢棄新拌混凝土，喚醒措施為摻加6%的水化喚醒劑和0.3%的附加減水劑；對(duì)于休眠時(shí)間為48 h時(shí)的廢棄新拌混凝土，喚醒措施為摻加4%的水化喚醒劑和0.4%的附加減水劑。

表4 各休眠時(shí)間下水化喚醒劑和附加減水劑最適摻量Tab.4 Suitable Content of Hydration-recovery Agent and Water Reducing Agent Under Each Dormancy Time

2.2 混凝土試驗(yàn)

混凝土的坍落度和凝結(jié)時(shí)間測試方法參照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50080—2016)進(jìn)行；抗壓強(qiáng)度的測試方法參照《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2019)進(jìn)行。對(duì)廢棄新拌混凝土進(jìn)行休眠處理的方式是，在廢棄新拌混凝土摻加水化抑制劑后用攪拌機(jī)攪拌60 s。喚醒處理的方式是，在廢棄新拌混凝土的休眠時(shí)間達(dá)到48 h時(shí)，摻加水化喚醒劑和附加減水劑快速攪拌60 s，然后按照不同的取代率同新拌混凝土混合拌制60 s，制成再生新拌混凝土。

混凝土試驗(yàn)的基準(zhǔn)樣初始坍落度為200 mm，2 h坍落度為170 mm，4 h坍落度(休眠處理時(shí)的坍落度)為150 mm；初凝時(shí)間為690 min，終凝時(shí)間為1 095 min；7 d抗壓強(qiáng)度為27.0 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度為40.8 MPa，56 d抗壓強(qiáng)度為44.4 MPa。

2.2.1 僅進(jìn)行休眠處理對(duì)廢棄新拌混凝土的影響

根據(jù)復(fù)合膠凝材料凈漿試驗(yàn)確定的休眠措施使廢棄新拌混凝土進(jìn)行休眠，在休眠時(shí)間達(dá)到48 h后直接進(jìn)行坍落度、凝結(jié)時(shí)間和立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅進(jìn)行休眠處理而未經(jīng)喚醒處理的廢棄混凝土初始坍落度為155 mm，2 h坍落度為155 mm；初凝時(shí)間為1 496 min，終凝時(shí)間為2 810 min；7 d抗壓強(qiáng)度由于數(shù)值過小，超出壓力機(jī)測量范圍而無法讀數(shù)，28 d抗壓強(qiáng)度為19.3 MPa，56 d抗壓強(qiáng)度為27.6 MPa。

可以看到，在坍落度方面，由于沒有進(jìn)行喚醒處理，在水化抑制劑的作用下，經(jīng)過長休眠的廢棄新拌混凝土，初始坍落度和2 h坍落度與休眠時(shí)的坍落度基本相同。

在凝結(jié)時(shí)間方面，經(jīng)過長休眠的廢棄新拌混凝土在沒有喚醒處理的情況下，其初凝時(shí)間是基準(zhǔn)樣的217%，終凝時(shí)間是基準(zhǔn)樣的257%。

在沒有喚醒處理的情況下，經(jīng)過長休眠的廢棄新拌混凝土的抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)了大幅降低現(xiàn)象，其56 d抗壓強(qiáng)度只能與基準(zhǔn)樣的7 d抗壓強(qiáng)度相一致。這說明水化抑制劑不僅抑制了水泥早期的水化，而且延緩了整個(gè)水化過程，使得混凝土抗壓強(qiáng)度增長極其緩慢，但是在不受其他因素影響的情況下，最終會(huì)隨著時(shí)間的推移達(dá)到正?；炷恋膹?qiáng)度水平。

綜上，如果不對(duì)長休眠處理的廢棄新拌混凝土進(jìn)行喚醒處理，其技術(shù)指標(biāo)尤其是凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度將難以合格，不能直接應(yīng)用于正常的商品混凝土生產(chǎn)。

2.2.2 休眠-喚醒處理對(duì)再生新拌混凝土坍落度的影響

根據(jù)復(fù)合膠凝材料凈漿試驗(yàn)確定的休眠措施使廢棄新拌混凝土進(jìn)行休眠，經(jīng)過不同的休眠時(shí)間喚醒后，按照不同取代率取代新拌混凝土獲得再生新拌混凝土，其坍落度的變化規(guī)律如圖5所示。

圖5 休眠-喚醒處理對(duì)再生新拌混凝土坍落度的影響Fig.5 Effect of Dormancy-recovery Treatment on Recycled Fresh Concrete Slump

可以看到，所有試驗(yàn)組再生新拌混凝土的坍落度和2 h坍落度損失都滿足技術(shù)要求。在休眠時(shí)間相同，水化喚醒劑摻量一致時(shí)，再生新拌混凝土初始坍落度基本保持一致，2 h坍落度隨著取代率的增加逐漸減少，坍落度損失除休眠時(shí)間12 h，取代率50%和100%時(shí)為35 mm外，其余最大為25 mm，都好于基準(zhǔn)樣30 mm的坍落度損失。這是因?yàn)殡S取代率增加，廢棄新拌混凝土增加，使再生新拌混凝土的和易性下降。但隨著休眠時(shí)間的增加，水化喚醒劑減少降低水化速率外，還有附加減水劑摻量逐步提高使再生新拌混凝土坍落度損失逐漸減小，這個(gè)效應(yīng)更加明顯。

2.2.3 休眠-喚醒處理對(duì)再生新拌混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響

經(jīng)過休眠的廢棄新拌混凝土按照不同的休眠時(shí)間進(jìn)行喚醒，然后按照不同取代率取代新拌混凝土獲得再生新拌混凝土，其凝結(jié)時(shí)間的變化規(guī)律如圖6所示。

圖6 休眠-喚醒處理對(duì)再生新拌混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響Fig.6 Effect of Dormancy-recovery Treatment on Recycled Fresh Concrete Setting Time

可以看到，所有試驗(yàn)組再生新拌混凝土的初凝和終凝時(shí)間差都滿足技術(shù)要求。休眠時(shí)間相同、水化喚醒劑摻量一致時(shí)，再生新拌混凝土的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間隨取代率的增加逐漸增加；取代率和水化喚醒劑摻量相同時(shí)，再生新拌混凝土的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間隨休眠時(shí)間的增加逐漸減少?？梢娝瘑拘褎搅渴怯绊懩Y(jié)時(shí)間的重要因素，廢棄新拌混凝土在與新拌混凝土混合成再生新拌混凝土的過程中，摻加的水化喚醒劑會(huì)分散到新拌混凝土中，而新拌混凝土的水泥顆粒表面由于沒有水化抑制劑存在，因此也就更容易與水化喚醒劑發(fā)生作用，從而促進(jìn)水泥水化，但是隨著取代率的增加，新拌混凝土的水泥量減少，促進(jìn)水化的效應(yīng)減少，因此初凝時(shí)間和終凝時(shí)間隨之增加。

2.2.4 休眠-喚醒處理對(duì)再生新拌混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

廢棄新拌混凝土經(jīng)過不同的休眠時(shí)間后喚醒，然后按不同取代率取代新拌混凝土獲得再生新拌混凝土，其抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律如圖7所示。

圖7 休眠-喚醒處理對(duì)再生新拌混凝土抗壓強(qiáng)度的影響Fig.7 Effect of Dormancy-recovery Treatment on Recycled Fresh Concrete Compressive Strength

可以看到，在休眠時(shí)間相同、水化喚醒劑摻量一致時(shí)，再生新拌混凝土的7，28，56 d抗壓強(qiáng)度都隨著取代率的增加逐漸減少，7 d抗壓強(qiáng)度比最大值與最小值差為12%～14%，28 d抗壓強(qiáng)度比最大值與最小值差為7%～10%，56 d抗壓強(qiáng)度比最大值與最小值差為4%～6%。

上述水化喚醒劑影響再生新拌混凝土凝結(jié)時(shí)間的原因相同：由于新拌混凝土的水泥顆粒減少，水化喚醒劑促進(jìn)水化效果減弱，使得抗壓強(qiáng)度降低；在相同取代率和水化喚醒劑摻量下，再生新拌混凝土抗壓強(qiáng)度隨著休眠時(shí)間的增加而增大，且7 d抗壓強(qiáng)度的增長幅度要大于28 d抗壓強(qiáng)度，這是由于隨著休眠時(shí)間增加，水化抑制劑逐漸消耗，水化抑制效應(yīng)相應(yīng)減少，相同摻量的水化喚醒劑帶來水化促進(jìn)作用。

所有試驗(yàn)結(jié)果均表明，試驗(yàn)組的7 d抗壓強(qiáng)度比和28 d抗壓強(qiáng)度比都滿足技術(shù)要求。同時(shí)7 d抗壓強(qiáng)度都高于基準(zhǔn)樣，28 d抗壓強(qiáng)度基本與基準(zhǔn)樣相同，56 d抗壓強(qiáng)度低于基準(zhǔn)樣，而7 d到28 d和28 d到56 d的抗壓強(qiáng)度增長幅度都小于基準(zhǔn)樣對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度增長幅度，尤其是休眠時(shí)間12 h和24 h的再生新拌混凝土，相同取代率下28 d抗壓強(qiáng)度增長明顯小于休眠時(shí)間48 h的再生新拌混凝土。

引起上述這一強(qiáng)度規(guī)律的原因是水化喚醒劑中Al2(SO4)3成分能在水泥水化早期促成大量鈣礬石生成，這些鈣礬石雖然能大幅提高混凝土的早期強(qiáng)度，但是其會(huì)包裹住水泥礦物，從而延緩了水泥后期水化進(jìn)程，導(dǎo)致水化產(chǎn)物生長和填充受到限制，減緩了水泥石孔結(jié)構(gòu)的細(xì)化，最終結(jié)果就是混凝土后期強(qiáng)度增長緩慢。在休眠時(shí)間12 h和24 h時(shí)，其水化喚醒劑摻量為6%，相對(duì)于休眠時(shí)間48 h時(shí)4%的水化抑制劑摻量，鈣礬石產(chǎn)生量更多，因此在休眠時(shí)間12 h和24 h時(shí)再生新拌混凝土的后期強(qiáng)度增長更慢。

2.3 休眠-喚醒處理措施的機(jī)理分析

廢棄新拌混凝土休眠-喚醒處理措施的作用機(jī)理是先通過摻加水化抑制劑，延緩水泥熟料礦物的水化，控制水泥水化的所有階段[8-12]，使混凝土中水泥的水化速率減緩從而使混凝土的凝結(jié)時(shí)間大幅度延長。本文采用檸檬酸和改性磷酸的復(fù)配水劑作為水化抑制劑，其抑制水化的機(jī)理是：檸檬酸屬于羥基羧酸型的緩凝劑，在混凝土的堿性環(huán)境中能與Ca2+離子形成不穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而在水泥顆粒表面形成無定型的絡(luò)合物膜層，產(chǎn)生抑制水化的作用；改性磷酸屬于無機(jī)物緩凝劑，其在外摻時(shí)會(huì)與水化產(chǎn)物中的Ca(OH)2反應(yīng)，在已生成的水化產(chǎn)物表面形成“不溶性”的磷酸鈣，阻止水化反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生，從而達(dá)到抑制水化的作用[13]。2種緩凝劑產(chǎn)生復(fù)合作用，使得緩凝效果成倍增加，水泥水化速率大幅降低，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)生的水化熱會(huì)破壞水泥顆粒及水化產(chǎn)物表面的膜，但是在沒有水化喚醒劑的作用情況下，這種水化速率將是極其緩慢的，從而導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度增長緩慢。因此，這種有明顯抑制水化速率的水化抑制劑會(huì)用在超大體積混凝土的澆筑，控制由水化放熱導(dǎo)致的裂縫產(chǎn)生，但是在體積較小的混凝土澆筑情況下，沒有摻加水化喚醒劑或者足夠的水化熱，會(huì)由于強(qiáng)度增長緩慢而影響到混凝土的正常使用。

在廢棄新拌混凝土摻加水化抑制劑休眠到一定時(shí)間后，再摻加水化喚醒劑使得混凝土的水化反應(yīng)恢復(fù)正常速率。本文采用Ca(NO3)2，Al2(SO4)3，Ca(OH)2三種化學(xué)藥劑的復(fù)配粉劑，其喚醒水化的機(jī)理是：Al2(SO4)3具有較高的極性，能夠奪取被水化抑制劑分子包裹住的Ca2+離子，同時(shí)加速 C3A—石膏—水體系形成鈣礬石，使混凝土開始正常水化、凝結(jié)、硬化，形成強(qiáng)度[14-20]，但是生成的鈣礬石會(huì)包裹住水泥礦物，從而延緩了水泥后期水化進(jìn)程，導(dǎo)致水化產(chǎn)物生長和填充受到限制，減緩了水泥石孔結(jié)構(gòu)的細(xì)化，且有可能在水泥水化后期由于過量的鈣礬石在其體積膨脹時(shí)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成損害，形成裂縫導(dǎo)致強(qiáng)度降低；Ca(NO3)2和Ca(OH)2的摻加能夠在混凝土中吸附緩凝劑，同時(shí)能夠增加Ca(OH)2晶核，便于水泥顆粒中Ca(OH)2的析出，從而加速水泥中C3S的水化，因?yàn)槠渲饕乃a(chǎn)物Ca(OH)2晶核并非水泥水化產(chǎn)物強(qiáng)度的主要來源，所以其增強(qiáng)效果要比Al2(SO4)3差，但是其能在混凝土中生成大量的Ca(OH)2晶核，起到填充混凝土孔隙的作用，提高混凝土密實(shí)性，從而提高混凝土的耐久性[21-23]。

通過上述休眠-喚醒的機(jī)理分析可以看到，水化抑制劑的摻加在正常情況下只能抑制混凝土的水化速率，不會(huì)影響最終的水化產(chǎn)物，如果摻加水化喚醒劑使混凝土恢復(fù)正常水化速率就不會(huì)對(duì)其耐久性造成危害。在水化喚醒劑的方面，Al2(SO4)3的摻加可能會(huì)導(dǎo)致混凝土耐久性和后期強(qiáng)度的降低，而Ca(NO3)2和Ca(OH)2的摻加會(huì)提高混凝土的耐久性。從混凝土抗壓強(qiáng)度的數(shù)據(jù)來分析，其后期抗壓強(qiáng)度只是增長緩慢，沒有明顯的降低，側(cè)面說明水化喚醒劑的摻加至少?zèng)]有降低混凝土原本的耐久性。這一結(jié)論仍需要在未來通過試驗(yàn)來證明。

3 結(jié) 語

(1)對(duì)于商品混凝土生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的廢棄新拌混凝土，為了減少質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失應(yīng)在其初凝前及時(shí)進(jìn)行再生利用。本文所論述的休眠-喚醒處理措施是在廢棄新拌混凝土初凝前不能進(jìn)行再生利用的情況下，使其再生利用擺脫凝結(jié)時(shí)間的限制。在經(jīng)過最長2 d的休眠時(shí)間后，再生新拌混凝土可獲得與新拌混凝土類似的和易性和抗壓強(qiáng)度。

(2)廢棄新拌混凝土的休眠-喚醒處理措施可以通過對(duì)使用相同膠凝材料和相同配合比復(fù)合膠凝材料凈漿進(jìn)行休眠-喚醒預(yù)試驗(yàn)來確定，從而簡化商品混凝土企業(yè)的處理流程。當(dāng)混凝土原材料和配合比發(fā)生變化時(shí)都應(yīng)先對(duì)休眠-喚醒的處理措施進(jìn)行調(diào)整方可使用。

(3)對(duì)廢棄新拌混凝土進(jìn)行休眠處理，而不采取喚醒處理，將導(dǎo)致生產(chǎn)的再生新拌混凝土凝結(jié)時(shí)間嚴(yán)重延長和抗壓強(qiáng)度大幅下降，將無法滿足實(shí)際施工的需求。

(4)在相同休眠時(shí)間下，隨著廢棄新拌混凝土取代率的增加，再生新拌混凝土強(qiáng)度都呈現(xiàn)逐漸減少的情況，7 d抗壓強(qiáng)度減少12%～14%，28 d抗壓強(qiáng)度減少7%～10%，56 d抗壓強(qiáng)度減少4%～6%。

(5)在相同休眠時(shí)間下，隨著廢棄新拌混凝土取代率的增加，初凝時(shí)間和終凝時(shí)間逐漸增加，初凝時(shí)間的最大增加幅度為95 min，終凝時(shí)間的最大增加幅度為80 min。

(6)在相同休眠時(shí)間下，除了休眠時(shí)間12 h、取代率50%和100%的試驗(yàn)組坍落度損失為35 mm以外，其余試驗(yàn)組坍落度損失最大為25 mm，普遍好于基準(zhǔn)樣30 mm的坍落度損失。

(7)本文是針對(duì)某商品混凝土企業(yè)所使用的C30混凝土配合比和原材料，取報(bào)廢時(shí)間值為4 h的廢棄新拌混凝土所進(jìn)行的再生利用試驗(yàn)研究。在未來的研究過程中將基于本次試驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)行耐久性能的研究。