廢棄混凝土再生骨料表面改性的強(qiáng)化試驗(yàn)

達(dá)則曉麗

摘要：為了提高再生骨料的利用率，突破其高吸水率和低強(qiáng)度等特點(diǎn)所存在的局限性，現(xiàn)使用硅酸鈉溶液和硅烷溶液兩種改性劑，并采用浸漬改性方法，對(duì)再生骨料表面進(jìn)行改性處理，并全面地分析和研究了改性劑濃度、處理時(shí)間等參數(shù)對(duì)改性處理后的再生骨料性能所產(chǎn)生的影響程度。結(jié)果表明：通過使用硅酸鈉溶液和硅烷溶液兩種改性劑，不僅可以確保再生骨料表現(xiàn)出較高的表觀密度，還能將其吸水率和壓碎指標(biāo)降到最低。當(dāng)硅酸鈉溶液和硅烷溶液兩種改性劑的濃度分別達(dá)到8%、10%時(shí)，可以獲取最佳改性效果。同時(shí)，粒徑為10～31.5?mm的再生骨料所獲得改性效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于粒徑為5～10?mm再生骨料。

關(guān)鍵詞：再生骨料??表面改性??硅酸鈉??硅烷

中圖分類號(hào)：TU755.1???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼;A

The?Intensive?Test?of?Surface?Modification?of?Waste?Concrete?Recycled?Aggregate

DAZE?Xiaoli

（School?of?Civil?and?Hydraulic?Engineering，?Xichang?University，?Xichang，?Sichuan?Province，?615000?China）

Abstract：?In?order?to?improve?the?utilization?rate?of?recycled?aggregate?and?break?through?the?limitations?of?its?high?water?absorption?and?low?strength，?now?the?surface?of?recycled?aggregate?is?modified?by?using?two?modifiers，?sodium?silicate?solution?and?silane?solution?and?the?impregnation?modification?method，?and?the?influence?of?modifier?concentration，?treatment?time?and?other?parameters?on?the?performance?of?recycled?aggregate?after?modification?is?comprehensively?analyzed?and?studied.?Results?show?that?the?use?of?two?modifiers，?sodium?silicate?solution?and?silane?solution?not?only?can?ensure?that?recycled?aggregate?exhibits?a?higher?apparent?density，?but?also?minimize?its?water?absorption?and?crushing?index，?the?best?modification?effect?can?be?obtained?when?the?concentration?of?two?modifiers?of?sodium?silicate?solution?and?silane?solution?reaches?8%?and?10%，?respectively，?and?at?the?same?time，?the?modification?effect?of?recycled?aggregate?with?a?particle?size?of?10～31.5?mm?is?much?higher?than?that?of?recycled?aggregate?with?a?particle?size?of?5～10?mm.

Key?Words：?Recycled?aggregate;?Surface?modification;?Sodium?silicate;?Silane

混凝土憑借著其原材料豐富、成本低、良好的可塑性、高強(qiáng)度、耐久性好等優(yōu)勢(shì)成為目前建筑的主體材料，但盡管混凝土材料的使用壽命較長，混凝土構(gòu)筑物和建筑物在經(jīng)過一段時(shí)間使用后，終將由于各種原因而必須拆除，從而產(chǎn)生大量廢棄混凝土塊，一方面，廢棄混凝土如不加以利用，會(huì)增加環(huán)境負(fù)擔(dān)；另一方面，這也是一種資源的浪費(fèi)，將影響建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。然而，混凝土再生骨料與天然骨料有著極大的不同，混凝土再生骨料表面經(jīng)常粘附有較多的泥沙和泥塊，這會(huì)增加其含水量和吸水率，從而導(dǎo)致水泥石基體和骨料之間形成的粘結(jié)力較弱，影響混凝土的品質(zhì)[1]，因此混凝土再生骨料使用時(shí)需要先對(duì)其進(jìn)行清洗去除泥沙，現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)常采用水管直接對(duì)骨料進(jìn)行淋洗的方式去除泥沙的方法或者是將骨料放入水池內(nèi)沖洗，然后撈出瀝去水，這二者的工作量都較大，效率低，同時(shí)會(huì)浪費(fèi)較多的水資源，且對(duì)于一些粘附性強(qiáng)的泥土這些方法根本不起作用，從而極大地影響了混凝土再生骨料的使用。為了解決這一問題，現(xiàn)使用硅酸鈉溶液和硅烷溶液兩種改性劑，對(duì)再生骨料進(jìn)行表面改性處理，從而獲得最佳改性效果。

1試驗(yàn)材料

該次試驗(yàn)中，所用到的骨料主要包含以下幾種類型：（1）天然骨料，該骨料含有大量的石灰?guī)r，這些石灰?guī)r產(chǎn)地為廣東混凝土有限公司；（2）廢棄混凝土再生骨料，該骨料主要來自于某國道改造拆除后所形成的廢棄混凝土；（3）廢棄燒結(jié)磚再生骨料，該骨料主要來自于某建筑物拆除所形成的廢棄紅磚，這些紅磚強(qiáng)度達(dá)到了MU10；（4）再生骨料，該骨料主要利用破碎機(jī)所獲得的。以粒徑大小為劃分標(biāo)準(zhǔn)，可以將再生骨料劃分為以下兩種類型，一種是粒徑為5～10mm骨料，另一種是粒徑為10～31.5mm的骨料[2]。這些骨料的基本性能如表1所示。

另外，該次試驗(yàn)中，所使用的硅酸鈉溶液主要來自于北京市福晨化學(xué)試劑廠所生產(chǎn)的Na2SiO3·9H2O，其中，Na2O與SiO2含量之比是10：3，所使用的硅烷溶液來自天津市精細(xì)化工有限公司所生產(chǎn)的硅烷聯(lián)劑，該改性劑的相對(duì)分子質(zhì)量和密度分別為221.38?g/cm3、0.950?g/cm3。另外，將水設(shè)置為溶劑，并將硅酸鈉溶液和硅烷溶液的濃度分別配置為5%、8%、10%。

2試驗(yàn)方法

將粒徑為5～10?mm再生骨料和粒徑為10～31.5?mm再生骨料統(tǒng)一放置于改性劑溶液中，并采用浸漬改性的方式，對(duì)再生骨料進(jìn)行表面改性處理，同時(shí)，將浸漬時(shí)間分別設(shè)置為1?h、8?h、15?h、24?h，同時(shí)，將取出的骨料放置于15～25?℃之間，并對(duì)其進(jìn)行瀝干處理，瀝干時(shí)間為1?d，然后，將其放置于100～110?℃之間進(jìn)行烘干處理[3]，最后，對(duì)骨料相關(guān)性能進(jìn)行全面化測(cè)試。另外，嚴(yán)格按照混凝土用再生粗骨料使用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，使用液體比重天平法，對(duì)骨料表觀密度進(jìn)行測(cè)試。在對(duì)骨料吸水率進(jìn)行測(cè)量期間，要將骨料放置于水中，并將其放置于15～25?℃之間的環(huán)境下，分別浸泡5?min、10?min、30?min、1?h、3?h、6?h、12?h、24?h，然后，對(duì)其吸水率進(jìn)行精確化測(cè)量[4]，相關(guān)人員只有嚴(yán)格按照以上試驗(yàn)方法進(jìn)行操作，才能最大限度地提高最終試驗(yàn)結(jié)果的精確性和真實(shí)性。

3結(jié)果與討論

3.1改性劑的濃度和種類對(duì)再生骨料性能的影響

當(dāng)廢棄混凝土再生骨料粒徑達(dá)到5～10?mm時(shí)，需要將改性浸漬處理時(shí)間設(shè)置為24?h，當(dāng)改性劑濃度完全一致時(shí)，需要使用硅烷溶液改性劑，對(duì)再生骨料進(jìn)行處理，此時(shí)，發(fā)現(xiàn)該再生骨料24?h吸水率出現(xiàn)大幅度下降，其下降幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過使用硅酸鈉溶液改性處理后的再生骨料吸水率。

當(dāng)硅烷溶液濃度不斷增加時(shí)，24?h處理后的再生骨料所對(duì)應(yīng)的吸水率不斷下降，當(dāng)硅烷溶液濃度達(dá)到10%時(shí)，樣品經(jīng)過24?h處理后所對(duì)應(yīng)的吸水率達(dá)到4.7%，沒有使用硅烷溶液的再生骨料所對(duì)應(yīng)的吸水率出現(xiàn)大幅度下降，其下降量達(dá)到了40%，與未改性處理后的再生骨料相比，其下降幅度達(dá)到了42%，其下降幅度達(dá)到最大值，當(dāng)硅烷濃度不斷上升時(shí)，骨料表面生成硅烷憎水層厚度呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)，使骨料表面變得更加密實(shí)，確保骨料的吸水率降到最低[5-6]。對(duì)于硅酸鈉溶液而言，當(dāng)其濃度達(dá)到8%時(shí)，樣品24?h后所對(duì)應(yīng)的吸水率達(dá)到了6.6%，導(dǎo)致再生骨料下降幅度達(dá)到15%，與沒有經(jīng)過改性處理的再生骨料相比，其下降量達(dá)到了18%，由此可見，其下降幅度達(dá)到最大值。

對(duì)于硅酸鈉溶液而言，當(dāng)其濃度達(dá)到10%時(shí)，再生骨料所對(duì)應(yīng)的吸水率呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)，經(jīng)過24?h后，其吸水率有所下降，達(dá)到了7.3%，其吸水率的增加幅度達(dá)到了11%時(shí)，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的根本原因是通過使用硅酸鈉改性溶液所形成的水化硅鋁算鈣通常含有以下兩種物質(zhì)，分別是凝膠和水化鋁酸鈣晶體，對(duì)于凝膠而言，本身通常表現(xiàn)出較高的吸水性，一旦硅酸鈉濃度低于8%時(shí)，會(huì)形成大量的水化產(chǎn)物，這些產(chǎn)物的出現(xiàn)，會(huì)增加骨料表面的密實(shí)度，使得再生骨料的吸水率得以大幅度下降。

當(dāng)硅酸鈉濃度出現(xiàn)大幅度上升時(shí)，一旦形成大量的凝膠，會(huì)加大對(duì)水分的吸收量，導(dǎo)致再生骨料的吸水率呈現(xiàn)出大幅度增加的趨勢(shì)。當(dāng)改性劑濃度完全相同時(shí)，使用硅酸鈉溶液改性處理的再生骨料呈現(xiàn)出較大的表觀密度，與未改性再生骨料相比，改性處理后的再生骨料通常會(huì)表現(xiàn)出較高的表觀密度，該表觀密度會(huì)隨著改性劑的上升而呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)，所使用的硅酸鈉溶液濃度達(dá)到10%時(shí)，該樣品所對(duì)應(yīng)的表觀密度達(dá)到了2?590?kg/m3，與沒有經(jīng)過改性處理的再生骨料相比，其上升幅度達(dá)到了5%，上升幅度達(dá)到最大值，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的根本原因是硅酸鈉溶液和硅烷溶液濃度出現(xiàn)不斷上升時(shí)，再生骨料所對(duì)應(yīng)的表面裂縫相對(duì)較大，這無疑增加了再生骨料的表面密度，使得再生骨料的表觀密度得以大幅度提高。

3.2改性處理時(shí)間對(duì)再生骨料性能的影響

當(dāng)改性處理時(shí)間不斷延長時(shí)，再生骨料所對(duì)應(yīng)的性能也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化，例如：當(dāng)改性浸漬處理時(shí)間不斷延長時(shí)，對(duì)于再生骨料而言，其吸水率會(huì)呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢(shì)，當(dāng)浸漬時(shí)間達(dá)到24?h后，再生骨料所對(duì)應(yīng)的吸水率會(huì)出現(xiàn)大幅度下降趨勢(shì)。再生骨料在不同浸漬處理時(shí)間下吸水率的變化如圖1所示，從圖1中可以看出，對(duì)于再生骨料而言，當(dāng)其壓碎指標(biāo)不斷下降時(shí)，其表觀密度會(huì)呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)，這是由于當(dāng)浸漬時(shí)間不斷延長時(shí)，再生骨料所對(duì)應(yīng)的硅烷包裹層面積和厚度達(dá)到最大值，凝膠含量會(huì)不斷增加，使得再生骨料表現(xiàn)出較高的密實(shí)度，這無疑降低了再生骨料的壓碎指標(biāo)和吸水率，浸漬處理時(shí)間達(dá)到24?h。

3.3再生骨料的類型對(duì)改性效果的影響

不同種類的再生骨料經(jīng)過24?h處理后，當(dāng)改性劑濃度不斷增加時(shí)，其吸水率、表觀密度會(huì)表現(xiàn)出相同的變化。對(duì)于硅酸鈉溶液而言，當(dāng)其濃度達(dá)到8%時(shí)，經(jīng)過24?h處理后的再生骨料所對(duì)應(yīng)的吸水率相對(duì)較低，僅僅為14.7%，與沒有經(jīng)過改性處理后的再生骨料相比，其下降幅度達(dá)到了19%，對(duì)于經(jīng)過24h處理后的再生骨料而言，其吸水率達(dá)到6.6%，其下降幅度達(dá)到了18%。對(duì)于硅酸鈉溶液而言，當(dāng)其濃度達(dá)到10%時(shí)，壓碎指標(biāo)下降幅度通常會(huì)達(dá)到最大值，這表明，對(duì)于廢棄燒結(jié)磚再生骨料而言，其改性效果比較良好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過廢棄混凝土再生骨料，所以，當(dāng)原始再生骨料所對(duì)應(yīng)的性能較低時(shí)，通常會(huì)取得較高的改性效果。

3.4再生骨料的粒徑對(duì)改性效果的影響

再生骨料粒徑對(duì)其24?h?吸水率的影響如圖2所示?，從圖2中可以看出，?對(duì)于硅酸鈉溶液而言，當(dāng)其濃度達(dá)到5%時(shí)，廢棄混凝土再生骨料通常含有4%的吸水率，與沒有經(jīng)過改性處理后的再生骨料相比，其下降幅度達(dá)到了25%。當(dāng)硅酸鈉溶液濃度被控制為10%時(shí)，其壓碎指標(biāo)達(dá)到了20%，其下降幅度達(dá)到了19%。另外，與沒有經(jīng)過改性處理的再生骨料相比，其表觀密度在相同改性條件下會(huì)表現(xiàn)出較高的表觀密度，這表明當(dāng)再生骨料的粒徑較小時(shí)，通常會(huì)需要大量的改性劑，?所以，為了降低改性劑的使用量，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，相關(guān)人員在對(duì)再生骨料進(jìn)行表面改性期間，要優(yōu)先選用粒徑較大的再生骨料。

4?結(jié)論

綜上所述，該次廢棄混凝土再生骨料表面改性試驗(yàn)所得到的結(jié)論如下。

（1）通過使用硅酸鈉溶液和硅烷溶液兩種改性劑，可以確保再生骨料表現(xiàn)出較低的吸水率和壓碎指標(biāo)，使其表觀密度得以大幅度提高，如吸水率和壓碎指標(biāo)的最大可降低百分比分別達(dá)到了42%、24%。這表明通過使用硅酸鈉溶液改性劑，可以獲得較高的再生骨料綜合性能。（2）當(dāng)硅酸鈉溶液和硅烷溶液濃度分別達(dá)到8%、10%時(shí)，可以獲得更好的改性效果。此時(shí)，適當(dāng)?shù)匮娱L浸漬改性處理時(shí)間，可以獲得更佳的再生骨料改性效果，所以，可以將浸漬時(shí)間設(shè)置為24?h。（3）當(dāng)浸漬改性處理?xiàng)l件完全一致時(shí)，使用廢棄燒結(jié)磚再生骨料所獲得的改性效果相對(duì)較高，這表明，當(dāng)原始再生骨料所對(duì)應(yīng)的性能較低時(shí)，所獲得改性效果更好。與粒徑為5～10?mm再生骨料相比，粒徑為10～31.5?mm再生骨料所獲得改性效果更高，這表明當(dāng)再生骨料粒徑較小時(shí)，要想獲得相同改性效果，必須要使用足夠多的改性劑。

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