堿激發(fā)礦渣水泥再生骨料力學(xué)性能研究

楊繼昌

摘要：再生骨料作為一種回收再利用材料，與天然骨料對比存在力學(xué)性能上差異，為進(jìn)一步增強(qiáng)骨料性能，通過用水玻璃做堿激發(fā)劑對礦渣水泥與再生骨料制備的再生骨料水穩(wěn)料力學(xué)性能進(jìn)行探究，分析堿激發(fā)作用下水穩(wěn)料抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、抗壓回彈模量作用機(jī)理。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可知，水泥摻量很大程度上決定混凝土強(qiáng)度，堿激發(fā)劑的加入有效提高了混凝土力學(xué)性能，其中對抗壓強(qiáng)度的影響提高最為顯著。

關(guān)鍵詞：再生骨料?堿激發(fā)?抗壓強(qiáng)度?劈裂強(qiáng)度

中圖分類號：TU528

Research?on?the?Mechanical?Properties?of?Recycled?Aggregates?from?Alkali-Activated?Slag?Cement

YANG?Jichang

The?Engineering?Co.，?Ltd.，?of?CTCE?Group，Changchun，?Jilin?Province，130000?China

Abstract：?The?recycled?aggregate?is?a?recycled?material，?and?compared?with?the?natural?aggregate，?it?has?differences?in?mechanical?properties.?In?order?to?further?enhance?the?performance?of?aggregates，?this?paper?uses?water?glass?as?an?alkali?activator?to?explore?the?mechanical?properties?of?the?recycled-aggregate?cement-stabilized?material?prepared?by?slag?cement?and?recycled?aggregates，?and?analyzes?the?mechanism?of?the?compressive?strength，?splitting?strength?and?compressive?rebound?modulus?of?cement-stabilized?materials?under?the?action?of?alkali?activation.?Through?experimental?results，?it?can?be?seen?that?the?cement?content?determines?the?strength?of?concrete?to?a?large?extent，?and?that?the?addition?of?alkali?activators?effectively?improves?the?mechanical?properties?of?concrete，?with?the?most?significant?effect?on?the?improvement?of?compressive?strength.

Key?Words：?Recycled?aggregate;?Alkali?activaation;?Compressive?strength;?Splitting?strength

我國道路改擴(kuò)建工程中產(chǎn)生了大量的廢舊混凝土處理和工業(yè)廢棄物礦渣處理問題日益嚴(yán)峻，我國倡導(dǎo)綠色可持續(xù)發(fā)展，強(qiáng)調(diào)“以廢制廢，經(jīng)濟(jì)與生態(tài)雙贏”的理念，綠色處理固體廢棄資源，促進(jìn)廢棄物的資源最大化、高效合理化、經(jīng)濟(jì)生態(tài)雙贏化，所以廢舊混凝土、工業(yè)礦渣二次回收再利用受到了廣泛關(guān)注，將其處理成再生骨料制備水穩(wěn)料進(jìn)行回收利用為其處理提供了新的解決思路。趙百超[1]、方小利等人[2]以不同摻量再生骨料制備水穩(wěn)料，測定其性能發(fā)現(xiàn)，再生骨料的使用會降低水穩(wěn)料的力學(xué)強(qiáng)度。候保星[3]?、陳禮婧[4]認(rèn)為可使用再生骨料代替天然骨料。馮澤平等人[5]試驗(yàn)闡述了再生骨料技術(shù)對再生骨料強(qiáng)度的影響，其各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足現(xiàn)行的無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層規(guī)范。張健[6]研究了堿激發(fā)膠凝材料的應(yīng)用；季旭嶸[7]挽救了再生骨料的實(shí)際應(yīng)用。彭武磊[8]試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)礦粉中?CaO、SiO2?和?A12O3等活性組分較粉煤灰的含量高，在激發(fā)劑作用下礦粉表現(xiàn)出較強(qiáng)的潛在水硬活性，在水化前期比粉煤灰反應(yīng)更充分、更劇烈，短時(shí)間內(nèi)可以形成數(shù)量更多的水化產(chǎn)物以促進(jìn)強(qiáng)度發(fā)展。張超[9]將再生骨料應(yīng)用進(jìn)實(shí)際生活中。為此，本文研究水玻璃作為激發(fā)劑，礦粉作為膠凝材料和再生骨料制備水穩(wěn)料，研究其力學(xué)性能。

1?試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用高爐礦渣（GGBS）和P·O?42.5水泥，其組成參數(shù)如表1所示。

本研究采用的堿激發(fā)劑有NaOH和Na2SiO3溶液，NaOH溶液利用純度98%的固體NaOH粒配制，Na2SiO3溶液利用模數(shù)為1的固體Na2SiO3配制。

再生骨料通過破碎機(jī)破碎廢舊混凝土，進(jìn)行集中破碎、分選、磁選、強(qiáng)化和篩分，處理成粒徑為0～4.75?mm、4.75～9.5?mm、9.5～19?mm、19～31.5?mm的4種再生骨料。

2?試驗(yàn)方案

將水泥熟料、礦渣和石膏粉按照質(zhì)量比?65∶30∶5進(jìn)行預(yù)混制備礦渣水泥，NaOH、Na2SiO3以礦渣摻入量為標(biāo)準(zhǔn)，按照Na2O含量的4%摻入。實(shí)驗(yàn)中再生骨料級配設(shè)計(jì)為：0～4.75?mm∶4.75～9.5?mm∶9.5～19?mm∶19～31.5?mm=27∶21∶29∶23

為滿足交通荷載對半剛性基層要求，對抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和疲勞損傷力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。水泥摻入量4.0%、4.5%、5.0%，Na2SiO3溶液濃度4%，按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG?E51-2009）為指導(dǎo)進(jìn)行試件制備和養(yǎng)護(hù)。

3?試驗(yàn)結(jié)果分析

再生骨料力學(xué)性能如表2所示。

3.1堿激發(fā)對抗壓強(qiáng)度的影響分析

從圖1中可以看出，水泥摻量從4.0%提高到5.0%時(shí)，再生骨料水穩(wěn)料抗壓強(qiáng)度隨水泥摻入量增大而增大，并且水穩(wěn)料的抗壓強(qiáng)度是隨著齡期增長，水化反應(yīng)進(jìn)行更充分，產(chǎn)生更多膠凝材料，抗壓強(qiáng)度也是不斷增大的。在Na2SiO3摻入量為4.0%，水泥摻量4.5%時(shí)，Na2SiO3-RAC水穩(wěn)料比RAC水穩(wěn)料7d、28d的抗壓強(qiáng)度分別增加了15.38%、8.3%，水玻璃能激發(fā)礦渣促進(jìn)C-S-H和N-A-S-H兩種膠凝材料產(chǎn)生，以此提高再生水穩(wěn)料的早期強(qiáng)度，但后期隨著水化反應(yīng)不斷進(jìn)行，對抗壓強(qiáng)度提高效果相對減弱。

3.2堿激發(fā)對劈裂強(qiáng)度的影響分析

從圖2中可以看出，任意水泥產(chǎn)量下，堿激發(fā)劑的加入都對水穩(wěn)料的劈裂強(qiáng)度起到了促進(jìn)作用，水泥摻量從4.0%提高到5.0%時(shí)，再生骨料水穩(wěn)料劈裂強(qiáng)度隨水泥摻入量增大而增大，并且在4.5%～5.0%階段劈裂強(qiáng)度增加明顯。在Na2SiO3摻入量為4.0%，水泥摻量4.5%時(shí)，Na2SiO3-RAC水穩(wěn)料比RAC水穩(wěn)料90d的劈裂強(qiáng)度分別增加了8.5%，劈裂強(qiáng)度不僅與再生骨料起主要的骨架作用有關(guān)，而且水穩(wěn)料內(nèi)部的黏聚力也對其強(qiáng)度有影響，堿激發(fā)劑能夠促進(jìn)C-S-H和N-A-S-H兩種膠凝材料產(chǎn)生，水玻璃本身具有一定的膠凝作用，進(jìn)而提高水穩(wěn)料內(nèi)部黏聚力，進(jìn)一步提高水穩(wěn)料的劈裂強(qiáng)度。

3.3堿激發(fā)對抗壓彈性模量的影響分析

從圖3中可以看堿激發(fā)劑的加入提高了再生骨料水穩(wěn)料抗壓回彈模量，再生骨料水穩(wěn)料抗壓回彈模量隨水泥摻入量增大而增大，并且在4.5%～5.0%階段抗壓回彈模量增加明顯。加入堿激發(fā)劑后，水化反應(yīng)快速進(jìn)行，試塊內(nèi)部的集料與膠凝材料迅速黏結(jié)緊密，形成一個(gè)致密的整體，有效提高了其抵抗變形的能力，即提高了水穩(wěn)料的抗壓回彈模量。

4?結(jié)語

通過水玻璃對再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、抗壓回彈模量的影響，可得出水玻璃對再生骨料混凝土的力學(xué)性能有不同程度的提高。其中，對抗壓強(qiáng)度的影響提高最為顯著，所以在再生骨料混凝土中摻入適量的水玻璃進(jìn)行堿激發(fā)，可以提高再生骨料的強(qiáng)度，有利于應(yīng)用到道路基層中去。

參考文獻(xiàn)

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