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浅析混凝土中再生骨料的应用

2020-06-05 336 上传者：管理员

摘要：分别对C30、C50、C60不同强度等级的废旧混凝土进行破碎，筛选得到不同粒径的再生骨料，研究再生骨料的性能指标；采用聚乙烯醇与水玻璃以1∶1比例配制成不同浓度的强化液，研究强化改性对再生骨料吸水率和压碎值的影响；将再生骨料与天然骨料复配应用于混凝土中，研究其对混凝土性能的影响。结果表明：随着再生骨料掺量的增加，再生混凝土的坍落度与扩展度总体呈现先减小后增大的趋势，当再生骨料掺量在12%～24%时，再生混凝土的坍落度为200mm左右，28d抗压强度达到42MPa左右。

关键词：
再生骨料
力学性能
工作性能
建筑材料
强化
混凝土
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随着城市化进程的不断加快，城市危旧建筑面临大量拆迁重建，在此过程中会产生大量以混凝土为主的建筑垃圾，如何环保、经济地回收处理建废弃筑垃圾的技术逐渐被越来越多的专家学者关注。杨医博等[1]在实验室条件下对废弃混凝土利用专业破碎设备进行破碎处理，研究出一整套再生细骨料的制备工艺，使用废弃混凝土制备的再生细骨料的颗粒级配和压碎指标等性能得到明显改善。孔德玉[2]利用再生骨料制备了再生混凝土，并对其进行拌合物性能及力学性能进行系统研究，结果表明，再生粗骨料种类对再生混凝土的性能有较大影响，且可以通过调整水灰比及砂率保证再生混凝土拌合物的流动性。

本试验分别对C30、C50、C60不同强度等级的废旧混凝土进行破碎，筛选得到不同粒径的再生骨料，研究再生骨料的性能指标；采用聚乙烯醇与水玻璃以1∶1比例配制成不同浓度的强化液，将再生骨料在强化液浸泡不同时间，研究强化改性对再生骨料吸水率和压碎值的影响；将再生骨料与天然骨料复配应用于混凝土中，研究其对混凝土性能的影响。

1、试验

1.1 原材料

水泥：P·O42.5水泥，市售；粉煤灰：Ⅰ级，市售；超细矿粉：济南鑫森化工有限公司；微珠：淄博川峰建筑节能材料厂；硅灰：山东三远硅材料有限公司生产的加密硅灰（SiO2含量≥90%）；细骨料：河砂；粗骨料：天然碎石与再生粗骨料；聚乙烯醇及水玻璃：郑州明瑞化工有限公司，分析纯，聚乙烯醇pH值为4～6，水玻璃相对密度为2.614；精细沉珠：山东众创建材厂；减水剂、保坍剂、抗泥剂、保塑剂：瑞士西卡高分子材料有限公司。

1.2 试验方法

(1）以粒径分布、压碎值以及吸水率试验指标对制备的再生骨料进行系统测试；（2）采用不同浓度的强化液对再生骨料进行浸泡，研究吸水率和压碎值的变化；（3）在上述试验基础上，以再生骨料为原材料，与天然骨料按不同的比例复合进行再生混凝土配合比试验，研究其对混凝土流动性能以及强度的影响，并得出最佳的再生骨料掺量范围。

2、试验结果与分析

2.1 再生粗骨料的性能试验

试验分别对C30、C50、C60不同强度等级的废旧混凝土进行破碎，筛选得到不同粒径的再生骨料，分别命名为C30粗骨料、C50粗骨料、C60粗骨料，并对其进行粒径分布、压碎值、吸水率试验。天然粗骨料及再生骨料的粒径分布见表1，压碎值和吸水率见表2。

表1 天然粗骨料及再生骨料的粒径分布

表2 天然粗骨料及再生骨料的压碎值和吸水率

由表1、表2可知：

(1)C30、C50、C60再生粗骨料的粒径分布基本满足JGJ/T240—2011《再生骨料应用技术规程》的要求，C60粗骨料的粒径分布最接近天然粗骨料；对比3种再生粗骨料，C30粗骨料在9.5～19.0mm的粒径范围含量最多，且随着废旧混凝土强度等级的提高，在此粒径范围内粗骨料含量呈现降低趋势。

(2)3种再生粗骨料的压碎值均低于天然粗骨料；随着废旧混凝土强度等级的提高，再生粗骨料的压碎值逐渐增加，且均满足JGJ/T240—2011Ⅱ类指标要求。

(3)3种再生粗骨料的吸水率均高于天然粗骨料；随着废旧混凝土强度等级的提高，再生粗骨料的吸水率逐渐减小。这可能是因为再生骨料存在很多细小微观裂缝与孔洞，对水分子的吸附能力比天然骨料要大很多。

2.2 再生粗骨料的强化试验

再生骨料作为混凝土结构中重要的骨架结构，其基本物理性质将影响再生混凝土的性能指标，且相比于天然骨料，其吸水率要高很多，从而在相同用水量条件下，再生混凝土拌合物出现坍落度过小、黏度过大、工作性能差的现象，在一定程度上限制了再生骨料混凝土的应用范围。为了改善再生骨料的理化性质，本试验通过用聚乙烯醇与水玻璃以1∶1比例配制成不同浓度的强化液，将再生骨料在其中浸泡不同时间，研究强化改性对再生骨料吸水率和压碎值的影响。

水玻璃在水化过程中会与水化产物Ca(OH)2发生反应，生成水硬性硅酸钙胶凝体，对再生骨料的微观裂缝有一定的填充作用，对内部细微裂缝进行胶合，改善再生骨料的内部孔结构，且生成的硅酸钙胶凝体能够在再生骨料表面形成包裹层，与水泥接触时，骨料表面以及内部的水化硅酸钙胶凝能够加速水泥的水化凝结，在一定程度上有利于混凝土早期强度的发展。聚丙烯醇能够在再生骨料表面形成憎水膜，并深入到再生骨料内部裂缝中，从而有效地阻止水分子的自由进入，在一定程度上能够降低再生骨料的吸水率。

为了避免再生骨料表面有杂质影响强化液的浸泡效果，首先将再生骨料用水冲洗干净并放入烘箱烘干，除去再生骨料的内部水，以便强化液能够更好的吸收，然后将烘干的C50再生骨料放入配置好的不同浓度强化液中，并分别浸泡1、5、10h，研究强化液对再生骨料吸水率以及压碎值的影响，以确定最优的浸泡浓度和时间，结果如图1、图2所示。

图1 强化液浓度和浸泡时间对再生骨料吸水率的影响

图2 强化液浓度和浸泡时间对再生骨料压碎值的影响

由图1、图2可以看出：

(1）当强化液浓度保持不变时，再生骨料的吸水率随着浸泡时间的延长呈现下降趋势；强化液浓度为5%时，浸泡时间由1h延长到5h，再生骨料的吸水率降低幅度比浸泡时间由5h延长到10h的幅度大；当浸泡时间一定时，随着强化液浓度的增加，再生骨料的吸水率也呈现不同程度的下降趋势。

(2）当强化液浓度不变时，再生骨料的压碎值随着浸泡时间的延长呈下降趋势，当强化液浓度为5%时，浸泡时间由1h延长至5h，再生骨料的压碎值降低约6.5%，浸泡时间由5h延长至10h，再生骨料的压碎值降低约1.9%；当浸泡时间一定时，再生骨料的压碎值随着强化液浓度的增加呈下降趋势。综合上述分析，考虑到不同浓度以及不同浸泡时间对再生骨料的影响，确定以强化液浓度为5%，浸泡5h为最佳方案。

2.3 再生骨料的混凝土试验

对再生骨料进行强化，有效地降低了再生骨料的吸水率，而在保证强度的基础上改善拌合物的工作性能是再生混凝土配合设计的主要目标。本试验选用精细沉珠作为矿物掺合料，精细沉珠的颗粒呈球状实体，加水拌合后在水的物理润滑作用下能够改善水泥浆体的流动性，降低浆体的黏度，且能够优化混凝土、砂浆的颗粒级配[5]。通过调整再生骨料的合理级配与水胶比对再生混凝土进行配合比优化设计，在大量探索性试验基础上，再生骨料选用m(C30再生骨料）∶m(C60再生骨料）=1∶1进行复合，并按上述最佳方案强化，为了保证再生混凝土的流动性能，通过大量试验按m（减水剂）∶m（保坍剂）=8∶2配制出再生混凝土复合外加剂，其掺量为1.5%；抗泥剂、保塑剂掺量分别为0.5%、0.3%。再生混凝土配合比设计如表3所示。不同再生骨料取代率的再生混凝土性能测试结果如图3、图4所示。

表3 再生混凝土配合比设计

图3 再生骨料取代率对再生混凝土流动性的影响

图4 再生骨料取代率对再生混凝土强度的影响

由图3、图4可见：

(1）随再生骨料取代率的增加，再生混凝土的坍落度与扩展度总体呈先减小后增大的趋势，与纯天然骨料混凝土相比，坍落度与扩展度有比较明显的下降，混凝土黏度增加，当再生骨料取代率由12%增加至48%时，混凝土坍落度减少40mm左右；当再生骨料取代率超过48%时，混凝土坍落度与扩展度有变大趋势。

(2）随着再生骨料取代率的增加，再生混凝土的7d、28d抗压强度呈先提高后降低的趋势；当再生骨料取代率为36%时，再生混凝土的3d抗压强度为23.21MPa，与纯天然骨料混凝土强度基本一致；当再生骨料取代率由0增加至24%时，再生混凝土的7d、28d抗压强度较纯天然骨料混凝土分别提高3.4、4.1MPa。由此可知，天然骨料与再生骨料合理复合，可在一定程度上提高再生混凝土的抗压强度。不同再生骨料取代率的再生混凝土56d抗压强度均低于纯天然骨料混凝土。综合考虑，当再生骨料取代率为12%～24%时，再生混凝土的坍落度为200mm左右，28d抗压强度达到42MPa左右，具有较好的抗压强度及良好的工作性能。

3、结论

(1）对C30、C50、C60不同强度等级的废旧混凝土进行粉碎制得再生粗骨料，通过分析可知，C60再生粗骨料的粒径分布最接近天然粗骨料，C30再生粗骨料在9.5～19.0mm的粒径范围含量最多；3种再生骨料均满足JGJ/T240—2011Ⅱ类指标要求，且再生粗骨料压碎值随着强度等级的提高而增大；相比于天然骨料，再生骨料的吸水率增加。

(2）当强化液浓度不变时，随着浸泡时间的延长，再生骨料的压碎值和吸水率逐渐减小；相同浸泡时间，随强化液浓度的增大，再生骨料的压碎值和吸水率也逐渐减小。综合考虑，确定以强化液浓度5%、浸泡时间5h为最佳。

(3）随着再生骨料取代率的增加，再生混凝土的坍落度与扩展度总体呈先减小后增大的趋势，当再生骨料取代率由12%增加至48%时，混凝土坍落度减少40mm左右；随着再生骨料取代率的增加，再生混凝土的7d、28d抗压强度呈先提高后降低的趋势。

(4）当再生骨料取代率为12%～24%时，再生混凝土的坍落度在200mm左右，28d抗压强度达到42MPa左右，具有较好的抗压强度及良好的工作性能。

参考文献：

[1]杨医博,郑子麟,郭文瑛,等.全再生细骨料的制备及其对混凝土性能影响的试验研究[J].功能材料,2016(4):157-163.

[2]孔德玉.再生粗骨料含水状态对混凝土性能的影响[J].混凝土与水泥制品,2012(3):152-156.

[3]邓寿昌,张学兵,罗迎社.度弃混凝土再生利用的现状分析与研究展望[J].混凝土,2006(11):20-24.

邹燕,曹大富.再生骨料在混凝土中的应用研究[J].新型建筑材料,2020,47(04):31-33+38.