再生微粉混凝土抗壓強(qiáng)度和抗碳化性能試驗(yàn)分析

陳機(jī)構(gòu) 許獻(xiàn)忠

【摘 要】對廢棄混凝土進(jìn)行處理，可獲得高品質(zhì)的再生骨料進(jìn)行配制再生混凝土，這就是所說的再生微粉混凝土。而再生微粉混凝土的性能能否達(dá)到普通混凝土的要求，就成為了再生微粉混凝土應(yīng)用中的一大疑問。本文結(jié)合試驗(yàn)，對再生微粉混凝土抗壓強(qiáng)度和抗碳化性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：再生微粉混凝土的性能可以滿足要求，值得推廣應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】再生微粉；混凝土；抗壓強(qiáng)度；抗碳化性能

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展，工業(yè)和民用建筑的更新以及市政動(dòng)遷規(guī)模不斷加大，因建筑物解體而產(chǎn)生的廢棄混凝土量急劇增加。隨著城市化步伐的進(jìn)一步加快，今后廢棄混凝土塊仍有增多的趨勢。通過對再生骨料進(jìn)行強(qiáng)化處理，可以顯著提高再生骨料的性能，使得各項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)接近天然骨料，但是在骨料強(qiáng)化處理過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量由水泥石和砂石骨料組成粉末，我們稱之為再生微粉。研究結(jié)果表明：再生微粉是一種疏松多孔的建筑垃圾粉末、低摻量條件下活性與粉煤灰相近，經(jīng)超細(xì)化和熱處理后其活性進(jìn)一步提高，利用再生微粉可配制成混凝土。而再生微粉混凝土的性能能否達(dá)到普通混凝土的要求，就成為了再生微粉混凝土應(yīng)用中的一大疑問。本文主要研究再生微粉作為摻合料配制混凝土的抗壓及抗碳化耐久性。

1.試驗(yàn)原材料

水泥采用華潤（平南）P·II42.5R硅酸鹽水泥，性能符合GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)要求，3天抗壓強(qiáng)度為33.5Mpa，28天強(qiáng)度為56.8Mpa；

砂子為西江天然砂，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量0.7%；

石子為惠州5-31.5mm碎石，含泥量0.3%，針片狀含量7%，壓碎值10.4%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；

外加劑為廣州市建筑科學(xué)研究院有限公司生產(chǎn)的LMT-102聚羧酸系高性能減水劑，滿足GB8076—2008《混凝土外加劑》中高效減水劑性能指標(biāo)要求；

礦粉為首鋼S95礦渣粉，各項(xiàng)指標(biāo)符合S95礦粉標(biāo)準(zhǔn)的要求，比表面積為432m2/kg，7天活性為78%，28天活性為101%；

粉煤灰為珠江電廠II級(jí)灰，細(xì)度為21.5%，需水量比100%，燒失量為3.81%；

試驗(yàn)用水為自來水，符合混凝土拌合用水要求；

再生微粉為自加工，比表面積為461m2/kg。

2.再生微粉的制備和性能

2.1 再生微粉的制備

本試驗(yàn)所用廢棄混凝土來自力學(xué)試驗(yàn)后的廢棄混凝土塊。

再生微粉的制備過程是一個(gè)摻合料活性機(jī)械強(qiáng)化的過程，其制作流程包括廢棄混凝土→鐵錘一次粗破碎→二次破碎至最大粒徑不超過20mm的顆?！蚰C(jī)碾磨細(xì)度合格→試驗(yàn)用。廢棄混凝土塊經(jīng)鄂式破碎機(jī)破碎后成粒徑小于20mm的混凝土顆粒?；炷疗扑榈迷骄鶆?、越細(xì)，越有利于降低粉磨系統(tǒng)能耗，提高整個(gè)系統(tǒng)的制備效率。經(jīng)破碎后的混凝土顆粒再經(jīng)球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，粉磨工藝所用球磨機(jī)為SM-500型球磨機(jī)?；炷令w粒在球磨機(jī)研磨和試料相互沖擊作用下得到整形和強(qiáng)化，所產(chǎn)生的混凝土微細(xì)粉末即再生微粉。再生微粉主要成分由硬化水泥石、砂、石骨料粉末組成。

微粉碾磨制備過程中，在一定間隔時(shí)間內(nèi)測試其密度及比表面積，使其滿足實(shí)驗(yàn)要求。微粉比表面積要求大于400m2/kg。

2.2 再生微粉的性能

試驗(yàn)所采用的礦粉為首鋼的S95高爐礦渣粉，再生微粉與礦渣粉技術(shù)指標(biāo)對比見表1。

表1 摻合料技術(shù)指標(biāo)

從表1可以看出，再生微粉水泥膠砂后期的活性較弱，不能滿足GB/T18046—2008《用于混凝土中的粒化高爐礦渣粉》規(guī)定的摻合料技術(shù)指標(biāo)要求，其原因是再生微粉大量成分已水化，雖然活性偏低，但微粉也具備一定的水化能力。除了燒失量相對較高外，再生微粉其他性能均能滿足摻合料技術(shù)要求。

2.3 摻合料化學(xué)成分

對再生微粉摻合料進(jìn)行化學(xué)全分析，測試其各類化學(xué)成分含量，并與試驗(yàn)所用礦粉及粉煤灰進(jìn)行對比，結(jié)果見表2。

表2 各摻合料化學(xué)組成及燒失量對比 %

由表2看出，再生微粉的化學(xué)成分與礦粉接近，CaO含量大大高于粉煤灰，而MgO含量較粉煤灰稍高。由于生產(chǎn)水泥的主要原料是石灰質(zhì)原料（提供氧化鈣）和粘土質(zhì)原料（主要提供氧化硅和氧化鋁，也提供部分氧化鐵），廢棄混凝土經(jīng)破碎和粉磨制得的再生微粉的CaO含量較高，并且含有一定量的SiO2，其中一部分來自廢棄混凝土中的骨料，一部分來自廢棄混凝土中的水化水泥部分。根據(jù)化學(xué)成分不難推斷其具有潛在的水化活性，將再生微粉作為生產(chǎn)水泥的石灰石質(zhì)原料或者直接作為摻合料應(yīng)用于混凝土中是可行的。

3.再生微粉混凝土性能研究

通過試驗(yàn)對比，研究再生微粉摻合料、礦粉和粉煤灰在水泥混凝土中的作用區(qū)別以及其對水泥混凝土性能的影響。同時(shí)，研究多種摻合料復(fù)摻下水泥混凝土的性能，得出性能較優(yōu)的配合比。

再生微粉、粉煤灰和礦粉摻合料在混凝土中不同組合的試驗(yàn)配合比見表3。

表3 不同摻合料組合的水泥混凝土配合比 kg/m3

3.1 抗壓強(qiáng)度

不同摻合料組合的混凝土抗壓強(qiáng)度見表4。

表4 不同摻合料組合的混凝土抗壓強(qiáng)度

不同雙摻組合配合比（P01、P02、P03組）混凝土抗壓強(qiáng)度對比見圖1。

由圖1可以看出，粉煤灰和礦粉雙摻情況下水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度最大，而再生微粉和礦粉或粉煤灰雙摻配合比的水泥混凝土中，微粉與礦粉雙摻混凝土的抗壓強(qiáng)度在各個(gè)齡期均大于再生微粉與粉煤灰雙摻混凝土的。

圖1 不同組合雙摻混凝土抗壓強(qiáng)度

不同比例三摻配合比（P04、P05、P06組）混凝土抗壓強(qiáng)度對比見圖2。圖中比例為摻合料總摻量不變情況下調(diào)整粉煤灰、礦粉和再生微粉的摻量比例。

由圖2可以看出，隨著齡期增長，不同摻合料比例配合比的三摻混凝土的抗壓強(qiáng)度呈增長態(tài)勢。水化初期，三種比例三摻混凝土抗壓強(qiáng)度相差不大，隨著水化的進(jìn)行，P05組（粉煤灰：礦粉：再生微粉為10：7：3）的混凝土強(qiáng)度提高較大，而三種摻合料比例為1：1：1的P06組混凝土強(qiáng)度提高相對較小，主要是激發(fā)劑摻量較少的緣故；在后期，隨著再生微粉摻量增多，礦粉摻量降低，混凝土的抗壓強(qiáng)度降低。由圖2可以看出，即使摻合料中再生微粉比例最高的P04組（粉煤灰：礦粉：再生微粉為10：3：7），其長齡期強(qiáng)度也能滿足要求，因此，再生微粉比例占摻合料的35%左右是可行的。

圖2 不同三摻比例下混凝土抗壓強(qiáng)度

3.2 抗碳化性能

混凝土快速碳化試驗(yàn)根據(jù)SL/T352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行。

試驗(yàn)測試單摻再生微粉、單摻礦粉及兩者雙摻混凝土的抗碳化性能，并進(jìn)行比較分析。試驗(yàn)配合比見表3。

表3 再生微粉混凝土抗碳化性能試驗(yàn)配合比 kg/m3

注：C—水泥，W—水，S—砂，G—石，O—礦粉，M—再生微粉，R—減水劑，A—NS型激發(fā)劑。

對表4中各組混凝土試件養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行碳化測試，各配合比混凝土試件3d、7d、14d及28d的碳化深度見表4。

表4 試件碳化深度 mm

由表4可以看出，在各個(gè)碳化階段單摻礦粉的混凝土試件碳化深度最小，而單摻再生微粉的混凝土試件碳化深度最大。復(fù)摻混凝土試件的碳化深度介于兩者之間。由此可以推斷，再生微粉的抗碳化能力低于礦粉的抗碳化能力，再生微粉復(fù)摻礦粉后混凝土抗碳化能力有所提高。

4.結(jié)論

（1）再生微粉和礦粉、再生微粉和粉煤灰、粉煤灰和礦粉雙摻混凝土，在各個(gè)齡期，以粉煤灰和礦粉雙摻混凝土的強(qiáng)度值最大，再生微粉與礦粉雙摻混凝土強(qiáng)度在各齡期均大于再生微粉與粉煤灰雙摻混凝土的強(qiáng)度。

（2）固定摻合料摻量，以礦粉、粉煤灰及再生微粉不同組成比例配制的三摻混凝土，隨齡期增長，不同配合比的三摻混凝土的強(qiáng)度呈增長態(tài)勢。在后期，隨再生微粉摻量增多，礦粉摻量降低，混凝土的強(qiáng)度降低。再生微粉摻量占摻合料的35%左右時(shí)使用較為適宜。再生微粉作為摻合料使用是可行的。

（3）單摻礦粉的混凝土碳化深度最小，而單摻再生微粉的混凝土試件碳化深度最大。雙摻再生微粉和礦粉混凝土的碳化深度居中，說明再生微粉應(yīng)與其它摻合料共摻應(yīng)用于混凝土中較為合適。

參考文獻(xiàn)：

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