水泥漿改性的再生混凝土粗骨料分析

郝建民

(中國海外集團(tuán)有限公司，廣東深圳 518048)

1 概述

進(jìn)入21世紀(jì)以來，伴隨著中國經(jīng)濟(jì)跨越式的高速發(fā)展和國民生產(chǎn)力的不斷提高，建國以后乃至改革開放初期以來所興建的一部分建筑由于其使用時(shí)間較長(zhǎng)同時(shí)建筑相關(guān)功能性也越來越不能滿足現(xiàn)今生活、工作需要，不可避免的會(huì)面臨著拆除、新建的局面。隨之而來的，是在對(duì)既有老舊建筑物的拆除過程中，必然會(huì)產(chǎn)生出來大量的建筑垃圾，而這其中，又以廢棄混凝土所占份額最大。一般傳統(tǒng)的處理方法多數(shù)采用的是堆放或填埋，這種做法不僅占用大量的耕地，而且未能對(duì)仍存在使用價(jià)值的廢棄混凝土循環(huán)利用，對(duì)于環(huán)境保護(hù)綠色價(jià)值和社會(huì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)價(jià)值均有著一定的不利影響。因此，如何將這些廢棄混凝土重新循環(huán)利用，變成可再生的混凝土不僅對(duì)國民建筑產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重大的實(shí)際意義，同時(shí)也符合環(huán)保、集約、可再生的健康發(fā)展模式。

而由于再生混凝土骨料獲得途徑的獨(dú)特性，在重復(fù)利用的過程中自身或多或少的會(huì)存在著某些方面的不足與瑕疵，導(dǎo)致再生混凝土力學(xué)性能相比于基準(zhǔn)混凝土有著一定的差異。因此，如何對(duì)再生混凝土的基本性質(zhì)進(jìn)行提高，使其與基準(zhǔn)混凝土差異越來越小，甚至消失，成為了一個(gè)迫在眉睫同時(shí)有著巨大前景的研究課題［1］，為了提高再生骨料方面的一些材料性能，基于目前研究成果，采取了對(duì)再生粗骨料進(jìn)行水泥漿浸泡處理的方式，研究此方法對(duì)再生粗骨料的改性效果，希望對(duì)再生混凝土未來的研究與應(yīng)用有一定實(shí)際意義與學(xué)術(shù)價(jià)值。

2 試驗(yàn)概況

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)采用的再生粗骨料來源于沈陽建筑大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，該廢棄混凝土強(qiáng)度為C30，其立方體抗壓強(qiáng)度為38.5 MPa。該再生混凝土人工破碎后經(jīng)過清洗、分級(jí)，選取粒徑大小為5 mm～20 mm的再生粗骨料作為試驗(yàn)材料。水泥采用工源牌P.S32.5R礦渣硅酸鹽水泥。減水劑為聚羧酸類減水劑。

為了選出較優(yōu)的水灰比浸泡再生骨料，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料［2，3］選出三種不同水灰比浸泡骨料，測(cè)量浸泡后骨料的壓碎指標(biāo)，從而選出最優(yōu)的水灰比水泥砂漿。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 不同水灰比浸泡后骨料的壓碎值指標(biāo)δα %

從表1可見:水灰比為0.38的水泥漿浸泡好的骨料壓碎指標(biāo)比水灰比為0.40的水泥漿浸泡好的骨料壓碎指標(biāo)低0.2個(gè)百分點(diǎn);水灰比為0.42的水泥漿浸泡好的骨料壓碎指標(biāo)高于規(guī)范［4］中規(guī)定的16%。同時(shí)從經(jīng)濟(jì)效益及施工方面綜合考慮選擇水灰比為0.40的水泥漿。

2.2 試驗(yàn)方法

考慮到再生骨料需要進(jìn)行大批量浸泡處理，所以采用混凝土攪拌機(jī)對(duì)再生骨料浸泡。按照水灰比為0.4的水泥漿，摻入水泥質(zhì)量為0.2%的減水劑，將再生骨料倒入攪拌機(jī)中攪拌，每攪拌3 min～5 min時(shí)，靜放浸泡3 min～5 min，如此循環(huán)2次～3次，浸泡中的骨料如圖1所示。當(dāng)再生骨料與水泥漿充分的粘結(jié)之后，將浸泡好的骨料分批量倒出，撒上一層細(xì)砂，防止裹有水泥漿的骨料凝結(jié)成大體積的水泥石塊，等待水泥漿硬化之后將其與砂子篩分，并對(duì)其澆水養(yǎng)護(hù)，如圖2所示。

圖1 浸泡中的骨料

圖2 浸泡好的骨料

浸泡前再生粗骨料外形介于碎石與卵石之間，表面有很多棱角和微裂縫，表面附著大量水泥漿，并且質(zhì)地很脆;浸泡后的骨料外形如同卵石，同時(shí)水泥漿表面粘有少量細(xì)砂，裹有水泥漿的厚度有1 mm左右，厚的地方達(dá)到2 mm。

本次測(cè)試的主要內(nèi)容有:3 d，7 d，28 d的壓碎值指標(biāo);28 d的骨料堆積密度和表觀密度;28 d的骨料吸水率;150×150×150立方體試塊28 d后的抗壓強(qiáng)度。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 壓碎值指標(biāo)

試驗(yàn)中篩取10.0 mm～20.0 mm標(biāo)準(zhǔn)粒級(jí)進(jìn)行壓碎值指標(biāo)試驗(yàn)。每份取2 kg的試樣3份備用，裝入壓碎指標(biāo)儀，在試驗(yàn)機(jī)上3 min～5 min內(nèi)均勻加載至200 kN，每組試驗(yàn)做三次，分別測(cè)出未浸泡骨料的壓碎指標(biāo)和浸泡后3 d，7 d，28 d壓碎值指標(biāo)。壓碎指標(biāo)按照式(1)進(jìn)行計(jì)算:

其中，δα為壓碎值指標(biāo)，%;m0為試樣的質(zhì)量，g;m1為壓碎試驗(yàn)后篩除試樣的質(zhì)量，g。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2，表3所示。

通過表1，表2可以看出未浸泡骨料的壓碎值指標(biāo)為17.4%，與浸泡3 d的骨料值相差為0.01，說明浸泡3 d的骨料與水泥漿并未粘結(jié)得很好，水泥強(qiáng)度并未有較大的提高，而且與水泥標(biāo)號(hào)、品種等有關(guān)，導(dǎo)致凝結(jié)硬化較慢，早期強(qiáng)度低;浸泡7 d的壓碎值指標(biāo)明顯有所降低;28 d壓碎值指標(biāo)已經(jīng)滿足規(guī)定的要求。

表2 未浸泡再生粗骨料的壓碎指標(biāo)δα

表3 浸泡后骨料的壓碎值指標(biāo)δα %

3.2 堆積密度和表觀密度

對(duì)于再生骨料表觀密度普遍認(rèn)為可以達(dá)到天然骨料的85%以上，但由于原生混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、使用時(shí)間與環(huán)境、配合比、骨料的粒徑與級(jí)配等多種不確定因素，使得再生粗骨料的表觀密度和堆積密度受到較大影響，離散性較大。因此，與天然粗骨料相比，再生粗骨料的堆積密度與表觀密度均有所降低，分析其原因主要是因?yàn)槠浔砻嫠嗌皾{的含量較高［5］。

試驗(yàn)中使用烘箱對(duì)浸泡后的粗骨料進(jìn)行烘干，求其算數(shù)平均值作為測(cè)定值。表4為所測(cè)得的堆積密度和表觀密度的數(shù)據(jù)。

表4 堆積密度與表觀密度 kg/m3

從表4中可以看出，浸泡后的骨料其堆積密度有所提高。但是表觀密度稍有降低，考慮到浸泡后再生骨料的表觀密度降低的原因可能有:一是浸泡過程中水泥漿并未滲入再生骨料表面的孔隙里。二是水泥顆粒的表觀密度和水泥塊的表觀密度有差異，其原因是水泥水化放熱導(dǎo)致水泥凝結(jié)成塊時(shí)膨脹，從而有大量孔隙存在。

3.3 吸水率

試驗(yàn)中采用自來水浸泡24 h的未處理的再生粗骨料吸水率為2.20%;水泥漿浸泡后并正常養(yǎng)護(hù)28 d的吸水率為1.71%。與其他文獻(xiàn)［5］的試驗(yàn)結(jié)果相比較，未浸泡處理的骨料吸水率遠(yuǎn)小于其值。根據(jù)日本的再生骨料標(biāo)準(zhǔn)，在混凝土生產(chǎn)中，不推薦使用吸水率超過7%的再生粗骨料。從該吸水率試驗(yàn)的結(jié)果來看，浸泡后的再生骨料吸水率得到有效的降低，并且達(dá)到要求。

3.4 再生混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)中選取浸泡的再生骨料和未浸泡的再生骨料，按100%的再生骨料摻量制成的150×150×150試塊，混凝土的配合比見表5。

表5 混凝土配合比

試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 抗壓強(qiáng)度評(píng)定值與不同設(shè)計(jì)方式的關(guān)系

由圖3可知28 d抗壓強(qiáng)度評(píng)定值分別為33.4 MPa和22.8 MPa，其強(qiáng)度分別達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的111%和76%，由此可見浸泡處理的骨料配制的混凝土比未浸泡骨料配制的混凝土強(qiáng)度值高46.5%，且浸泡后骨料配制的混凝土強(qiáng)度值能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

通過對(duì)再生骨料的水泥砂漿浸泡處理，其材料方面的性能得到較多的改善，得到如下結(jié)論:

1)用摻入減水劑的水泥漿浸泡骨料，養(yǎng)護(hù)28 d后，其壓碎指標(biāo)值滿足《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的要求。

2)處理后的骨料相對(duì)于未處理骨料的堆積密度提高了約7%，但表觀密度降低，望以后通過在浸泡骨料時(shí)進(jìn)行加壓處理，使得水泥漿能大量的滲入骨料表面的孔隙里，或加入有效的外加劑方法提高浸泡后的再生骨料的表觀密度，從而對(duì)混凝土的密實(shí)度有所提高。

3)再生骨料的吸水量較大，通過對(duì)再生骨料的處理，可以有效的減少其吸水率，在不增加用水量的同時(shí)，保證混凝土有較好的和易性。

4)浸泡處理后的粗骨料制成試塊，其抗壓強(qiáng)度有較大的提高，相對(duì)于未浸泡的再生粗骨料其提高了46.5%。

［1］陳德玉，袁 偉，劉 歡.再生粗骨料改性的試驗(yàn)研究［J］.新型建筑材料，2009(2):20-23.

［2］Francisco J，De Casoy Basalo，F(xiàn)abio Matta，et al.Fiber reinforced cement-based composite system for concrete confinement［J］.Construction and Building Materials，2011(31):1-11.

［3］孔德玉，吳先君，韋 蘇.再生骨料混凝土研究［J］.浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，31(1):28-32.

［4］GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］李佳彬，肖建莊，孫振平.再生粗骨料特性及其對(duì)再生混凝土性能的影響［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2004，7(4):390-395.