聚羧酸減水劑應(yīng)用于建筑廢棄物混凝土中的研究

牛引生

（山西科騰環(huán)保新材料股份有限公司，山西 太原 030006）

1 研究背景

根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國(guó)每年產(chǎn)生約21 億t建筑廢棄物，其中大部分是混凝土和砂漿，約占廢棄物總量的40%，如何有效地循環(huán)使用廢棄的混凝土生產(chǎn)再生混凝土骨料，替代天然骨料，并開(kāi)發(fā)與之相匹配的外加劑已經(jīng)成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。

與天然骨料相比，再生混凝土骨料最主要的特性為高吸水率、高破碎性、高泥粉含量和高孔隙率。

與天然骨料混凝土相比，再生粗骨料的混凝土具有如下特點(diǎn)：經(jīng)時(shí)損失大、吸水率增加、收縮增加和抗壓強(qiáng)度降低。

2 研究意義

本研究的目的是開(kāi)發(fā)特殊的與再生骨料相匹配的混凝土外加劑并生產(chǎn)合格的再生骨料混凝土，促進(jìn)城市建筑廢棄物的回收利用，保護(hù)環(huán)境。

本研究充分利用功能高分子間的1+1＞2 的協(xié)同作用，將一系列功能性聚羧酸減水劑進(jìn)行科學(xué)合理地復(fù)配，制備適用于再生骨料混凝土特點(diǎn)和技術(shù)要求的專用外加劑。

3 試驗(yàn)

3.1 材料

水泥：所有試驗(yàn)用水泥為華潤(rùn)水泥PⅡ42.5R。

細(xì)骨料/砂：河砂，細(xì)度模數(shù)2.6。

粗骨料：天然碎石，最大粒徑30 mm；再生粗骨料由靈壽縣富鑫礦產(chǎn)品有限公司提供，最大粒徑30 mm，其性能如表1 所示。

表1 粗骨料性能

3.2 外加劑

外加劑一種是普通保坍型聚羧酸減水劑（FPCE），另一種是專用多功能聚羧酸減水劑（SPCE），由以下功能型聚羧酸減水劑以適當(dāng)比例復(fù)配的混合型減水劑。

PCE1：降粘型和低引氣型（科騰環(huán)保合成）。

PCE2：保坍抗縮型（科騰環(huán)保合成）。

PCE3：抗泥減水型（科騰環(huán)保合成）。

4 檢測(cè)項(xiàng)目

4.1 混凝土試驗(yàn)

為研究再生骨料對(duì)新拌混凝土性能的影響，采用4種不同摻量配制的混凝土拌合物，具體如下。

I：參照混凝土，100%天然粗骨料。

II：75%天然粗骨料，25%再生粗骨料。

III：50%天然粗骨料，50%再生粗骨料。

IV：100%再生粗骨料。

由于再生砂具有較強(qiáng)的吸水性，會(huì)產(chǎn)生收縮效應(yīng)，故所有試驗(yàn)都不使用再生砂。

用再生骨料代替天然粗骨料（質(zhì)量比），通過(guò)調(diào)節(jié)拌合水用量、外加劑摻量及膠凝材料用量，使配制得到的所有混凝土拌合物具有相同的初始坍落度和和易性，再生骨料混凝土拌合物配合比如表2 所示。

表2 再生骨料混凝土拌合物配合比

4.2 新拌混凝土試驗(yàn)

新拌混凝土試驗(yàn)按國(guó)標(biāo)GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[1]測(cè)定，所有的混凝土拌合物具有相同的坍落度值（190～240 mm），在拌合物出機(jī)后5 min 測(cè)量，并以60 min 為間隔檢測(cè)經(jīng)時(shí)坍落度值。

4.3 混凝土收縮性能檢測(cè)

混凝土收縮性試驗(yàn)按照GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[2]，采用接觸法檢測(cè)。

4.4 混凝土的抗壓強(qiáng)度

試件是長(zhǎng)寬高為100 mm 立方體，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室分別養(yǎng)護(hù)3 d、7 d 和28 d 后，測(cè)試抗壓強(qiáng)度。

5 試驗(yàn)結(jié)果與討論

5.1 再生粗骨料的吸水性

為研究再生骨料對(duì)混凝土拌合物性能的影響，制備了4 組摻有不同比例再生骨料的混凝土，除了粗骨料的質(zhì)量，其他組分的質(zhì)量都相同，混凝土拌合物配合比及坍落度分別如表3、表4 所示。

表3 混凝土拌合物配合比（C35）

表4 混凝土拌合物的坍落度

表4 所示數(shù)據(jù)表明：與對(duì)照組混凝土相比，由于再生骨料的高吸水性，為獲得相同的坍落度，再生骨料混凝土需要更多的拌合水，而在使用相同拌合水的情況下，再生骨料取代率越高，所制備混凝土的坍落度越低。

5.2 新拌混凝土的性能

表2 中所示4 組混凝土拌合物的坍落度/擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)變化如表5 所示，性能如表6 所示。從表5 可以看到，對(duì)于摻加再生骨料的混凝土拌合物來(lái)說(shuō)，使用本研究的特殊專用聚羧酸減水劑，通過(guò)調(diào)節(jié)拌合水、外加劑以及膠凝材料用量，完全可以制備出具有良好工作性能的再生混凝土，即使再生粗骨料的取代率高達(dá)100%，也完全沒(méi)有問(wèn)題。

表5 混凝土拌合物的坍落度/擴(kuò)展度經(jīng)時(shí)變化（單位：mm）

表6 混凝土拌合物的性能

表6 所示數(shù)據(jù)表明：所有混凝土拌合物的容重都滿足混凝土的實(shí)際需要，隨著再生骨料取代率的增加，容重雖有輕微的降低，但不明顯，所有混凝土拌合物的堆積密度都符合混凝土的實(shí)際需求。

5.3 硬化混凝土性能

表2 中混凝土的抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如表7 所示。

表7 混凝土拌合物的抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

表7 所示數(shù)據(jù)表明：相對(duì)于天然骨料混凝土（拌合物I），摻加再生骨料的混凝土，隨著再生骨料取代率的增加，抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)為些許的下降，但能夠滿足設(shè)計(jì)需要。

5.4 收縮性能

表2 中混凝土收縮性能檢測(cè)結(jié)果如表8 所示。

表8 混凝土拌合物收縮性能檢測(cè)結(jié)果

表8 所示數(shù)據(jù)表明：摻加再生骨料對(duì)混凝土的收縮性能沒(méi)有明顯的負(fù)面影響，而當(dāng)再生骨料的取代率為50%時(shí)，再生骨料混凝上的收縮較對(duì)照混凝土有輕微的下降，但可以滿足使用要求。

5.5 外加劑SPCE 和FPCE 的對(duì)比

為研究本研究聚羧酸減水劑的功能型特性，檢測(cè)了再生骨料摻加量為50%，摻加市售普通保坍型聚羧酸減水劑FPCE 及本研究的專用聚羧酸減水劑SPCE的混凝拌合物，配合比與表3 中拌合物II 相同，并通過(guò)調(diào)節(jié)拌合水用量及外加劑摻量，使其具有相近的坍落度和擴(kuò)展度，檢測(cè)結(jié)果如表9 所示。

表9 混凝土拌合物坍落度/擴(kuò)展度的檢測(cè)結(jié)果

表9 所示數(shù)據(jù)表明：對(duì)于普通的保坍型聚羧酸減水劑（FPCE），再生混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失大，這勢(shì)必導(dǎo)致應(yīng)用困難，而對(duì)于摻加本研究專用聚羧酸減水劑（SPCE）的再生混凝土來(lái)說(shuō)，混凝土顯示了優(yōu)良的和易性和坍落度經(jīng)時(shí)保持性，滿足混凝結(jié)構(gòu)的應(yīng)用需求。

6 結(jié)論

根據(jù)本研究所示研究及檢測(cè)結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：①通過(guò)科學(xué)合理地復(fù)配功能化聚羧酸減水劑，可以獲得再生骨料混凝土專用減水劑，該減水劑適用于配制摻加低質(zhì)量再生骨料的再生混凝土，且混凝土滿足一切施工及應(yīng)用需求。②本研究的試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加本研究專用外加劑制備C35 標(biāo)號(hào)的再生骨料混凝土是可行的；對(duì)于C35 混凝土，再生骨料RA 的取代率可以高達(dá)100%。③由于再生骨料含有大量的泥粉顆粒，導(dǎo)致再生骨料混凝土具有較大的收縮性能，使用本研究專用聚羧酸減水劑制備的再生骨料混凝土顯示出優(yōu)良的和易性和坍落度經(jīng)時(shí)保持性，可以滿足混凝結(jié)構(gòu)的應(yīng)用需求。