再生微粉混凝土抗压强度和抗碳化性能试验分析

2013-12-16陈机构许献忠

科学时代·上半月 2013年10期

陈机构许献忠

【摘要】对废弃混凝土进行处理，可获得高品质的再生骨料进行配制再生混凝土，这就是所说的再生微粉混凝土。而再生微粉混凝土的性能能否达到普通混凝土的要求，就成为了再生微粉混凝土应用中的一大疑问。本文结合试验，对再生微粉混凝土抗压强度和抗碳化性能进行了分析。结果表明：再生微粉混凝土的性能可以满足要求，值得推广应用。

【关键词】再生微粉；混凝土；抗压强度；抗碳化性能

近年来，随着国民经济持续快速的发展，工业和民用建筑的更新以及市政动迁规模不断加大，因建筑物解体而产生的废弃混凝土量急剧增加。随着城市化步伐的进一步加快，今后废弃混凝土块仍有增多的趋势。通过对再生骨料进行强化处理，可以显著提高再生骨料的性能，使得各项指标已经接近天然骨料，但是在骨料强化处理过程中不可避免地会产生大量由水泥石和砂石骨料组成粉末，我们称之为再生微粉。研究结果表明：再生微粉是一种疏松多孔的建筑垃圾粉末、低掺量条件下活性与粉煤灰相近，经超细化和热处理后其活性进一步提高，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达到普通混凝土的要求，就成为了再生微粉混凝土应用中的一大疑问。本文主要研究再生微粉作为掺合料配制混凝土的抗压及抗碳化耐久性。

1.试验原材料

水泥采用华润（平南）P·II42.5R硅酸盐水泥，性能符合GB175—2007《通用硅酸盐水泥》标准要求，3天抗压强度为33.5Mpa，28天强度为56.8Mpa；

砂子为西江天然砂，细度模数2.6，含泥量0.7%；

石子为惠州5-31.5mm碎石，含泥量0.3%，针片状含量7%，压碎值10.4%，符合标准要求；

外加剂为广州市建筑科学研究院有限公司生产的LMT-102聚羧酸系高性能减水剂，满足GB8076—2008《混凝土外加剂》中高效减水剂性能指标要求；

矿粉为首钢S95矿渣粉，各项指标符合S95矿粉标准的要求，比表面积为432m2/kg，7天活性为78%，28天活性为101%；

粉煤灰为珠江电厂II级灰，细度为21.5%，需水量比100%，烧失量为3.81%；

试验用水为自来水，符合混凝土拌合用水要求；

再生微粉为自加工，比表面积为461m2/kg。

2.再生微粉的制备和性能

2.1 再生微粉的制备

本试验所用废弃混凝土来自力学试验后的废弃混凝土块。

再生微粉的制备过程是一个掺合料活性机械强化的过程，其制作流程包括废弃混凝土→铁锤一次粗破碎→二次破碎至最大粒径不超过20mm的颗粒→球磨机碾磨细度合格→试验用。废弃混凝土块经鄂式破碎机破碎后成粒径小于20mm的混凝土颗粒。混凝土破碎得越均匀、越细，越有利于降低粉磨系统能耗，提高整个系统的制备效率。经破碎后的混凝土颗粒再经球磨机进行粉磨，粉磨工艺所用球磨机为SM-500型球磨机。混凝土颗粒在球磨机研磨和试料相互冲击作用下得到整形和强化，所产生的混凝土微细粉末即再生微粉。再生微粉主要成分由硬化水泥石、砂、石骨料粉末组成。

微粉碾磨制备过程中，在一定间隔时间内测试其密度及比表面积，使其满足实验要求。微粉比表面积要求大于400m2/kg。

2.2 再生微粉的性能

试验所采用的矿粉为首钢的S95高炉矿渣粉，再生微粉与矿渣粉技术指标对比见表1。

表1 掺合料技术指标

从表1可以看出，再生微粉水泥胶砂后期的活性较弱，不能满足GB/T18046—2008《用于混凝土中的粒化高炉矿渣粉》规定的掺合料技术指标要求，其原因是再生微粉大量成分已水化，虽然活性偏低，但微粉也具备一定的水化能力。除了烧失量相对较高外，再生微粉其他性能均能满足掺合料技术要求。

2.3 掺合料化学成分

对再生微粉掺合料进行化学全分析，测试其各类化学成分含量，并与试验所用矿粉及粉煤灰进行对比，结果见表2。

表2 各掺合料化学组成及烧失量对比 %

由表2看出，再生微粉的化学成分与矿粉接近，CaO含量大大高于粉煤灰，而MgO含量较粉煤灰稍高。由于生产水泥的主要原料是石灰质原料（提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅和氧化铝，也提供部分氧化铁），废弃混凝土经破碎和粉磨制得的再生微粉的CaO含量较高，并且含有一定量的SiO2，其中一部分来自废弃混凝土中的骨料，一部分来自废弃混凝土中的水化水泥部分。根据化学成分不难推断其具有潜在的水化活性，将再生微粉作为生产水泥的石灰石质原料或者直接作为掺合料应用于混凝土中是可行的。

3.再生微粉混凝土性能研究

通过试验对比，研究再生微粉掺合料、矿粉和粉煤灰在水泥混凝土中的作用区别以及其对水泥混凝土性能的影响。同时，研究多种掺合料复掺下水泥混凝土的性能，得出性能较优的配合比。

再生微粉、粉煤灰和矿粉掺合料在混凝土中不同组合的试验配合比见表3。

表3 不同掺合料组合的水泥混凝土配合比 kg/m3

3.1 抗压强度

不同掺合料组合的混凝土抗压强度见表4。

表4 不同掺合料组合的混凝土抗压强度

不同双掺组合配合比（P01、P02、P03组）混凝土抗压强度对比见图1。

由图1可以看出，粉煤灰和矿粉双掺情况下水泥混凝土的抗压强度最大，而再生微粉和矿粉或粉煤灰双掺配合比的水泥混凝土中，微粉与矿粉双掺混凝土的抗压强度在各个龄期均大于再生微粉与粉煤灰双掺混凝土的。

图1 不同组合双掺混凝土抗压强度

不同比例三掺配合比（P04、P05、P06组）混凝土抗压强度对比见图2。图中比例为掺合料总掺量不变情况下调整粉煤灰、矿粉和再生微粉的掺量比例。

由图2可以看出，随着龄期增长，不同掺合料比例配合比的三掺混凝土的抗压强度呈增长态势。水化初期，三种比例三掺混凝土抗压强度相差不大，随着水化的进行，P05组（粉煤灰：矿粉：再生微粉为10：7：3）的混凝土强度提高较大，而三种掺合料比例为1：1：1的P06组混凝土强度提高相对较小，主要是激发剂掺量较少的缘故；在后期，随着再生微粉掺量增多，矿粉掺量降低，混凝土的抗压强度降低。由图2可以看出，即使掺合料中再生微粉比例最高的P04组（粉煤灰：矿粉：再生微粉为10：3：7），其长龄期强度也能满足要求，因此，再生微粉比例占掺合料的35%左右是可行的。

图2 不同三掺比例下混凝土抗压强度

3.2 抗碳化性能

混凝土快速碳化试验根据SL/T352—2006《水工混凝土试验规程》进行。

试验测试单掺再生微粉、单掺矿粉及两者双掺混凝土的抗碳化性能，并进行比较分析。试验配合比见表3。

表3 再生微粉混凝土抗碳化性能试验配合比 kg/m3

注：C—水泥，W—水，S—砂，G—石，O—矿粉，M—再生微粉，R—减水剂，A—NS型激发剂。

对表4中各组混凝土试件养护28d后进行碳化测试，各配合比混凝土试件3d、7d、14d及28d的碳化深度见表4。

表4 试件碳化深度 mm

由表4可以看出，在各个碳化阶段单掺矿粉的混凝土试件碳化深度最小，而单掺再生微粉的混凝土试件碳化深度最大。复掺混凝土试件的碳化深度介于两者之间。由此可以推断，再生微粉的抗碳化能力低于矿粉的抗碳化能力，再生微粉复掺矿粉后混凝土抗碳化能力有所提高。

4.结论

（1）再生微粉和矿粉、再生微粉和粉煤灰、粉煤灰和矿粉双掺混凝土，在各个龄期，以粉煤灰和矿粉双掺混凝土的强度值最大，再生微粉与矿粉双掺混凝土强度在各龄期均大于再生微粉与粉煤灰双掺混凝土的强度。

（2）固定掺合料掺量，以矿粉、粉煤灰及再生微粉不同组成比例配制的三掺混凝土，随龄期增长，不同配合比的三掺混凝土的强度呈增长态势。在后期，随再生微粉掺量增多，矿粉掺量降低，混凝土的强度降低。再生微粉掺量占掺合料的35%左右时使用较为适宜。再生微粉作为掺合料使用是可行的。