规模生产再生骨料混凝土回弹及碳化试验研究

王 兵，何 霞

(扬州职业大学，江苏 扬州 225009)

再生混凝土是一种绿色新型建材，国内外很多研究人员［1-5］采用实验室用废弃混凝土试块破碎得到再生粗骨料，配制再生混凝土开展相关碳化性能研究;元成方等［6］选用西安鑫生源公司生产的再生骨料配置再生混凝土开展碳化性能研究;石铁飚等［7］利用云南农业大学旁边工厂拆除所得石灰岩骨料混凝土经人工破碎后作为再生骨料，开展回弹法检测再生混凝土抗压强度试验研究。由于再生骨料来源的多样性，导致了再生混凝土性能的差异较大，研究结论离散性较大。利用鄂式矿山破碎设备规模化生产再生粗、细骨料配制再生混凝土开展碳化和回弹试验研究较少，本文针对扬州惠民再生资源公司生产的再生骨料所配置的再生混凝土开展回弹和碳化试验研究。

1 试验材料

扬州惠民再生资源有限公司专门从事建筑垃圾的回收利用和产业化推广。该公司利用的鄂式矿山破碎设备，经改造破碎收集的废弃混凝土，规模生产再生骨料。

据国标《混凝土用再生粗骨料》(GB/T25117-2010)，该公司破碎生产得到的再生粗骨料建议分为再生一类和再生二类，性能指标见表1;再生细骨料15min 吸水率W吸=10%，细度模数Mx=3.0。

表1 再生粗骨料类别及性能指标

试验材料:绿杨牌P. O 42.5 普通硅酸盐水泥;PC-10 型高效减水剂，取最佳掺量为1.5%，其减水率为15%左右;采用惠民公司生产的再生骨料，性能见表1;天然粗骨料为5 ～31.5mm 连续集配碎石;再生细骨料为惠民公司所生产细骨料;天然细骨料为山砂，细度模数Mx=2.9。

2 回弹试验研究

2.1 回弹试验设计

选用惠民公司生产的再生一类粗骨料三种掺量和再生细骨料两种掺量配制试块，水灰比采用前期厂区建设用再生混凝土最优水灰比W/C =0.55，回弹试块见表2，标准养护28d 和35d。

采用山东乐陵回弹仪厂生产的ZC3 -A 型回弹仪，按照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23 -2011)进行回弹检测。回弹试验时，将试块的两个侧面朝外放置于压力试验机上下承压板之间，施加压力30 ～50kN 并维持恒定，对试块每个侧面上均匀分布的8 个测点进行水平回弹，每个试块共16 个测点，然后按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/50081 -2002)加荷至破坏，记录压力值并换算强度值。将每个试块的16 个回弹值中剔除3 个最大值和3 个最小值，余下的10 个回弹值按(1)式计算:

式中:Rm为每个试件的平均回弹值;Ri为第i 个测点的回弹值。

表2 回弹试块表

2.2 试验结果分析

试块28d、35d 回弹值和强度值见表3。再生混凝土回弹值随再生粗骨料、细骨料取代率变化趋势见图1 和图2。由图1 可见，再生混凝土回弹值随粗骨料取代率增加而减小。由图2 可见，再生混凝土回弹值随细骨料取代率增加而减小。由图1、图2 可见，随龄期增加，再生混凝土回弹值增长高于普通混凝土;再生粗骨料对回弹值的影响要高于再生细骨料。

图1 回弹值随粗骨料取代率变化

将35d 试块的回弹值实测值(考虑实际工程回弹检测时间)和抗压强度实测值，按多项式函数进行回归，得到再生混凝土回归测强曲线，见公式(2)。多项式函数回归分析中回弹值与抗压强度之间的相关系数为0.47，当显著性水平α =0.05 时，相关系数满足要求。式中为试块强度推定值;Rm为试块平均回弹值。

图2 回弹值随细骨料取代率变化

3 碳化试验研究

3.1 正交试验设计

试验拟配置C30 再生混凝土，通过前期试配确定水灰比为W/C =0.55。考虑粗细骨料取代率、粗骨料等级、养护条件对C30 再生混凝土碳化深度影响，选用L9(34)正交试验表设计试验。粗骨料类别采用两水平，因此，正交试验采用拟水平法设计，表4 为正交试验因素、水平。再生混凝土试块规格是100mm ×100mm ×100mm，共九组每组六块，表5 为试块制作材料用量。

表4 正交试验因素、水平

碳化试验采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082 -2009)中的快速碳化试验方法。所用立方体试块在三种养护条件下养护28d，在试验前2d 将试块放入101A -1型电热鼓风干燥箱中60℃烘48 h，经烘干的试块留下一个侧面外，其余表面均应以加热的石蜡进行密封。再将试块放入CO2浓度保持在(20 ±3)%、相对湿度为(70 ±5)%、温度为(20 ±5)℃的碳化箱内快速碳化28d。

3.2 试验结果与分析

9 组试块28d 碳化试验结果及各因素级差分析见表6。由表可见，在试验因素范围内，依据级差大小，再生混凝土碳化影响因素依次为:粗骨料取代率、细骨料取代率、粗骨料类别和养护条件，其中粗骨料取代率对碳化深度影响最大，细骨料取代率影响最小。

表5 试块制作材料用量

表6 碳化试验结果及各因素级差分析

图3 为各因素水平趋势图。由图3(a)可见，在本试验的因素水平下，粗骨料取代率为70%时碳化深度最大，这与雷斌等［5］的研究结论一致。孙浩等［8］的研究表明再生混凝土的气渗性主要与再生粗骨料的取代率相关，因此，相同取代率条件下再生一类和二类粗骨料所配置再生混凝土的气渗性近似认为相同。在相同的CO2气渗性条件下，由于再生二类粗骨料比再生一类粗骨料包裹更多的老砂浆，使得再生混凝土中总的水泥含量增大，可碳化物质增加，所以再生一类粗骨料所配置再生混凝土碳化深度大于再生二类，见图3(b)。由图3(c)可见，对再生混凝土抗碳化性能有利的养护条件依次是:水中养护、常温养护和标准养护。水中养护条件下再生混凝土抗碳化性能最好。由图3(d)可见，随着再生细骨料取代率的增加，再生混凝土的抗碳化性能降低。再生细骨料掺入会增大混凝土的孔隙率，加大再生混凝土的气渗性，导致混凝土抗碳化性能降低。

4 结论

再生混凝土回弹值随再生骨料取代率增加而减小。再生粗骨料取代率对混凝土回弹值影响较大，而再生细骨料取代率对回弹值影响较小。随龄期的增加，再生混凝土回弹值增长高于普通混凝土。多项式函数回归给出的再生混凝土测强曲线，可以为扬州地区再生混凝土工程化应用提供无损检测技术参考。

图3 不同条件下碳化深度

在本研究范围内再生混凝土碳化影响因素依次为，粗骨料取代率、细骨料取代率、粗骨料类别和养护条件。其中粗骨料取代率对碳化深度影响最大，细骨料取代率影响最小。再生二类粗骨料所配置再生混凝土抗碳化性能大于再生一类，水中养护再生混凝土抗碳化性能较好;粗骨料取代率对碳化深度的影响为非递增趋势，而细骨料取代率为递增趋势。

［1］ 何霞，杨韦生，曹大富.再生混凝土基于抗碳化性能的配合比设计研究［J］. 混凝土与水泥制品，2011(6):12 -15.

［2］ 崔正龙，杨力辉，大芳賀義喜，等.再生混凝土耐久性的试验研究(Ⅱ.再生混凝土的中性化试验)［J］.科学技术与工程，2006，6(21):3516 -3519.

［3］ RYU J S.An experimental study on the effect of recycled aggregate on concrete properties［J］. Magazine of Concrete Research，2002，54(1):7 -12.

［4］ LIMBACHIYA M C，LEELAWAT T，DHIR R K. Use of Recycled Concrete Aggregate in High - strength Concrete［J］. Materials and Structures，2000，33:574-580.

［5］ 雷斌，肖建庄.再生混凝土抗碳化性能的研究［J］.建筑材料学报，2008，11(5):605 -611.

［6］ 元成方，罗峥，丁铁锋，等.再生骨料混凝土碳化性能正交试验研究［J］. 武汉理工大学学报，2010，32(21):9 -12.

［7］ 石铁飚，龚爱民，彭玉林，等.回弹法检测再生混凝土抗压强度的试验研究［J］. 云南农业大学学报，2009，24(6):891 -894.

［8］ 孙浩.粗集料和掺和料对再生混凝土性能的影响研究［D］.上海:同济大学，2006.