矿渣微粉再生骨料混凝土力学性能试验研究

谷艳玲 魏晓康 孙家国

(武夷学院土木工程与建筑学院，福建 武夷山 354300)

随着社会经济与建筑业的快速发展，建筑垃圾处理问题日益突出。目前，仅城市建筑垃圾的年产量就达1亿t左右，已经占到城市垃圾总量的30% ～40%［1］。建筑垃圾主要以废混凝土、废砖和废瓦为主，绝大部分是废弃混凝土，而且每年都以10%的速度递增。我国现在处理建筑垃圾主要采用郊外掩埋和河道倾倒2种办法，一方面侵吞大量农业耕地，影响汛期防洪，另一方面处理费用较高［2］。建筑废弃物的再生利用具有显著的社会效益、环境效益和经济效益，是我国城市能否可持续发展的关键因素。

再生骨料混凝土是指采用废弃混凝土破碎加工而成的再生骨料，部分或者全部的代替天然骨料配制而成的混凝土，由于再生骨料中存在着吸水率大、表面粗糙等一些天然的缺陷，导致再生混凝土的强度和流动性不高［3］。为了提高再生混凝土的性能，本试验在混凝土配制过程中掺入矿渣微粉和高效减水剂，充分利用矿渣微粉活性强、成本低、产量大的特性，可以较好地改善再生混凝土的物理力学性能和耐久性能［4］。本次研究根据等量替代法设计再生骨料混凝土的配合比，采用均匀设计法对不同掺量矿渣微粉和再生骨料的混凝土进行试验，研究不同试验方案对再生骨料混凝土性能的影响规律，找出满足工程技术要求的最佳再生混凝土配合比。

1 原材料性能试验分析

1.1 水泥

试验所使用的水泥是江西省生产的万年青牌P.O 42.5，其细度为 1.23。

1.2 砂

采用武夷山当地的河砂，中砂，级配良好。

1.3 粗骨料

采用武夷山当地产的碎石，表观密度为2 867 kg/m2，最大公称粒径为40 mm，级配良好。碎石的含水率小于0.2%。

1.4 废弃混凝土

废弃混凝土集料(简称RG)，是武夷山当地旧建筑物上拆下来的废弃混凝土块，经人工破碎筛分、分级，按一定的比例混合后，粒径为5～40 mm，级配良好，基本性能见表1。

表1 废弃混凝土基本性能

1.5 矿渣微粉

矿渣微粉是福建三钢集团龙海分公司生产的，比表面积为450 m2/kg。

1.6 水

武夷山当地的自来水。

1.7 减水剂

选用福州君安建材有限公司生产的YS-A型混凝土高效能减水剂，减水率为15%。

2 试验研究

2.1 混凝土基准配合比

根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55—2011)的要求，按照强度等级C35设计混凝土基准配合比，水胶比为 0.4，坍落度 120 mm，砂率取38%，具体配合比见表2。

表2 混凝土基准配合比 kg/m3

2.2 矿渣微粉再生混凝土配合比

试验采用废混凝土等质量取代天然粗骨料，取代率分别为0，25%，50%，100%。在废混凝土取代率试验的基础上，掺入矿渣微粉等量取代水泥用量，取代率分别为0，30%，50%，70%。采用均匀设计法制定了16组试验方案，具体方案见表3。kg/m3

表3 强度等级为C35的再生混凝土试验配合比

2.3 混凝土试件的制作

根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081—2002)(以下简称《标准》)的规定，试块采用150 mm×150 mm×150 mm标准试模，按照试验方案制作成16组试块，分别测试7，28，60 d的抗压强度和工作性能，每次确定的强度值取3个数据的平均值，故每组按照7，28，60 d的养护龄期分别制作9个试块，总计144个试块。

2.4 流动性测试

根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080—2002)进行坍落度试验，测定不同组别混凝土拌合物的流动性，试验结果见表4。

表4 再生混凝土拌合物坍落度值 mm

2.5 抗压强度试验

根据《标准》进行抗压强度试验，使用微机控制电液伺服压力试验机(HCT306A)进行试验，以0.5 ～0.8 MPa/s匀速加压，试验分 7，28，60 d 共 3次进行，每次试验3个试块，抗压强度结果取平均值。试验结果见表5。

表5 再生骨料混凝土各龄期抗压强度

3 试验结果分析

3.1 流动性影响分析

以矿渣微粉和废混凝土掺量为变量，通过测试不同方案再生混凝土的坍落度值，得出对再生混凝土流动性的影响规律，其试验结果见图1。

图1 矿渣微粉和废混凝土掺量对坍落度的影响曲线

由图1可以看出:当矿渣微粉取代率不变时，随着废混凝土掺量的增加，再生混凝土的坍落度呈现出比较明显的降低趋势;当掺入矿渣微粉后，再生混凝土的坍落度均有所提高;当废混凝土取代率不变时，随着矿渣微粉取代率的增加，再生混凝土的坍落度也有一定程度的提高。

研究结果表明:废混凝土在破碎过程中产生很多的颗粒棱角，使其具有表面粗糙、孔隙率大和吸水性好的特征［5］，进行混凝土拌制时，在水胶比不变的前提下，由于废混凝土自身要吸收水分，减少了实际用于拌合混凝土的水量，导致混凝土的流动性变差。而矿渣微粉是细微球状体，其颗粒直径比水泥细，且表面光滑，可以起到填充水泥颗粒空隙的作用，而且吸水量小［6］。因此，在水泥刚开始水化时，矿渣微粉包围着水泥颗粒，起到了减水剂的作用，降低了水化速度，提高了混凝土拌合物的流动性。

3.2 抗压强度影响分析

本试验以矿渣微粉和废混凝土掺量为变量，通过测试不同方案混凝土的抗压强度值，得出每组方案对不同龄期混凝土抗压强度的影响规律，其试验结果见图2—图4。

图2 再生混凝土7 d的抗压强度曲线

图3 再生混凝土28 d的抗压强度曲线

图4 再生混凝土60 d的抗压强度曲线

由图2可得到混凝土7 d的抗压强度的变化规律:在废混凝土取代率不变时，当掺入矿渣微粉后，其抗压强度降低。这是由于矿渣微粉的水化速度慢，当水泥用量随着矿渣微粉的掺入而减少时，混凝土的早期强度会出现明显降低。

由图3和图4可得到混凝土28 d和60 d的抗压强度的变化规律:再生混凝土后期抗压强度相比7 d的抗压强度高，能够达到设计强度等级C35。当废混凝土取代一定量天然骨料，混凝土强度有一定程度地提高，但随废混凝土取代率的提高，抗压强度呈下降的趋势。当取代率超过50%时，混凝土的抗压强度下降较快;当再生骨料取代率为50%时，掺入适量矿渣微粉，使再生混凝土的流动性得以改善，抗压强度影响不大，28 d均能达到35 MPa;当再生混凝土中矿渣微粉掺量为50%时，其抗压强度随着废混凝土取代率的增加而提高，28 d最高达到40 MPa。

分析表明:废混凝土不仅棱角多，而且表面粗糙，具有粘结面较好、界面粘结强度较高的特性［7］;另外，由于废混凝土的吸水性强，遇水后能很快湿润，促使其表面的许多微裂缝的立刻吸入水泥颗粒，使水化更加充分，形成致密的界面结构，在一定程度上补偿了废混凝土强度较低的缺陷;同时，矿渣微粉的细度比水泥颗粒细，起到了很好的填充作用，改善了再生混凝土的孔隙结构，使孔隙率降低，形成了密实充填结构［8］;此外，由于废混凝土的吸水率较高，降低了混凝土的有效水胶比，提高了再生混凝土的抗压强度。

4 结语

当再生混凝土中矿渣微粉掺量为50%，采用水泥标号为P.O 42.5时，其抗压强度随着废混凝土取代率的增加而提高，28 d最高达到40 MPa。由此可见，矿渣微粉再生骨料混凝土既能节约资源，又能消耗大量的建筑垃圾，对于减轻环境污染十分有效。随着科学技术的快速发展，矿渣微粉再生骨料混凝土一定会成为可持续发展的绿色材料。

［1］孙家国，谷艳玲.基于矿渣再生混凝土抗压强度试验分析［J］.重庆科技学院学报(自然科学版)，2014，16(3):109-111.

［2］陈会凡，管巧艳，刘洪波.矿渣再生骨料混凝土力学性能研究［J］.混凝土，2012(5):91-93.

［3］ Ikonomou N D.Recycled Concrete Aggregates［J］.Ment and Concrete Composites ，2005，27(2):315-318.

［4］薛建阳，罗峥，元成方，等.再生混凝土力学性能及耐久性能试验研究［J］.工业建筑，2013(10):86-88

［5］吴中伟.高性能混凝土:绿色混凝土［J］.混凝土与水泥制品，2000(1):3-6.

［6］陈会凡，李福恩，党玲博.不同母体的再生粗骨料对混凝土强度影响［J］.混凝土，2011(5):109-111.

［7］施惠生，许碧莞，阚黎黎.矿渣微粉对混凝土气体渗透性及强度的影响［J］.同济大学学报(自然科学版)，2008(6):782-786.

［8］陈宗平，周春恒，陈宇良，等.再生卵石骨料混凝土力学性能试验研究［J］.建筑材料学报，2010(1):465-469.