改性再生骨料混凝土的配合比及性能研究

2015-12-02柴天红邹小平

江西建材 2015年12期

柴天红石齐邹小平

(江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西南昌 330001)

1 前言

尽管我国的建筑行业总体规模远大于一些发达国家，但再生混凝土研究却刚刚起步。再生骨料及再生混凝土技术的推广与应用不仅可以解决废弃混凝土处理困难及由此造成的生态环境日益恶化的问题，还可以改善城市人民的生活质量，减少自然资源的损耗［1］。目前，再生骨料混凝土新技术已成为世界各国共同关心的课题，已是国内外工程界和学术界关注的热点和前沿问题之一。近年来，混凝土企业正由规模型逐渐向绿色环保型发展，将废弃混凝土加工成再生骨料，用于生产再生混凝土不但可缓解天然骨料资源紧张的问题，而且可减少废弃混凝土占地堆放造成的环境污染，同时对实现混凝土产业的可持续发展具有重要意义［2］。

2 原材料及试验方法

2.1 原材料

水泥:江西省万年青生产的P.O42.5 普通硅酸盐水泥和贵州宇丰熔料有限公司生产的42.5 铝酸盐水泥;粉煤灰:二级粉煤灰，45μm 筛余18.6%，需水量比为100%，密度是2.52kg/m3;矿渣:新余钢铁厂冶炼生铁时排放的粒化高炉矿渣，密度为2.86g/cm3，28d 活性指数97.1%，流动度比100%;骨料:再生粗骨料来自C30 强度以上废弃混凝土，用破碎机破碎成最大粒径不超过20mm 的骨料颗粒，天然粗骨料采用5 -20mm 粒径连续级配的碎石，细骨料采用细度模数为2.8 的天然河沙;减水剂:聚羧酸高效减水剂，固含量10%，减水率20%。

2.2 试验方法

(1)再生粗骨粒的改性强化。采用水胶比1.0的铝酸盐水泥净浆浸泡再生粗骨料，其强化技术的原理是:①铝酸盐水泥水化产生的凝胶状水化产物填充骨料表面附着砂浆的孔隙，修复再生骨料破碎因机械损伤产生的裂缝;②铝酸盐水泥早强快硬，使再生骨料表面得到增强，提高其密实度;③再生骨料强化后棱角减少，颗粒形貌相对圆润，吸水率有所降低。改性强化后的再生粗骨料与天然粗骨料和再生粗骨料进行对比，三种粗骨料性能指标见表1。

表1 粗骨料颗粒的物理性能

(2)混凝土工作性和力学性能试验方法。再生混凝土工作性按照《普通混凝土拌合物试验方法标准》(GB/T 50080-2002)国家标准规定执行。再生混凝土力学性能按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)国家标准规定执行。

3 试验结果及分析

3.1 再生混凝土配合比设计

试验设计强度等级C30、坍落度180 ±20mm 的再生混凝土，配制再生混凝土之前对再生粗骨料进行预湿工艺处理。混凝土配合比设计结果如表2 所示。

表2 C30 再生混凝土配合比设计结果

将再生粗骨料以一定比例替代天然粗骨料配制成再生混凝土，由于5 -10mm 粒级粗骨料与10 -31.5mm 粒级粗骨料以2:8 的比例搭配具有较低的空隙率，同时能够达到GB/T 25177 -2010《混凝土用再生粗骨料》所要求的技术指标，因此上述基准混凝土(再生骨料掺量为0%)和各种再生混凝土中的粗骨料都是由质量比为2:8 的5 -10mm 粒级粗骨料和10 -31.5mm 粒级粗骨料搭配而成。

3.2 再生混凝土的工作性

试验测试改性再生混凝土中再生粗骨料取代率为30%、40%、50%、70%和100%时对再生混凝土坍落度、粘聚性和保水性的影响规律，其测试结果见表3 和图1。

表3 改性再生粗骨料取代率对再生混凝土工作性能的影响

图1 改性再生粗骨料取代率对再生混凝土工作性的影响

从表3 和图1 可以看出，经过改性后的再生粗骨料配制的混凝土工作性有一定的提升，混凝土拌合物的坍落度、粘聚性和保水性均满足设计要求。混凝土坍落度随着改性再生粗骨料取代率的增加而呈增大的趋势，当改性再生粗骨料取代率在70%以上时，混凝土坍落度变化幅度较小。这主要是因为经过铝酸盐水泥改性后的再生粗骨料表面颗粒形貌变得相对圆润了，并填补了骨料裂缝以及骨料与旧水泥浆界面的缺陷，改善了混凝土拌合物的工作性［3］。

3.3 再生混凝土的力学性能

表4 改性再生粗骨料取代率对再生混凝土抗压强度的影响

图2 改性再生粗骨料取代率对再生混凝土抗压强度的影响

表4 和图2 显示的是经铝酸盐水泥改性后的再生粗骨料对混凝土抗压强度的影响规律。从图2 可以看出，改性再生粗骨料配制的混凝土抗压强度有明显提高。随着改性再生粗骨料取代率的提高，混凝土的抗压强度先增大后减小，改性再生粗骨料取代率在70%时，混凝土的3d、7d 和28d 抗压强度增长幅度最大，分别为11%、15%和13%;而当改性再生粗骨料的取代率为100%时，混凝土各龄期的抗压强度值均高于天然粗骨料配制的混凝土。

由于改性后再生粗骨料的表观密度较未改性的再生粗骨料有明显增大，吸水率和压碎指标显著下降，铝酸盐水泥水化产物在一定程度上填充了骨料的孔隙和破碎过程中的微裂缝，改性再生粗骨料的性能得到提升，强化了再生粗骨料与旧水泥砂浆直接的界面性能，使再生粗骨料的缺陷得到改善，提高了再生混凝土的强度。

3.4 再生混凝土的耐久性能

3.4.1 再生混凝土的碳化性能

表5 再生粗骨料对混凝土碳化性能的影响

图3 改性再生粗骨料对混凝土碳化性能的影响

从表5 可以看出，改性再生粗骨料配制的混凝土碳化深度均较小，7d 碳化深度的降幅随着其取代率的提高而增大，而28d 碳化深度随着改性再生粗骨料取代率的提高而下降的幅度越来越显著，且均低于天然粗骨料配制的原生混凝土的碳化深度。图3 表明，经改性后的再生粗骨料取代率对混凝土的碳化深度的变化影响显著;在改性再生粗骨料取代率高于40%的时，再生混凝土的早期碳化深度即低于基准混凝土的碳化深度，而不同取代率的再生混凝土的后期碳化深度在大幅下降，这也验证了改性技术对再生粗骨料的增强作用［4］。

3.4.2 再生混凝土的收缩性能从表6 和图4 可以看出，再生混凝土的收缩率随着龄期的延长而增加，混凝土70%左右的收缩率主要集中在28 天之前，当龄期到60 天之后，混凝土的收缩率相对趋于稳定。当再生粗骨料取代率为40%，所配制的再生混凝土28 天收缩率最小，为224 ×10-6。总体观察，改性再生粗骨料配制的混凝土28 天的收缩率在247 ×10-6～330.4 ×10-6之间，处在设计施工可以接受的范围之内。