改善再生混凝土工作性能的方法研究

黄迎春(同济大学材料科学与工程学院，上海 201804)

与天然集料相比，再生集料的性能发生了很大变化，如再生集料表面部分或全部包裹着水泥砂浆、棱角多、表面粗糙、内部存在许多微细裂缝、空隙率高等。这些变化导致其吸水率高、压碎指标大，对再生混凝土性能影响很大，直接影响到再生混凝土拌合物的工作性能、力学性能和耐久性能，导致再生混凝土工程应用过程中坍落度损失过大，强度偏低。掺入引气剂可以引入大量均匀、稳定、封闭的微小气泡，提高混凝土的和易性，同时能够有效改善混凝土的孔结构，是目前普遍用来提高混凝土综合性能的技术措施之一[1-4]。本文对比选用了3种不同的引气剂，研究了其种类与掺量，再生粗集料掺量对 C30混凝土工作性能的影响。

1 试验概况

1.1 原材料

水泥为 P·O 42.5 普通硅酸盐水泥；粉煤灰为 II 级 C 类粉煤灰；矿渣粉为 S 95 矿渣粉；细集料为中砂，细度模数2.8；拌和水为自来水；天然粗集料为天然碎石，最大粒径25 mm，连续级配；再生粗集料粒径为 5～2 mm，集料基本性能见表1。所选引气剂为：① AE-1 复合类，文中编号为AE-1；② 十二烷基苯磺酸盐，文中编号为 AE-2; ③十二烷基硫酸盐，文中编号 AE-3。

表1 粗集料的基本性能指标

1.2 试验方法

为研究再生混凝土工作性随时间的变化，将空白组KB-0 初始坍落度控制在(180±10)mm。对每个试验组分别测其初始 (0)、30 min 和 60 min 时的坍落度变化情况，测量方法参照 GB/T 50080 — 2002 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》；同时测量每组新拌混凝土的初始含气量。

2 试验结果及分析

2.1 不同引气剂对于再生混凝土含气量的影响

由图1可知，引气剂的掺入使得再生混凝土中的含气量增加，其中 AE-3 的引气效果最为明显。保持各种引气剂掺量为 0.03% 不变，随着混凝土中再生粗集料取代率的增大，引气剂的引气能力总体上呈下降趋势，含气量在取代率为 100% 时下降尤为明显。其中 AE-1 初始含气量受粗集料取代率影响最大，从 2.6% （再生粗集料取代率 70% ）骤降至 1.8% （再生粗集料取代率 100% ）。这是因为再生集料表面部分或全部包裹着水泥砂浆、棱角多、表面粗糙，将引气剂吸附到孔隙中，使得砂浆有效发挥引气效果的引气剂成分减少，造成引气剂在再生混凝土中的引气能力减小。

图1 引气剂种类对于再生混凝土含气量的影响（引气剂掺量为 0.03‰）

2.2 引气剂种类及掺量对于再生混凝土坍落度的影响

由图2可知，在3种引气剂中，AE-1对于混凝土的初始坍落度无明显影响，但保坍性能优于 AE-2和 AE- 3，而且随着掺量的增大坍落度损失越小； AE-2和 AE-3可明显提高混凝土初始坍落度，但保坍性能不佳，在不同的掺量下其1h 坍落度值都与不掺引气剂的空白对照组十分接近。通过试验中观察新拌混凝土可发现，掺入 AE-2和 AE-3的混凝土气泡粒径较大，可观察到气泡破裂的情况，而掺入 AE-1 的混凝土中气泡细密，稳定性好，因而 AE-1具有更佳的保坍性能。

图2 掺入不同引气剂对各组再生混凝土坍落度经时变化的影响

由图3可知，掺 AE-1的试验组随着掺量的增大，坍落度损失显著降低。AE-1 掺量为 0.03% 时，每小时坍落度损失平均减小 25 mm (1h 损失 85 mm )；掺量为 0.06% 时，每小时坍落度损失平均减小 60 mm (1 h 损失 50 mm)，掺量为 0.12% 时，坍落度损失平均减小 75 mm/h(1h 损失 35 mm)。引气剂的掺入提高了混凝土中的含气量，引入的微细泡沫如微细集料一样，对细集料有补偿作用，可以使混凝土水泥浆量增多，同时球形气泡在混凝土拌合物中起到滚珠作用，提高混凝土的流动性，进而提高混凝土的工作性能。这些微小气泡结合支撑着水泥颗粒，填塞了水泥颗粒间的空隙，从而阻断或减少了水泥和集料颗粒周围的多余水，减少混凝土的泌水、沉降和离析[5]。

图3 不同掺量下各组再生混凝土 60 min 坍落度损失值

2.3 再生粗集料取代率对于再生混凝土坍落度的影响

由图4(a)、(b)可知，掺入引气剂有助于改善再生混凝土的保坍性能，但随着再生粗集料取代率的增加，再生混凝土 30 min 坍落度损失随之增大。由图4(a)可知，当引气剂AE-1和 AE-2掺量为 0.03% 时，再生混凝土的 30 min 坍落度损失值随着再生粗集料取代率的增加而增大，掺入 AE-3时，混凝土 30 min 坍损值受再生粗集料取代率的影响较小，基本保持一致。由图4(b)可知，针对 60 min 坍落度损失值，随着再生粗集料取代率的增加，再生混凝土 60 min坍落度损失随之增大。相对于空白基准组和其他引气剂，AE-1的保坍能力最强，不同再生粗集料取代率下坍落度损失值均小于空白基准组，当再生再生粗集料取代率为 100%时，其坍落度损失值为 90 mm， 远小于基准组 110 mm。

图4 引气剂掺量为 0.03% 时不同取代率下混凝土坍落度损失

随再生粗集料取代率增大，掺入引气剂的再生混凝土中有效引气量减小，滚珠效应减小；其次再生粗集料的吸水率比天然集料大，同等条件下再生粗集料比天然集料从混凝土中吸附更多自由水，使混凝土和易性变差，坍落度减小，从而造成坍落度损失增大。

3 结 语

(1) 对于3种引气剂在混凝土中的引气能力， AE-3的引气能力最佳，AE- 1、AE-2的引气能力相近。随再生粗集料取代率的增大，引气剂的引气能力下降。

(2)AE-2和 AE-3可增大再生混凝土的初始坍落度，但两者在混凝土中形成的气泡不稳定，保坍性能不佳；而AE-1 在适宜的掺量下，可在再生混凝土中形成细密封闭稳定的气泡，虽然对混凝土初始坍落度无明显影响，但使混凝土具有较好的保坍性能。

(3) 随着混凝土中再生粗集料取代率的增大，再生混凝土的坍落度损失随之增大，且早期坍落度损失增大更为明显。

(4) 综合考虑引气剂和再生粗集料取代率对于混凝土初始坍落度及保坍能力的影响，以及建筑废弃混凝土的资源化综合利用量，当选取 AE- 1（掺量为 0.03%～ 0.06%），再生粗集料取代率为 100% 时，配置出的再生混凝土综合性能及经济社会效益最佳。