强化再生粗骨料物理性能试验研究

刘晓龙,谭波,刘纪艳,孙鹏峰,陈志强,段绪胜*

强化再生粗骨料物理性能试验研究

刘晓龙1,谭波2,刘纪艳1,孙鹏峰1,陈志强1,段绪胜1*

1. 山东农业大学水利土木工程学院, 山东 泰安 271018 2. 山东省平阴县水务局规划科, 山东 平阴 250400

本文从低成本处理技术入手，选用了三种化学溶液分别对再生粗骨料进行了强化处理，分析了影响处理后强化再生骨料物理性能的因素，实验结果表明经过化学溶液处理后的再生粗骨料其物理性能有一定改善，且改善效果与化学溶液的种类有关。

再生粗骨料; 强化处理; 物理性能

近年来，随着社会经济的不断发展，我国建筑行业前所未有地飞速发展，新的建筑物不断地兴建，与此同时，不符合经济发展要求的旧建筑物需要拆除，据统计，全世界每年混凝土使用量大约为20亿m3，砂石用量要在亿吨以上，同时，全世界废弃的混凝土总量也超过了亿吨。过度开采砂石等天然骨料使生态环境日益恶化，落后的废弃混凝土处理方法也造成了资源的极大浪费[1]。

目前，我国绝大部分废弃混凝土都是未经任何处理，便被施工单位运往郊外或乡村，露天堆放或填埋。不仅占用大量土地资源，耗用大量的拆卸费、征用土地费、垃圾清运费等建设经费，带来了巨大的经济损失，同时给人们的正常生活造成了很大的不便和威胁。本文是根据“十二五”国家科技支撑计划中的村镇规划和环境基础设施配置关键技术研究与示范，在低成本村镇基础设施与环境建设技术研究与示范的课题下进行的，目的是为了增强再生粗骨料的使用，减轻废弃混凝土带来的污染问题，减少资源浪费，保护生态环境。

再生混凝土骨料的开发应用是必要的、迫切的、也是可行的，再生骨料和再生混凝土的开发应用，完全满足世界环境组织提出的“绿色”三大含义：（1）节约资源、能源；（2）不破坏环境,更有利于环境；（3）可持续发展,既可满足当代人的需求，又不危害后代人满足其需要的能力[2]。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 强化剂 试验试选了三种强化再生粗骨料的强化剂，分别为801胶、土壤固化剂和水性环氧AB胶，其参数见表1~4。

表 1 801胶参数性能

表 2 土壤固化剂混凝土养护剂参数性能

表 3 A胶参数性能

表 4 B胶参数性能

1.1.2 再生粗骨料 用来制备再生粗骨料的混凝土有两种：一种是在实验室养护后的C20、C30混凝土试验废料，另一种是泰安市某公路混凝土路面拆除的废弃混凝土。将不同来源的混凝土样本带回实验室，经人工初步破碎后，再利用颚式破碎机进行机械破碎，得到再生粒径30 cm以下的再生骨料，然后用不同孔径的方孔筛网进行筛分，选取满足试验的再生粗骨料[3]。

1.1.3 强化再生粗骨料 满足试验的再生粗骨料分成两等份，选取其中一部分，用增强剂801胶、土壤固化剂和水性环氧AB胶进行强化，遵照使用说明书，各类胶体按一定比例用水稀释，把再生粗骨料放入稀释后的溶液中浸泡1 h，浸泡时溶液要全面掩盖粗骨料，浸泡完成后捞出，在自然条件下进行风干。通过化学浆液对再生粗骨料进行浸渍、淋洗、干燥等处理,或直接填充再生粗骨料的空隙，或与集料中的某些成分反应，生成物能填充再生粗骨料的孔隙，或浆液能将再生粗骨料本身微细裂纹粘合等[4]。对各类粗骨料进行编号，见表5。

图 1 再生粗骨料强化

图 2 强化后的再生粗骨料

对于制备的各种再生粗骨料和强化再生粗骨料编号，见表5。

表 5 粗骨料样本试验编号

1.2 试验方法

目前由于没有强化再生粗骨料基本性能测试的规程，本文参照《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53-92）和《混凝土结构工程施工规范》（GB50666-2011）对不同来源的再生粗骨料和不同强化方式的再生粗骨料进行基本物理性能测试。

2 结果及分析

2.1 强化再生粗骨料吸水率试验

从表6可见，再生粗骨料和强化再生粗骨料的吸水率远高于天然粗骨料的吸水率，RA1吸水率是天然骨料吸水率的19.9倍，RA2吸水率是天然骨料吸水率的7.2倍。因此，不同来源的再生粗骨料吸水率差别较大。强化的再生粗骨料较未强化的吸水率略微降低，最大降低率为0.20%，最小降低率为0.08%，强化对于再生混凝土具有一定的作用。再生粗骨料吸水率较大的原因是因为再生粗骨料颗粒棱角多，表面面积大，组分中包含相当数量的硬化水泥砂浆，再加上水泥石本身孔隙比较大，且在破碎过程中，其内部会产生大量的微裂缝，而经过浆液强化后，再生粗骨料表面又被裹了一层厚厚的硬化浆液，这又会在一定程度上增大其吸水率，也导致了再生粗骨料混凝土比天然粗骨料混凝土需要更多的拌和水[5]。

表 6 粗骨料的吸水率

图 3 粗骨料的吸水率

从表6和图3中可以看出，同类混凝土的强化再生粗骨料的吸水率与强化溶液的种类原始材料有关，最大相差0.15%，最小相差0.6%，原材料吸水率越大，强化后吸水率越低，强化的效果越明显。吸水率越小，强化效果越不明显。水性环氧树脂的强化效果优于801胶和土壤固化剂。各种胶溶液对于同种再生粗骨料的强化结果相差不大，但不同来源的再生粗骨料之间的吸水率差别较大[6]。因此，废弃混凝土的类型是影响强化再生粗骨料吸水率的主要因素。

表 7 强化再生粗骨料的吸水率

从上表可见，同种来源的强化再生粗骨料的吸水率有一定的差别，最大相差0.15%，最小相差为0.6%，同时原材料吸水率越大，强化的效果越明显。反之，吸水率越小，强化效果越不明显。

综合分析本次试验所选的强化再生粗骨料的来源及吸水率试验数据得到结论：废弃混凝土中的水泥砂浆、杂质的含量和裂纹是影响强化再生粗骨料吸水率的主要原因。与再生粗骨料相比，强化再生粗骨料的吸水率有降低，对于制备低强度混凝土有一定的优势，参考801胶、土壤固化剂和水性环氧树脂的价格与提升的强度，选择801胶强化是最优强化方法。

2.2 强化再生粗骨料表观密度试验

由表8可见，对于相同来源的再生骨料，未强化的再生粗骨料表观密度略小于强化的再生粗骨料的表观密度。试验表明再生粗骨料内部的裂纹影响了骨料的密实度。在强化的过程中部分裂缝被填充和修复，提高了强化再生粗骨料的表观密度。SA3表观密度较大是因为自然环境杂质填充了部分气孔，导致表观密度增大。

表 8 粗骨料的表观密度

表 9 强化再生粗骨料的表观密度

由表9可以看出，同种来源的再生粗骨料在不同强化方式下其表观密度差别不大。水性环氧树脂强化的再生粗骨料较土壤固化剂和801强化的再生粗骨料表的观密度略大一点，显然，再生粗骨料的表观密度越大，强化后表观密度的差别却越不明显。通过分析比较，对再生粗骨料表观密度的提升，水性环氧树脂AB胶的强化效果是最明显。

综合分析不同来源的再生粗骨料，比较再生粗骨料与强化粗骨料的表观密度试验数据得到结论：原始混凝土的强度、砂浆含量以及再生混凝土中的裂纹是影响再生粗骨料表观密度的最主要因素，不同类别的强化剂对再生粗骨料的表观密度也有一定的影响。制备低强度再生混凝土时，化学溶液对再生粗骨料的提升有一定效果，其中水性环氧树脂AB胶的强化最为显著。

2.3 再生粗骨料压碎指标试验

压碎值是衡量集料抵抗压力的性能指标。粗骨料压碎值用来表示粗骨料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，是衡量粗骨料力学性质的指标。强化再生粗骨料、再生粗骨料和天然粗骨料的压碎指标试验结果如表10所示。

表 10 粗骨料的压碎指标

由表10和图4可以看出，强化后的再生粗骨料的压碎指标高于天然粗骨料，与再生粗骨料相比也略有提高。其中，SA3的压碎值最大，达到16.48%。分析其原因，强化再生粗骨料内部含有水泥砂浆，在生产过程中内部出现许多裂纹，这两个原因使得强化再生粗骨料的压碎值大大提高。混凝土受自然环境的侵蚀，降低了粗骨料的强度，同时增大了压碎值。低于再生粗骨料的压碎指标是因为在强化过程中修复了部分裂纹，使得再生粗骨料的强度得以提高。

图 4 粗骨料的压碎指标

表 11 强化再生粗骨料的压碎指标

由上表可以看出，同种来源的再生粗骨料经801胶、土壤固化剂和水性环氧树脂AB胶强化后的压碎指标有一定差异，但差异不明显。不同来源的再生粗骨料经相同溶液强化后的压碎指标相差巨大。分析其原因，不同来源的再生粗骨料性能差别巨大，再生粗骨料的强化方式虽然可以修复部分损伤，但本质性能差异无法改变。

3 讨论

试验采用801胶、土壤固化剂和水性环氧AB胶三种化学溶液，对实验室获取的再生骨料及工程拆除的废弃混凝土得到的再生骨料进行了强化处理，本实验从低成本处理方面入手，在化学溶液选择、处理方式、处理时长等方面进行筛选。再生粗骨料强化后，其吸水率、压碎指标较原始粗骨料均有一定改观，但效果不是很明显，这与原始粗骨料在化学溶液的浸泡时长、化学溶液的种类、处理方式有很大关系。再生粗骨料在混凝土制备中得不到很好推广和应用的主要原因是其吸收率大，配置的混凝土强度相对较低，且制备的混凝土的收缩率大。

因此，为了将再生粗骨料在工程中扩大应用范围，必须使再生粗骨料进行处理，关于再生粗骨料的强化处理还需进行大量的试验研究。如利用高频振动的方法使化学溶液能快速浸入再生粗骨料的裂缝及开口孔隙中，加大再生粗骨料的强化效果；在处理温度、时长等方面进行探讨，研究化学溶液在不同温度、不同处理时长对再生粗骨料的强化处理效果。通过SEM电镜、磁核共振等方法对强化处理后的再生粗骨料的固化物、孔、缝及修复效果进行微观分析。确定再生粗骨料强化最佳效果的化学溶液及其配制方法、强化处理方法和处理时长等，提高再生骨料的物理性能，扩大再生骨料的应用范围。

4 结论

本文通过分比较析强化再生粗骨料与粗骨料的吸水率、表观密度和压碎指标等基本物理性能参数，得出以下结论：

（1）由强化再生粗骨料基本性能、工作性能试验得出：不同种类的化学溶液强化的再生粗骨料较未强化的再生粗骨料的物理性能有一定提升，其强化效果与化学溶液的种类有关；

（2）在设定的实验室条件下，化学溶液对密实度较低的混凝土再生粗骨料的强化效果比密实度高的混凝土再生粗骨料的强化效果好。

[1] 李坤.再生骨料及再生混凝土基本性能研究[D].大连:大连理工大学,2006

[2] 唐春平,廖亮.绿色再生混凝土利用途径与评定思路[J].山西建筑,2004,30(22):83-84

[3] 彭春元,李耀熙,樊雯雯,等.再生粗骨料的制备试验研究[J].新型建筑材料,2014(3):20-22

[4] 陈建良,倪竹萍.强化处理改善再生骨料混凝土性能试验[J].低温建筑技术,2011(2):14-16

[5] 刘莹,彭松,王罗春.再生骨料及再生混凝土的改性研究[J].再生资源研究,2005(1):33-39

[6] 中国建筑科学研究院.JGJ55-2000普通混凝土配合比设计规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2001

Experimental Study on the Physical Performance of Strengthened Recycled Coarse Aggregate

LIU Xiao-long1, TAN Bo2, LIU Ji-yan1, SUN Peng-feng1, CHEN Zhi-qiang1, DAN Xu-sheng1*

1.College of Water Conservancy and Civil Engineering/Shandong Agricultural University, Taian 271018,2.250400,

This article obtained from the low cost processing technology to intensively treat the recycled coarse aggregates with three kinds of chemical solutions respectively and analyzed the factors influencing on their physical performance. The experimental results showed that physical performance of recycled coarse aggregates had been improved to some extent after dealing with the chemical solutions and and improvement was in relation to the types of chemical solutions.

Strengthened recycled coarse aggregate; strengthen the processing; physical performance

TU5

A

1000-2324(2018)06-0933-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2018.06.006

2017-06-23

2017-07-10

刘晓龙(1992-),男,硕士研究生,研究方向:结构工程.E-mail:214820326@qq.com

Author for correspondence. E-mail:tumudxs@126.com