再生骨料混凝土调节剂在混凝土中的应用

2019-04-25周汉章杨水平

商品混凝土 2019年4期

周汉章，杨水平

（长沙益友建筑科技有限公司，湖南长沙 523820）

0 前言

随着我国经济的快速发展和国民环保意识的增强，城市和乡镇的建设已经进入了一个快速更新迭代的时期，有大量的陈旧建筑、大批的棚户区、城中村进行拆迁改造，也因此带来了大量的建筑垃圾（废弃混凝土）。作为人口大国，资源虽然丰富，但消耗十分庞大，事实证明我们的原材料正面临着消耗殆尽的风险，因而废弃的混凝土和建筑垃圾回收再利用是非常必要的，再生混凝土技术的发展正符合当下的趋势，将建筑垃圾中的废弃混凝土加工成再生骨料，在很大的程度上可以缓解建筑垃圾带来环境污染问题和解决建筑材料资源匮乏问题。

1 关于再生骨料

1.1 再生骨料的概念

再生骨料英文为 Recycled Aggregate 简称为 RA，是指利用废弃混凝土破碎加工而成的再生骨料，经特定的清洗和筛分等一系列加工处理后，得到粒径在5～40mm 为再生粗骨料，粒径 5mm 以下的称为再生细骨料。

1.2 再生骨料的特性

再生骨料在破碎前（建筑垃圾）表面都会有一些硬化的旧水泥浆和砌墙的砂浆存在，而且混凝土构建在机械分解、破碎的过程中由于受到不规则外力的作用损伤和积累，导致再生骨料表面和内部存在大量不规则的裂纹，这导致未经过处理的再生骨料具有密度小、吸水率高、孔隙率较高、表面粗糙、棱角多、界面粘结力差、压碎指标高和强度较低的特点。

1.3 国内外建筑垃圾循环利用发展趋势

20 世纪中叶，前苏联、日本、德国、欧洲等很多国家和地区已展开对废弃混凝土的处理和资源化利用的研究，建筑垃圾管理与资源化利用水平要领先于我国。

日本作为资源短缺的国家，对再生骨料混凝土的开发与利用很重视废弃混凝土利用率高达 90%。美国采用再生骨料投入道路施工建设的州有二十余个，已有超过 15 个州已经制定了关于再生骨料的规程，1995 年美国环境保护署资助研发、出版了《建筑垃圾管理指南》。德国各个地区都己经建立起了建筑垃圾的综合利用加工厂，在首都柏林有二十余家[1]。1972 年，德国颁布《废弃物处理法》，1994 年颁布《循环经济和废弃物处置法》，该法规将循环经济的思想广泛发散演变到社会生活的各个领域，制定了管理废弃物的方式方法，1996 年后又颁布了《循环经济与废弃物管理法》，进一步提升了循环经济的概念，为废弃物的利用配套了法律体系。1992 年，英国颁布了《废弃物管理法》，以此规范城市废弃物的管理。还在其关于垃圾处理的总战略中提出，将要在 2020 年实现建筑垃圾为零[1]。1997年，荷兰颁布了《禁止倾倒可回收再利用的废弃物》。

近年来，我国已颁布《城市建筑垃圾管理规定》、《绿色施工导则》、《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》、《建筑垃圾资源化利用行业规范条件》与《建筑垃圾资源化利用行业规范条件公告管理暂行办法》。2011 年，北京出台《全面推进建筑垃圾综合管理循环利用工作意见》和相关规划方案。2017 年 1 月 9日，《建筑垃圾资源化利用行业规范条件》和《建筑垃圾资源化利用行业规范条件公告管理暂行办法》发布，《再生混凝土结构技术规程》与《再生混合混凝土组合结构技术规程》，将会对我国建筑垃圾资源化利用的水平与再生骨料应用水平具有推动作用。2017 年 1 月 17日，《建筑垃圾处理技术规范》征求意见讨论会在北京召开。

2 再生骨料加工工艺

再生骨料的制备工艺，主要通过锤击、切割、分拣等方式进行一级处理，再将废弃混凝土进行初次破碎，然后将破碎后的粗骨料经过一次或者多次细破后得到。经过处理后的再生粗骨料[2]，粒径一般为 5～40mm，将经过加工的再生骨料进行加温、二级破碎（如球磨机）和二级筛分后，可以获得高质的再生骨料。国际材料与结构研究实验联合会（RILEM）组织在新版规范里明确地说明了再生骨料可以分为三个等级，一级骨料是在砌体工程中产生的，二级骨料主要来源于废弃混凝土，三级骨料是两种骨料的混合[3]。该组织对再生骨料的性能指标如表1。我国再生骨料性能指标如表2 所示。

表1.I L E M 对再生骨料的性能要求

3 再生骨料混凝土试验

3.1 试验材料的选择

水泥：台泥 P·O42.5R，细度 23%，标准稠度用水量 29%，初凝时间 135min，终凝时间 3.4h，抗压强度3 天 36MPa，28 天 50MPa，抗折强度 3 天 6.2MPa，28 天 8.1MPa。

粉煤灰：河电Ⅱ级煤灰，细度 25%，需水量比105%，烧失量 7%，三氧化硫 2%。

矿渣粉：日照 S95 矿粉，密度 2.8g/cm3，比表面积400m2/kg，活性指数 7 天 80%，28 天 100%，玻璃体含量 80%，放射性合格。

河砂：东江Ⅱ区中砂，细度模数 2.7%，含泥量1.5%。

减水剂：东莞洛美建材 LM-S2 聚羧酸减水剂，减水率大于 25%，含固量 20%。

再生骨料混凝土调节剂：长沙益友建筑科技有限公司，密度 1.010g/cm3，含气量小于 2%，氯离子含量小于0.010%。该调节剂具有增强型组分、改性聚羧酸类分散及保坍促进组分、小分子组分、粘土吸附及络合组分、浆体状态调节成分，可促进水泥水化并节约水泥，促进 Aft 生成和分散作用使水化凝胶结构致密。

水：自来水。

粗骨料：使用再生骨料与天然骨料两种，其性能指标数据如表3，吸水率随时间变化数据见表4。

表4 天然骨料与再生骨料吸水率随时间的变化 %

从表4 数据可以看出，在吸水率这一指标上，再生骨料要明显高于天然骨料。在前 lmin 内，再生骨料吸水率是天然骨料的 10 倍，对于天然骨料来说，30min到 24 小时以内吸水率上升还比较明显，而再生骨料吸水性较强，基本上在前 30min 内就达到饱和状态。[4]

3.2.30 再生骨料混凝土试配

表5 为 C30 再生骨料混凝土配合比，按不同再生骨料取代率设计，取代率分别为 100%、70%、50% 同时在同等取代率下比对使用再生骨料调节剂的效果。

3.3 再生骨料混凝土性能

再生骨料混凝土工作性能及力学性能见表6。

3.4 试验数据分析

从试验结果表6 可以看出，基准配合比混凝土出机状态良好，半小时和 2 小时保坍良好，7 天强度82.6%、28 天强度 125%。

A 为全再生骨料配合比用水量为 180kg，减水剂最初掺量为 2.2%，但在搅拌中发现用水量和减水剂掺量都不够，遂将用水量加至 185kg，减水剂掺量加至2.6%。混凝土出机状态一般，容重比较轻，初始坍落度扩展度较小，半小时后坍损坍损非常大，28 天强度也只有 89%。这充分证明了再生骨料吸水性大、孔隙率大对强度的影响。

B 配合比与 A 配合比同为 100% 再生粗骨料，添加再生骨料调节剂后用水量为 165kg，减水剂掺量 2.2%，混凝土的出机状态一般，保坍效果一般，但比没有添加再生骨料混凝土调节剂保坍效果好很多，强度方面 7 天强度达到 78%、28 天强度达到 97%，比 A 配方强度高8%。

C 为再生骨料取代率 70%，未添加再生骨料调节剂，用水量为 170kg，减水剂掺量为 2.6%，混凝土出机状态一般料比较粘稠而且流动性一般，2 小时后坍损非常大，28 天强度达到 96% 未达到配合比设计标准。

D 配方为添加再生骨料混凝土调节剂掺量为1.2%，减水剂掺量 2.4%，混凝土出机和易性、流动性良好，保坍效果明显比 C 配方好，强度方面 7 天强度达到 85%、28 天强度达到 114%。

E 配方再生骨料取代率为 50%，减水剂掺量为2.6%，混凝土出机状态比较好，初始和 2 小时坍损都比较大，强度 28 天达到 102%。

F 配方添加再生骨料混凝土调节剂（1.2%）后，减水剂掺量 2.2%，用水量为 160kg，混凝土出机包裹性、流动性好，浆体富有光泽，保坍效果好，7 天强度达到89.6%、28 天强度达到 123%，与基准配方相当。