再生骨料复合强化对水工混凝土强度和抗冻性的影响

宋福涛

（辽宁水利土木工程咨询有限公司，辽宁沈阳 110000）

0 引言

近年来，人类社会的可持续发展、特别是自然资源的可持续利用问题受到世界各国的广泛重视。混凝土作为当前使用最为广泛、用量最大的人工建筑材料，其总需求量日益增加。混凝土的大量生产和使用不仅会造成天然骨料的大量消耗，也造成建筑垃圾日益增多[1]。目前，大部分建筑垃圾未经任何处理直接堆放，不仅造成土地的大量占用，还会造成直接或间接污染。因此，开展建筑垃圾的资源化利用，不仅有利于环境保护，也可以有效缓解天然骨料的大量消耗[2]。

在建筑垃圾资源化利用方面，再生骨料生产无疑是最重要和最有价值的途径[3]。但是，建筑垃圾在裂解、破碎制作再生骨料的过程中，往往会产生一些微裂纹，同时，受到原材料长期使用过程中劣化作用的影响，再生骨料往往存在吸水率高、压碎率高、强度低等缺陷，进而影响混凝土的性能[4]。另一方面，随着水利工程建设水平的不断提高，对水工混凝土的性能要求也越来越严格。上述两方面因素的共同作用，严重制约了再生骨料混凝土在水工建设领域的推广应用[5]。针对这一问题，部分学者提出对再生骨料进行物理、化学方法强化的思路，取得了良好的效果。但是，目前的研究主要集中在单一的强化方式方面，对使用两种以上强化方式的复合强化作用研究不多。基于此，此次研究选择两种不同的改性剂强化浆液进行浸泡复合强化，并通过对比试验探讨其工程效果。

1 材料与方法

1.1 试验材料

此次试验中，制作再生骨料的建筑垃圾为某建筑工地的废弃混凝土梁。首先，利用大锤对其进行人工破碎，再利用颚式破碎机进行机械破碎，对获得的破碎料进行筛分，去除粒径小于5 mm 和大于20 mm 的成分，最终获得粒径为5～20 mm 级配良好的再生骨料。

混凝土制作中，使用冀东水泥厂生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥，细骨料为天然河沙，粗骨料为人工石灰岩碎石，减水剂为聚羧酸减水剂，试验用水为普通自来水。

1.2 试验方案

此次研究选择了当前再生骨料改性强化领域常用的两种单一方案：硅酸钠溶液改性强化方案（方案1）、水泥基浆液改性强化方案（方案2），并以这两种单一改性强化方案为基础，提出方案3 和方案4两种复合强化方案。其中，方案3为先用方案1对再生骨料进行强化，然后用方案2进行改性强化；方案4 为先用方案2 对再生骨料进行强化，然后用方案1进行改性强化。以水工建设中常用的C30混凝土为参考进行混凝土材料的配合比设计[6]，以天然骨料混凝土（方案5）和未采取强化措施的再生骨料混凝土作为对比方案（方案0）。

1.3 试验方法

一定浓度的硅酸钠溶液可以对再生骨料产生良好的改性效果，有效提升再生骨料的性能[7]。结合相关研究成果和工程经验，研究中采用8.00%的硅酸钠溶液进行强化试验。首先，根据浓度要求配制好一定量的硅酸钠溶液；将再生骨料放入硅酸钠溶液中浸泡24.0 h，浸泡过程中要保持液面高于再生骨料10 cm以上，在浸泡过程中要每隔6.0 h 搅拌1 次，保证浸泡改性质量；在达到浸泡时间后，慢慢捞出再生骨料，在遮阳通风处晾干备用。

水泥基改性浆液制作使用的材料为P.O42.5普通硅酸盐水泥、硅灰和偏高领土[8]。具体制作过程：利用硅灰和偏高领土等量取代20.00%的水泥，按照0.65 的水灰比制作成具有一定流动性的强化浆液；将制备好的再生骨料倒入强化浆液中浸泡12.0 h，然后自然风干，再养护7 d 备用。由于水泥基强化浆液存在凝结现象，在浸泡过程每隔0.5 h搅拌1 次，防止浆液初凝。

在试验过程中，按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》及JGJ/T 443—2018《再生混凝土结构技术标准》中的相关要求进行混凝土试件的制作和养护。抗压强度和劈裂抗拉强度试验采用WAW-2000 型万能试验机，鉴于水工混凝土的特殊应用环境，研究中还对试件进行了抗冻性试验。试验过程中，每种方案测试3个试件，并取其试验结果的均值。

2 试验结果与分析

2.1 强度

根据试验中获得的数据，计算不同试验方案试件3，7，14，28 d 的抗压和劈裂抗拉强度，结果如表1 所示。从表1 可以看出，不同龄期条件下，混凝土试件的抗压和劈裂抗拉强度变化规律基本一致。强度值最小的为方案0，方案1 和方案2 的抗压和劈裂抗拉强度值与方案0 相比有了明显的提升，且方案2 具有一定的优势，但是优势不明显。方案3 和方案4 两种复合强化方案的抗压和劈裂抗拉强度值较方案1 和方案2 有显著的提升，说明采用复合强化措施对提升再生骨料混凝土的抗压和劈裂抗拉强度更为有利，工程效果十分显著。方案3 和方案4 相比，方案3 存在明显的优势，究其原因是采用方案4 时，水泥基强化浆液会将骨料充分包裹，从而影响了硅酸钠溶液的强化效果，采用方案3 可以充分发挥两种强化方案的作用，因此强化效果更为显著。从表1 可以看出，方案5的28 d 抗压强度与方案3 相比，高出约2.39%，由此可见，经过复合强化措施之后，再生骨料混凝土的抗压强度虽然仍旧比不上天然骨料，但是差距已经不明显；方案5 的28 d 劈裂抗拉强度小于方案3，原因可能是利用水泥基浆液强化之后，再生骨料与混凝土中的胶结材料粘结更为牢固，在提升劈裂抗拉强度方面更为有利。

表1 抗压和劈裂抗拉强度试验结果MPa

2.2 抗冻性

抗冻性是北方寒区水利工程对混凝土的重要性能要求。研究中对不同试验方案混凝土试件进行100 次冻融循环试验，根据试验数据计算质量损失率和抗压强度损失率，结果如表2 所示。从表2可以看出，采取单一的再生骨料强化措施虽然可以有效降低混凝土的质量损失率和抗压强度损失率，但是明显不及复合强化措施的工程效果。在采用复合强化措施的两个方案中，方案3 较方案4优势明显，且抗压强度损失率和质量损失率已经比较接近天然骨料混凝土的试验结果。

表2 抗冻性试验结果

3 结语

再生骨料凭借其良好的生态和经济价值，在水工混凝土制备领域具有广阔的应用前景，对其进行研究和分析具有重要意义。此次研究利用室内试验的方式，探讨分析了再生骨料复合强化措施对水工混凝土性能和抗冻性的影响，结果显示，采用合理的复合强化措施可以有效改善再生骨料及混凝土的性能，可以使再生骨料混凝土获得与天然骨料混凝土接近的工程效果，对再生骨料在水工混凝土领域的应用具有重要的支持和借鉴作用。当然，影响混凝土性能的因素较多，在后续的研究中需要选择更多的指标进行对比分析，以便进一步验证本文研究结论的科学性和价值。