碱激发矿渣水泥再生骨料力学性能研究

杨继昌

摘要：再生骨料作为一种回收再利用材料，与天然骨料对比存在力学性能上差异，为进一步增强骨料性能，通过用水玻璃做碱激发剂对矿渣水泥与再生骨料制备的再生骨料水稳料力学性能进行探究，分析碱激发作用下水稳料抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量作用机理。通过试验发现可知，水泥掺量很大程度上决定混凝土强度，碱激发剂的加入有效提高了混凝土力学性能，其中对抗压强度的影响提高最为显著。

关键词：再生骨料 碱激发 抗压强度 劈裂强度

中图分类号：TU528

Research on the Mechanical Properties of Recycled Aggregates from Alkali-Activated Slag Cement

YANG Jichang

The Engineering Co.， Ltd.， of CTCE Group，Changchun， Jilin Province，130000 China

Abstract： The recycled aggregate is a recycled material， and compared with the natural aggregate， it has differences in mechanical properties. In order to further enhance the performance of aggregates， this paper uses water glass as an alkali activator to explore the mechanical properties of the recycled-aggregate cement-stabilized material prepared by slag cement and recycled aggregates， and analyzes the mechanism of the compressive strength， splitting strength and compressive rebound modulus of cement-stabilized materials under the action of alkali activation. Through experimental results， it can be seen that the cement content determines the strength of concrete to a large extent， and that the addition of alkali activators effectively improves the mechanical properties of concrete， with the most significant effect on the improvement of compressive strength.

Key Words： Recycled aggregate; Alkali activaation; Compressive strength; Splitting strength

我国道路改扩建工程中产生了大量的废旧混凝土处理和工业废弃物矿渣处理问题日益严峻，我国倡导绿色可持续发展，强调“以废制废，经济与生态双赢”的理念，绿色处理固体废弃资源，促进废弃物的资源最大化、高效合理化、经济生态双赢化，所以废旧混凝土、工业矿渣二次回收再利用受到了广泛关注，将其处理成再生骨料制备水稳料进行回收利用为其处理提供了新的解决思路。赵百超[1]、方小利等人[2]以不同掺量再生骨料制备水稳料，测定其性能发现，再生骨料的使用会降低水稳料的力学强度。候保星[3] 、陈礼婧[4]认为可使用再生骨料代替天然骨料。冯泽平等人[5]试验阐述了再生骨料技术对再生骨料强度的影响，其各项指标均能满足现行的无机结合料稳定基层规范。张健[6]研究了碱激发胶凝材料的应用；季旭嵘[7]挽救了再生骨料的实际应用。彭武磊[8]试验研究发现矿粉中 CaO、SiO2 和 A12O3等活性组分较粉煤灰的含量高，在激发剂作用下矿粉表现出较强的潜在水硬活性，在水化前期比粉煤灰反应更充分、更剧烈，短时间内可以形成数量更多的水化产物以促进强度发展。张超[9]将再生骨料应用进实际生活中。为此，本文研究水玻璃作为激发剂，矿粉作为胶凝材料和再生骨料制备水稳料，研究其力学性能。

1 试验材料

试验采用高炉矿渣（GGBS）和P·O 42.5水泥，其组成参数如表1所示。

本研究采用的碱激发剂有NaOH和Na2SiO3溶液，NaOH溶液利用纯度98%的固体NaOH粒配制，Na2SiO3溶液利用模数为1的固体Na2SiO3配制。

再生骨料通过破碎机破碎废旧混凝土，进行集中破碎、分选、磁选、强化和筛分，处理成粒径为0～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～19 mm、19～31.5 mm的4种再生骨料。

2 试验方案

将水泥熟料、矿渣和石膏粉按照质量比 65∶30∶5进行预混制备矿渣水泥，NaOH、Na2SiO3以矿渣掺入量为标准，按照Na2O含量的4%掺入。实验中再生骨料级配设计为：0～4.75 mm∶4.75～9.5 mm∶9.5～19 mm∶19～31.5 mm=27∶21∶29∶23

为满足交通荷载对半刚性基层要求，对抗压强度、劈裂强度和疲劳损伤力学性能指标进行评价。水泥掺入量4.0%、4.5%、5.0%，Na2SiO3溶液浓度4%，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）为指导进行试件制备和养护。

3 试验结果分析

再生骨料力学性能如表2所示。

3.1碱激发对抗压强度的影响分析

从图1中可以看出，水泥掺量从4.0%提高到5.0%时，再生骨料水稳料抗压强度随水泥掺入量增大而增大，并且水稳料的抗压强度是随着龄期增长，水化反应进行更充分，产生更多胶凝材料，抗压强度也是不断增大的。在Na2SiO3掺入量为4.0%，水泥掺量4.5%时，Na2SiO3-RAC水稳料比RAC水稳料7d、28d的抗压强度分别增加了15.38%、8.3%，水玻璃能激发矿渣促进C-S-H和N-A-S-H两种胶凝材料产生，以此提高再生水稳料的早期强度，但后期随着水化反应不断进行，对抗压强度提高效果相对减弱。

3.2碱激发对劈裂强度的影响分析

从图2中可以看出，任意水泥产量下，碱激发剂的加入都对水稳料的劈裂强度起到了促进作用，水泥掺量从4.0%提高到5.0%时，再生骨料水稳料劈裂强度随水泥掺入量增大而增大，并且在4.5%～5.0%阶段劈裂强度增加明显。在Na2SiO3掺入量为4.0%，水泥掺量4.5%时，Na2SiO3-RAC水稳料比RAC水稳料90d的劈裂强度分别增加了8.5%，劈裂强度不仅与再生骨料起主要的骨架作用有关，而且水稳料内部的黏聚力也对其强度有影响，碱激发剂能够促进C-S-H和N-A-S-H两种胶凝材料产生，水玻璃本身具有一定的胶凝作用，进而提高水稳料内部黏聚力，进一步提高水稳料的劈裂强度。

3.3碱激发对抗压弹性模量的影响分析

从图3中可以看碱激发剂的加入提高了再生骨料水稳料抗压回弹模量，再生骨料水稳料抗压回弹模量随水泥掺入量增大而增大，并且在4.5%～5.0%阶段抗压回弹模量增加明显。加入碱激发剂后，水化反应快速进行，试块内部的集料与胶凝材料迅速黏结紧密，形成一个致密的整体，有效提高了其抵抗变形的能力，即提高了水稳料的抗压回弹模量。

4 结语

通过水玻璃对再生骨料混凝土的抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量的影响，可得出水玻璃对再生骨料混凝土的力学性能有不同程度的提高。其中，对抗压强度的影响提高最为显著，所以在再生骨料混凝土中掺入适量的水玻璃进行碱激发，可以提高再生骨料的强度，有利于应用到道路基层中去。

参考文献

[1] 赵百超.废弃混凝土对水泥稳定土疲劳特性影响研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2020.

[2] 方小利，秦琪，吴建功，等.混凝土废料制备再生骨料用于混凝土生产的试验研究[J].混凝土世界，2021（8）：65-69.

[3] 候保星.不同类别再生粗骨料混凝土性能强化试验研究[D].郑州：郑州大学，2019.

[4] 陈礼婧.建筑废弃混凝土再生利用分析[J].江西建材，2021（12）：19-20.

[5] 冯泽平，李蕾蕾. 建筑垃圾再生骨料制备技术研究[J].中国建材科技，2022， 31 （5）： 93-96，92.

[6] 张 健.碱激发复合胶凝材料性能研究及应用[D].长沙：中南大学，2014.

[7] 季旭嵘.废弃旧混凝土再生骨料关键技术和应用[D].苏州：苏州科技大学，2016.

[8] 彭武磊.碱激发再生混凝土力学与微观性能研究及配合比设计[D].深圳：深圳大学，2016.

[9] 张超.废弃混凝土路面板在道路改建中的再利用[J].交通运输学报，2003，3（4）：5-9.