再生粗骨料強(qiáng)化預(yù)處理對(duì)再生混凝土基本力學(xué)性能影響研究

翁志英

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350000）

通過觀察發(fā)現(xiàn)，天然骨料表面密實(shí)無孔隙，骨料質(zhì)量好，而再生骨料表面的水泥漿中有大量的孔隙和微裂紋，結(jié)構(gòu)疏松，表面附著大量的粉塵顆粒，骨料質(zhì)量明顯差于天然骨料。由于再生骨料的上述缺陷，導(dǎo)致其表觀密度和堆積密度比天然骨料低5%～10%，壓碎指標(biāo)比天然骨料大，含水率和吸水率都相對(duì)較大，滲透系數(shù)大，且新拌制的再生混凝土流動(dòng)性比普通混凝土差，塌落度降低。研究數(shù)據(jù)表明，再生混凝土的基本力學(xué)性能相對(duì)于普通混凝土有所降低。覃銀輝指出，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度降低了9%；抗拉強(qiáng)度降低了7%；抗壓彈性模量降低了27.5%；抗拉彈性模量降低了34.37%。宋燦指出，當(dāng)再生粗骨料取代率為100%，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度降低幅度為15%，劈裂強(qiáng)度降低幅度為21%。鑒于再生骨料的上述缺陷，目前主要是用來配制中低強(qiáng)度的混凝土。因此，再生骨料的強(qiáng)化就成為當(dāng)今的重要研究課題之一。目前國(guó)內(nèi)外主要采用濕處理法、物理方法和化學(xué)方法強(qiáng)化再生粗骨料，而本文主要采用純水泥漿液、水泥外摻10%硅粉漿液、水泥外摻10%Ⅱ級(jí)粉煤灰漿液和聚乙烯醇溶液四種化學(xué)漿液浸泡法強(qiáng)化預(yù)處理再生粗骨料，探討了預(yù)處理方法對(duì)再生骨料的基本特性及再生混凝土的流動(dòng)性能和基本力學(xué)性能的影響。

一、強(qiáng)化試驗(yàn)機(jī)理

1.純水泥漿液（水灰比為1.0%）：水泥漿液將再生骨料本身的孔隙和微裂紋黏合或與骨料中的某些成分（原混凝土中水泥水化生成物Ca（OH）2、SiO2·3H20等）反應(yīng)的生成物填充孔隙。

2.水泥外摻10%硅粉漿液（水灰比為1.0%）：SiO2是硅粉的主要成分，硅粉粒徑范圍是0.07～0.2μm之間，水泥顆粒粒徑范圍是7～200μm，前者比后者小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。硅粉能充填于水泥顆粒間，使水泥石具有更致密的結(jié)構(gòu)，提高界面黏結(jié)強(qiáng)度。用水泥與硅粉的混合漿液浸泡再生骨料,混凝土內(nèi)的鈣、鎂會(huì)與SiO2發(fā)生反應(yīng)，常溫下能產(chǎn)生一種非溶解性晶體，填充內(nèi)部細(xì)小孔隙。

3.水泥外摻10%Ⅱ級(jí)粉煤灰（水灰比為1.0%）：粉煤灰的粒徑范圍為1～100μm，除了能均勻分布在水泥顆粒間，提高水泥石結(jié)構(gòu)的密實(shí)性外，還能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣凝膠，提高黏結(jié)力。

4.聚乙烯醇溶液（濃度為10%）：聚乙烯醇溶液具有一定的黏性,能夠填補(bǔ)再生骨料的微裂紋和孔隙，并且能夠在再生骨料表面形成一層具有黏性的白色透明薄膜。

二、試驗(yàn)原材料

1.強(qiáng)化試驗(yàn)原材料

（1）水泥：福建省順昌水泥廠生產(chǎn)的煉石牌42.5普通硅酸鹽水泥（OPC）；（2）硅粉：鞏義市康泰物資貿(mào)易有限公司“天晟”牌優(yōu)質(zhì)微硅粉；（3）粉煤灰為長(zhǎng)樂江陰電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰；（4）聚乙烯醇（PVA）：上海丞邦化工科技有限公司1799型號(hào)聚乙烯醇。

2.骨料

（1）再生粗骨料：由平均強(qiáng)度為C30的實(shí)驗(yàn)室廢棄混凝土試塊在三明磐石混凝土有限公司破碎得來；（2）細(xì)骨料：閩江中砂，細(xì)度模數(shù)為2.75；（3）天然粗骨料：質(zhì)地致密的堅(jiān)硬、級(jí)配良好的碎石，表觀密度為2596kg/m3。

3.水泥和粉煤灰

（1）水泥：福建省順昌水泥廠生產(chǎn)的煉石牌42.5普通硅酸鹽水泥（OPC）；（2）粉煤灰：福建廈門嵩嶼電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，比表面積為2600m2/kg，表觀密度為2200kg/m3。

4.減水劑和水

（1）減水劑：福建省建筑科學(xué)研究院生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑，推薦摻量為膠凝材料用量的1.5%，減水率可達(dá)15%～20%；（2）水：福州市普通飲用水。

三、再生粗骨料的強(qiáng)化

1.再生骨料強(qiáng)化處理配合比設(shè)計(jì)

再生骨料本身的吸水率較大，所以化學(xué)漿液水膠比不能太低。若水膠比過低，漿體的黏度大，不利于骨料吸收漿體；若水膠比過高，則會(huì)影響結(jié)石率（結(jié)石體與漿液體積之比），影響再生骨料抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)，從而達(dá)不到強(qiáng)化處理的目的。因此，本文設(shè)計(jì)了表1強(qiáng)化預(yù)處理試驗(yàn)的配合比。

2.強(qiáng)化試驗(yàn)步驟

（1）仔細(xì)稱量已算好的膠凝材料用量和用水量，并充分?jǐn)嚢枵{(diào)勻成漿液。

表1 再生骨料強(qiáng)化處理配合比設(shè)計(jì)

（2）把再生骨料倒入敞口盆中；再將配置好的化學(xué)漿液倒入敞口盆中，注意漿液要浸沒再生骨料，且一定時(shí)間間隔內(nèi)要攪拌再生骨料和漿體，以防止?jié){液的過早凝結(jié)而導(dǎo)致強(qiáng)化不徹底。

（3）待純水泥漿液、水泥外摻粉煤灰漿液和水泥外摻硅粉漿液到達(dá)初凝狀態(tài)時(shí)、聚乙烯醇（PVA）溶液浸泡48h后，撈出、瀝干再生骨料，將再生骨料置于室內(nèi)通風(fēng)陰涼處自然風(fēng)干1d，在風(fēng)干的過程中，要不斷地翻動(dòng)，防止骨料黏結(jié)成團(tuán)。

注意：漿液配制時(shí)，計(jì)量一定要準(zhǔn)確；漿液配制時(shí)加料的順序是先加水，在攪拌的情況下再加入水泥，以免漿液凝結(jié)成團(tuán)。

3.強(qiáng)化后再生骨料的基本特性

將風(fēng)干后的再生骨料按規(guī)定的級(jí)配進(jìn)行篩分稱量，再進(jìn)行各項(xiàng)物理特性試驗(yàn)和壓碎指標(biāo)試驗(yàn)，各項(xiàng)測(cè)試試驗(yàn)均按天然骨料混凝土的方法進(jìn)行測(cè)試；含水率、吸水率以及表觀密度采用5～20mm的再生骨料，骨料浸水飽和時(shí)間為24小時(shí)；烘箱溫度保持（105±5）℃。除未處理的再生骨料外，其他經(jīng)化學(xué)漿液強(qiáng)化的再生骨料經(jīng)同條件養(yǎng)護(hù)28天并自然風(fēng)干后，再進(jìn)行壓碎指標(biāo)測(cè)試，壓碎指標(biāo)采用（10～20）mm的再生骨料。

試驗(yàn)結(jié)果表明，與未強(qiáng)化的再生骨料相比，強(qiáng)化處理后的再生骨料表觀密度均有所增加，主要是由于漿液填充了再生骨料表面孔隙和裂縫，其中水泥漿液強(qiáng)化效果最為明顯，水泥外摻粉煤灰漿液次之；含水率和吸水率除聚乙烯醇漿液強(qiáng)化法有明顯降低外，其余強(qiáng)化方法均有不同程度的增大，主要是由于強(qiáng)化后骨料表面又包裹了一層的漿液，而聚乙烯醇溶液強(qiáng)化后會(huì)在再生骨料表面形成一層薄膜，薄膜在常溫下不溶于水且不吸水，其薄膜層亦會(huì)阻當(dāng)部分水向再生骨料內(nèi)部滲透；壓碎指標(biāo)均有不同程度的降低，說明強(qiáng)化后骨料本身的強(qiáng)度有所提高。

四、再生混凝土的基本力學(xué)性能

1.再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)

采用不同強(qiáng)化品種的再生骨料1003 kg/m3，砂子756 kg/m3，水泥 315 kg/m3，Ⅰ級(jí)粉煤灰 135 kg/m3，水 170 kg/m3配置強(qiáng)度為C45的再生混凝土。在試驗(yàn)過程中為了使得再生混凝土的塌落度保持在（180～200）mm,采用聚乙烯醇強(qiáng)化后的再生骨料混凝土減水劑的量采用6.75 kg/m3，其余各組再生混凝土減水劑的量取8.55 kg/m3。為了方便試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，用未處理的再生骨料配置一組相同配合比的再生混凝土。由減水劑的用量可以發(fā)現(xiàn)，聚乙烯醇強(qiáng)化法可以顯著地改善再生混凝土的流動(dòng)性，而其他幾種強(qiáng)化方法對(duì)再生混凝土的流動(dòng)性改善效果不明顯。

2.再生混凝土的基本力學(xué)性能

拌制混凝土?xí)r，采用攪拌機(jī)進(jìn)行拌合；立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試件采用尺寸為150mm×150mm×150mm試塊，彈性模量試驗(yàn)試件采用尺寸為150mm×150mm×300mm試塊，分別測(cè)定試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下7d和28d的立方體抗壓強(qiáng)度和彈性模量。試驗(yàn)設(shè)備采用200噸的液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)結(jié)果見表2：

表2 再生混凝土的基本力學(xué)性能

試驗(yàn)結(jié)果表明，本試驗(yàn)所選用的幾種預(yù)處理方法在不同齡期對(duì)再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和彈性模量起到了一定程度的改善作用，但改善效果有所不同。其中，用水泥外摻硅粉漿液和聚乙烯醇溶液預(yù)強(qiáng)化預(yù)處理方法對(duì)再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度和彈性模量提高效果明顯；水泥外摻硅粉漿液強(qiáng)化后7d、28d立方體抗壓強(qiáng)度提高程度分別為10.8%、14.9%，彈性模量提高程度分別為10.7%、10.9%；聚乙烯醇溶液強(qiáng)化后7d、28d立方體抗壓強(qiáng)度提高程度分別為10.6%、11.2%，彈性模量提高程度分別為10.5%、11.0%。其他幾種強(qiáng)化方法的改善效果不太明顯。

五、結(jié)論

1.采用純水泥漿液、水泥外摻硅粉漿液和水泥外摻粉煤灰漿液強(qiáng)化處理后的再生骨料含水率和吸水率明顯增大，表觀密度有一定程度的增大，壓碎指標(biāo)有不同程度的降低，其中水泥外摻硅粉漿液強(qiáng)化法改善效果最為明顯；采用聚乙烯醇溶液強(qiáng)化后再生骨料的含水率和吸水率明顯降低，表觀密度稍有增大，壓碎指標(biāo)明顯降低。可見，水泥外摻硅粉漿液和聚乙烯醇溶液強(qiáng)化處理再生骨料可有效地提高再生骨料的強(qiáng)度。

2.采用強(qiáng)化后的再生骨料配置再生混凝土?xí)r，其中水泥外摻硅粉漿液和聚乙烯醇溶液強(qiáng)化處理的再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和彈性模量提高效果明顯，其余強(qiáng)化方法對(duì)再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和彈性模量提高效果不太明顯。本文建議采用水泥外摻硅粉漿液和聚乙烯醇溶液強(qiáng)化預(yù)處理方法作為再生混凝土高強(qiáng)化的重要途徑。

[1]覃銀輝，劉付華，張學(xué)兵.再生混凝土基本性能的改善方法[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30（4）.

[2]宋燦，陳愛玖.再生粗骨料對(duì)再生混凝土基本性能的影響[J].煤炭技術(shù)，2011，30（6）.

[3]黃顯智，王子明，姜德義.再生集料混凝土循環(huán)利用的試驗(yàn)研究[N].混凝土,2003-10-27.