強化再生骨料混凝土抗滲性能試驗研究

劉偉生 郭 琛 徐靜靜

(山東科技大學土木工程與建筑學院， 山東 青島 266590)

0 引言

再生骨料混凝土指將因重建而產生的廢棄混凝土碾壓破碎、洗凈、按大小分級后，按一定的比例代替天然骨料或全部代替天然骨料，再加上河砂、水泥、水混合攪拌而成的新混凝土。自改革開放國家大力搞建設以來，我國大多數城市都出現了大量的建筑垃圾。并且隨著我國建筑業、高速公路、軌道交通等如火如荼地進行，估測我國以后產生的廢棄混凝土量將持續增長。然而目前對廢棄混凝土還沒有較好的處理辦法，絕大部分都是采用掩埋或者露天堆放。這種粗獷的處理方式不但占據了大量的土地，而且浪費了大量的人力進行運輸，在運輸過程中還會產生了大量塵土，對環境造成了嚴重污染。在國外，日本很早就建立了處理廢棄混凝土的加工廠生產再生骨料，研究了如何將廢棄混凝土再次循壞利用，試驗出將再生骨料代替天然骨料的最佳比例。日本其重復使用率已達到百分之九十；韓國廢棄混凝土重復使用率就達到了百分之八十五，其循環使用率正在逐步上升，韓國通過對再生骨料的循環應用，有效地保護了環境和國家資源。因此，在可持續發展這一國家戰略下，對于再生骨料混凝土的研究并盡快投入到工程中去對我國顯得更為重要。

1 試驗部分

1.1 試驗原材料

水泥采用江蘇金峰水泥集團有限公司生產的普通硅酸鹽水泥；滲透結晶材料采用清華大學與東京大學聯合研發的納米級滲透結晶型防水材料；水采用常州當地自來水；砂為普通河砂；天然骨料以及再生骨料。

1.2 試驗方法

本文所作試驗為混凝土試塊抗滲試驗和吸水率試驗。抗滲試驗首先將不同類型骨料按照相同的配合比制成混凝土混合物，倒入圓臺型模具內，將裝滿混凝土的模具放在振動臺上，將混凝土內的氣泡排出。停置24小時后用拆模器進行拆模，用鋼絲刷將圓臺的兩面進行打磨，除去試件上下底面的油漬和浮漿，以防結果產生誤差，接著將試塊編好號放在標準養護室養護28d。待28d后，取出混凝土試件晾干，在其圓臺側面涂刷中性密封膠。待密封好后，使用螺旋加壓器將圓臺試件緩緩壓入鋼模內，然后固定在混凝土抗滲儀上，扭緊螺帽，防止鋼模與滲透儀交接處出現滲水現象，檢查無誤后開始進行試驗。每組試件以 6個，試驗開始后，以0.1兆帕為遞增單位，每隔8小時遞增一次，觀察到圓臺頂部出現滲水現象應及時關閉相應的控制閥。當6塊試件之中的第3塊表面出現滲水時，當停止試驗記錄水壓。試驗過程中，如發現滲水，立即停止試驗，重新密封。待實驗結束后，應及時將鋼模內的試件去除，并對鋼模進行清理，并涂上防銹油等，以備下次使用。

混凝土立方體試塊吸水性試驗采用單面浸泡的方式進行測試。首先，分別使用天然骨料、再生骨料以及經滲透結晶材料強化后的再生骨料以同樣的配合比配制混凝土拌合物，倒入邊長為100mm的立方體試件中成型，將立方體試件放在標準養護室里養護28d。養護完成后，將試件放置干燥箱中，在105℃的條件下烘至48小時后，取出試件。待冷卻后，稱其質量，并做好記錄。待稱完質量后，將試件放在水槽中，每個試件下面墊兩根玻璃棒，測量時用濕毛巾擦拭試塊表面。迅速稱出其質量，并做好記錄，然后放回水槽中，直到做完所有測試。

1.3 混凝土配合比

在試驗室中，混凝土的水灰比一般取0.6左右，本試驗為了讓試驗結果對比更為突出，故選取水灰比偏大一些，為0.89。

2 試驗結果及分析

2.1 抗滲試驗結果與分析

考慮到在混凝土試件養護過程中，因收縮等原因產生的細微裂隙會對抗滲的試驗結果產生巨大影響。因此試驗過程中嚴格控制試驗變量，防止產生試驗誤差。為了避免混凝土離散性對試驗結果造成影響，將每組試驗分別重復做三次。天然骨料拌和的混凝土平均滲水壓強為0.77兆帕；再生骨料拌和的混凝土平均滲水壓強為0.4兆帕，滲透結晶材料強化后的天然骨料拌和的混凝土平均滲水壓強為0.67兆帕，天然骨料混凝土抗滲壓強將近于再生混凝土抗滲壓強的 2倍；經滲透結晶材料處理過的再生骨料混凝土抗滲等級明顯加強，幾乎接近于天然骨料混凝土，相較于沒有強化后的再生骨料混凝土提高了將近2倍。

混凝土的抗滲強度與混凝土自身的孔隙數量、混凝土骨料與水泥基的界面粘結程度有密切關系。從抗滲試驗結果中可以看出，再生混凝土的抗滲性能比較差，其主要原因由于廢棄混凝土在破碎過程中受到較大外力作用，在集料內部會出現大量微細裂縫，使得再生集料的吸水率和吸水速率都遠高于天然集料。這些孔隙和裂紋會形成毛細孔道，致使再生混凝土的抗滲性變差。從抗滲數據可以看出，經過滲透結晶材料強化后的再生混凝土其抗滲性確實得到大幅度提升，并接近于天然骨料，造成這一現象的主要原因是再生骨料表面的砂漿以及骨料自身的裂隙被滲透結晶材料所包裹。溶液中的硅酸鹽與骨料發生反應，將再生骨料中的裂縫及混凝土試件的大量孔隙填充，阻止了混凝土中毛細孔的形成，進而提高了抗滲強度。

使用滲透結晶材料溶液對再生骨料進行強化以后，所配制混凝土與再生骨料未做處理之前相比，抗滲性確實得到大幅度提高，由此驗證了再生骨料投入到實際工程中的可行性。

2.2 吸水試驗結果與分析

試驗以骨料的不同為影響因素，根據所測試的試驗結果做出了天然骨料混凝土、再生骨料混凝土、滲透結晶材料強化后的再生骨料混凝土不同時刻的吸水量。天然骨料混凝土48小時的吸水量51g、再生骨料混凝土48小時的吸水量為87g，經滲透結晶材料強化的混凝土48小時吸水量為53g。混凝土是一種非勻質的多孔材料，當混凝土表面遇水時，水會通過毛細孔的吸附作用進入混凝土內部，在毛細吸收的初始時間段，如不考慮其他因素的影響，混凝土的吸水量與時間的開平方間呈線性關系。從混凝土48小時吸水量得出，經滲透結晶材料強化后的再生骨料混凝土其吸水性能幾乎接近于天然骨料混凝土，遠遠低于未經處理再生骨料混凝土的吸水性，尤其在水透過混凝土表面后，再生骨料混凝土的吸水速率顯著高于經強化后的混凝土和天然混凝土。由于滲透結晶材料可與混凝土中鈣離子絡合生成結晶體，修補由于混凝土收縮產生的裂縫，其化學反應促進了水化硅酸鈣形成，在縫隙中沉積，阻止了混凝土中毛細孔的形成。

3 結論

本實驗通過對天然混凝土和不同類型再生混凝土試件進行抗滲性以及吸水性實驗，經過對比研究，得出以下結論：經過滲透結晶材料強化后的再生骨料，減少了再生骨料的裂隙，改善了再生骨料與水泥基界面區粘結程度，混凝土的抗滲性明顯提高；經過滲透結晶材料處理后的再生骨料，混凝土的吸水性相較于未經處理的再生骨料混凝土明顯降低，幾乎接近天然骨料混凝土，主要原因是再生骨料與滲透結晶材料反應生成不溶于水的硅酸鹽結晶體，堵住了混凝土中的孔隙，提高了再生混凝土的致密性；經過滲透結晶材料強化后，再生混凝土的耐久性明顯提高，在一定程度上可以代替天然混凝土。

[1]孫躍東，肖建莊.再生混凝土骨料.混凝土，2004.

[2]李惠強，杜婷，吳賢國.建筑垃圾資源化循環再生骨料混凝土研究.華中科技大學學報，2001.

[3]杜文.再生骨料混凝土力學性能與鹽凍耐久性研究[D]，武漢：華中科技大學，2013.

[4]吳祖達.再生骨料混凝土性能研究[D]，福建：華僑大學，2014.