表面處理再生粗骨料對(duì)高強(qiáng)混凝土性能的影響

梅飛，張雙艷，陳鵬

（武漢源錦商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

近年來，我國(guó)建筑業(yè)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但隨之也產(chǎn)生大量的建筑垃圾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年總的建筑施工廢棄物和建筑拆除廢棄物之和至少達(dá) 2 億噸[1]，其中廢棄混凝土約占 30%～40%[2]，而混凝土中砂石占比約 80%，廢棄混凝土不僅占用大量天然骨料（Natural Aggregate，簡(jiǎn)稱 NA ）資源，而且大部分處理方式都為焚燒、掩埋，不僅占用大量土地，還對(duì)環(huán)境造成了相當(dāng)嚴(yán)重的污染。若對(duì)建筑垃圾進(jìn)行合理利用，不僅可以緩解處理工程垃圾帶來的壓力，還可以節(jié)約天然資源。若作為再生資源將其重新回收利用，可以明顯增強(qiáng)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，是可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)良選擇[3]。

然而，由于未經(jīng)處理的再生骨料引氣表面附著的砂漿，導(dǎo)致再生骨料性能通常劣于天然骨料[4]，對(duì)廢棄混凝土的回收利用方法停留在初級(jí)使用階段，即破碎成再生骨料（Recycled Aggregate，簡(jiǎn)稱 RA）用來配制少量中低強(qiáng)度的混凝土及水穩(wěn)層，用于道路基層、墊層、便道及附屬設(shè)施[5]，應(yīng)用范圍較小，無法消納目前不斷產(chǎn)生的廢棄混凝土。有研究結(jié)論顯示[6-7]，通過對(duì)再生骨料顆粒物理整形、化學(xué)浸漬均能有效提升再生骨料品質(zhì)。本研究將顆粒整形與化學(xué)浸漬相結(jié)合，通過簡(jiǎn)單整形后，利用膠凝材料漿體浸漬處理后分別配制混凝土，考察其對(duì)再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

膠凝材料：亞東洋房牌 P·O42.5 級(jí)水泥，其主要物理性能指標(biāo)見表 1；武新 S95 級(jí)礦粉，28d 活性指數(shù) 104%；陽邏電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度 10.1%，燒失量2.1%，需水量比 94%。

砂：岳陽河砂，中砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，含泥量1.1%，泥塊含量 0.2%。

減水劑：武漢源錦建材科技有限公司 UJION-PC 型聚羧酸高性能減水劑。

粗骨料：天然粗骨料（陽新青碎石，5～25mm 連續(xù)級(jí)配，含泥量 0.6%）；再生粗骨料（廢棄混凝土塊經(jīng)簡(jiǎn)單破碎加工篩分而成粒徑范圍在 5～25mm 的顆粒）。

表1 水泥物理力學(xué)性能

按照 GB/T 14685—2011《建設(shè)用卵石、碎石》和GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》中試驗(yàn)方法，檢測(cè)再生骨料的表觀密度、壓碎指標(biāo)和吸水率。如表 2 所示，再生粗骨料與天然粗骨料相比，具有密度小、吸水率高、壓碎指標(biāo)大等特點(diǎn)[8]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 再生粗骨料處理方法

RA0：簡(jiǎn)單破碎的再生骨料顆粒，直接篩分成粒徑在 5～25mm 的顆粒，級(jí)配不良。

RA1：部分 RA0 顆粒經(jīng)過整形處理，篩分成 5～25mm 連續(xù)級(jí)配，針片狀顆粒明顯減少。

RA2：用摻 50% 的礦粉的水泥漿液對(duì)部分 RA0 顆粒進(jìn)行浸漬處理，晾干后使用。

RA3：結(jié)合上述兩種增強(qiáng)處理方式，對(duì)部分 RA0顆粒先整形后浸漬，晾干后使用。

1.2.2 試驗(yàn)方案

采用 C60 混凝土的配合比，試驗(yàn)配合比見表 3。其中水膠比均為 0.28，四種骨料 RA0、RA1、RA2、RA3充分潤(rùn)濕后，以質(zhì)量比 50% 比例替代天然骨料。

依據(jù) GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的方法，測(cè)試混凝土拌合物的坍落度、擴(kuò)展度和倒坍時(shí)間。依據(jù) GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的方法，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，測(cè)試混凝土 7d、28d 的抗壓強(qiáng)度。

表3 試驗(yàn)配合比 kg/m3

2 結(jié)果與討論

2.1 再生骨料處理后性能指標(biāo)

再生骨料經(jīng)過整形、浸漬處理后各種性能指標(biāo)變化如表 4。從表 4 中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過整形、浸漬處理后再生粗骨料的表觀密度有所增大，吸水率、壓碎指標(biāo)有所降低。表面整形是通過清除再生骨料面層棱角、粗糙砂漿，減少骨料孔隙。浸漬處理是通過水泥、礦粉、硅灰等活性超細(xì)粉料的漿體滲入粗骨料裂縫和孔隙中，發(fā)生水化反應(yīng)，填充縫隙，使再生骨料砂漿層結(jié)構(gòu)更密實(shí)，從而提升其性能。

表4 再生骨料處理后性能指標(biāo)變化

2.2 再生高強(qiáng)混凝土的工作性

工作性良好是混凝土成型質(zhì)量好的前提，本文主要測(cè)試混凝土的坍落度、擴(kuò)展度和倒坍時(shí)間。混凝土出機(jī)后的工作性試驗(yàn)結(jié)果如表 5 所示。

表5 再生高強(qiáng)混凝土的工作性試驗(yàn)結(jié)果

從表 5 中可以看出，使用天然骨料混凝土，其初始工作性是最好的，這與它的粒形、級(jí)配較好有關(guān)。RA0只是簡(jiǎn)單破碎篩分，針片狀較多，且級(jí)配不良，所以RA0 混凝土的坍落度、擴(kuò)展度和倒坍時(shí)間相對(duì)最差。隨著對(duì)再生骨料表面處理措施的增加，再生骨料的粒形變好，并篩分成連續(xù)級(jí)配，再生混凝土的工作性逐漸提升；表面處理的措施越多，工作性改善的越好。總體而言，再生骨料高強(qiáng)混凝土的工作性略差于天然骨料高強(qiáng)混凝土。

由于再生骨料通過提前預(yù)先濕潤(rùn)處理，90min 后混凝土工作性損失并不大，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。未經(jīng)表面處理的 RA0 的工作性損失最大，這可能與其粒形較差、內(nèi)部空隙較多，部分漿體進(jìn)入到這些空隙里，導(dǎo)致用來流動(dòng)的漿體量減少有關(guān)。隨著表面整形措施實(shí)施，再生骨料表面空隙減少，對(duì)漿體的吸附量也減少，所以再生混凝土的損失也逐漸減小。

2.3 再生混凝土抗壓強(qiáng)度

再生混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表 6 所示。

表6 再生混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

從表 6 可以看出，通過表面整形和浸漬處理的再生骨料混凝土（RA3）的 28d 的抗壓強(qiáng)度滿足 C60 抗壓強(qiáng)度的要求。再生骨料對(duì) C60 混凝土抗壓強(qiáng)度都有負(fù)面影響，但膠凝材料漿體浸漬處理方法比表面整形處理方法影響程度小，表面整形和漿體浸漬相結(jié)合處理后強(qiáng)度影響最小。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，再生骨料混凝土對(duì)于天然骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度比均有所下降，未經(jīng)處理的RA0、表面整形處理的 RA1、漿體浸漬的 RA2 對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響越發(fā)明顯，而兩種處理方式結(jié)合的 RA3 隨著臨期增長(zhǎng)強(qiáng)度影響小得多，進(jìn)一步優(yōu)化處理工藝后基本能夠滿足混凝土在實(shí)際工程應(yīng)用中強(qiáng)度增長(zhǎng)的需求。

3 結(jié)論

（1）經(jīng)過顆粒整形、化學(xué)浸漬兩種方法結(jié)合處理后再生粗骨料性能有所提升，其表觀密度有所增大，吸水率、壓碎指標(biāo)有所降低。

（2）再生骨料使用前預(yù)先濕潤(rùn)處理后，90min 混凝土工作性損失不大，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。隨著對(duì)再生骨料表面處理措施的增加，再生骨料的粒形變好，并篩分成連續(xù)級(jí)配，再生混凝土的工作性逐漸提升；表面處理的措施越多，工作性改善得越好。

（3）經(jīng)過顆粒整形、化學(xué)浸漬兩種方法結(jié)合處理后再生粗骨料應(yīng)用于高強(qiáng)混凝土，基本能夠滿足混凝土在實(shí)際工程應(yīng)用中強(qiáng)度增長(zhǎng)的需求。這是因?yàn)閮煞N方式都是通過減少骨料表面空隙，增加自身密實(shí)度，改善骨料粒形和級(jí)配，從而提高再生骨料的品質(zhì)，提升混凝土抗壓強(qiáng)度。

（4）根據(jù)再生混凝土應(yīng)用需求不同，制定相應(yīng)再生骨料品質(zhì)提升處理方法，以免造成資源浪費(fèi)，最大程度消納廢棄混凝土，減輕混凝土的碳足跡，實(shí)現(xiàn)混凝土工業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

[1] 李清海，孫蓓．國(guó)內(nèi)外建筑垃圾再生利用的研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)[J]．中國(guó)建材科技，2009 (04): 119-122．

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