摻廢棄混凝土粉替代水泥漿體生產綠色砂漿的試驗研究

(廣東工業大學土木與交通工程學院 廣東 廣州 510006)

一、引言

再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete，RAC)簡稱再生混凝土(Recycled Concrete)，它是指將廢棄混凝土塊經過破碎、清洗、分級后，按一定比例與級配混合，部分或全部代替砂石等天然骨料(主要是粗骨料)配制而成的新的混凝土。廢混凝土經破碎、加工后，所得粒徑為5～40 mm的骨料為再生粗骨料，粒徑0.5～5mm的骨料為再生細骨料[1]。

近年來，國內外一些學者開始研究如何將廢棄混凝土在工程材料中加以應用。研究的一個方向是用廢棄混凝土替代骨料。研究的另一個方向是用廢棄混凝土粉替代水泥。但是，此兩種方法各有不足。第一，雖然廢棄混凝土粉可以替代水泥，但替代率低，對減少水泥用量和提高廢棄混凝土粉的利用率的效果不明顯。第二，雖然廢棄混凝土可以用于替代骨料，且替代率較高，但是對減少水泥用量無幫助。因此，筆者所在研究團隊提出了改進方法，即用廢棄混凝土粉替代水泥漿體。該方法是指，在維持水灰比不變的前提下，用廢棄混凝土粉等體積替代水泥漿體(水泥+水)，并適當增加減水劑劑量以維持新拌拌合物的工作性能。

本研究是該方法在廢棄混凝土粉再利用方面的延拓。本研究以常見的廢棄混凝土粉為研究對象，將其等體積替代水泥漿體生產一系列水灰比、廢棄混凝土粉摻量不同的砂漿，并通過適當增加減水劑劑量來補償廢棄混凝土粉對砂漿工作性能的損失，隨后對砂漿進行了28天抗壓強度的初步試驗。

二、試驗

(一)試驗原材料

本項目所用原材料包括：水、水泥、廢混凝土粉、河砂、高效減水劑。其中，水為自來水；水泥選用標號42.5N的普通硅酸鹽水泥(比重3.08)；廢混凝土粉采用廣州市番禺區某舊改工地提供的廢混凝土磨成的粉(比重2.56)；高效減水劑采用第三代聚羧酸高效減水劑(比重1.03，含固量20%)；細骨料選用最大粒徑為1.18 mm的河砂(需自行篩出使用，比重2.58)。

(二)配合比設計

本試驗的砂漿配合比如下表1所示。

表1 砂漿的配合比設計

表2為減水劑劑量與強度變化情況，試件標號說明，例如0.4-16，其中0.4表示水灰比，16表示廢棄混凝土粉占砂漿總體積的百分比。

表2 減水劑劑量與強度變化情況

(三)試驗方法

立方體抗壓強度測量：

試驗采用100mm×100mm×100mm的試塊，以三個試塊為一組。在澆筑成型后一天拆模并將試件放置標準養護室養護，直至28天齡期。達到28天齡期后，進行抗壓強度試驗。試驗依照《CN-GB.GB/T 50081-2002 普通混凝土力學性能試驗方法標準》，在廣東工業大學結構實驗室MATEST微機控制電液伺服剛性試驗機上進行。試驗采用0.5Mpa的加載速度，連續均勻加載。每組測量三個試塊的強度，取3者的平均值作為抗壓強度。

三、試驗結果及分析

抗壓強度：

圖1為廢棄混凝土粉砂漿試塊28天抗壓強度的變化情況曲線。由圖1可以看出，在相同的廢棄混凝土粉的摻量下，水灰比從0.4增加至0.5的過程中，抗壓強度隨著水灰比的增加而減少。原因在于水灰比是影響水泥基材料強度的最重要的因素，且通常與強度呈反比。另一方面，在相同水灰比下，廢棄混凝土粉的摻量從0%增加至12%的過程中，抗壓強度隨著廢棄混凝土粉的增加而逐步提高，當廢棄混凝土粉的摻量大于12%時，砂漿的抗壓強度略有下降，但仍高于廢棄混凝土粉摻量為0%時的砂漿強度。這一現象可能的原因是：(1)廢棄混凝土粉中含有部分為水化的廢棄水泥粉，等體積替代漿體時，這部分未水化的廢棄水泥粉會參與水化，導致實際水灰比比計算水灰比提高，強度增加；(2)摻廢棄混凝土粉的同時，適當增加減水劑劑量以維持砂漿較好的工作性能，能確保砂漿澆筑和成型質量，減少缺陷，也有利于強度；(3)當廢棄混凝土粉摻量高于12%時，導致實際水灰比過低，且廢棄混凝土粉中已水化的部分含量提高，水化產物減少，骨料之間的粘結力不夠，導致強度略有下降。(4)微觀結構觀察表明：再生混凝土粉摻量為10%時，體系中產生鈣礬石較多，可以提升濕拌砂漿前期強度，摻量進一步增加時，水化產物明顯減少，結構松散是強度大幅降低的原因[2]。

圖1 廢棄混凝土粉砂漿強度變化情況

四、結論

本研究將廢棄混凝土粉等體積替代水泥漿體制備砂漿，并進行28天抗壓強度的初步試驗，結論包括：

(1)摻廢棄混凝土粉會提高用于維持砂漿較好工作性能所需減水劑劑量；

(2)在一定范圍內，少量的廢棄混凝土粉摻入能增加新拌砂漿的流動性；

(3)當廢棄混凝土粉摻量低于12%時，廢棄混凝土粉不僅可以減少水泥用量，還可以顯著提高砂漿的抗壓強度，當摻量超過12%時，砂漿抗壓強度雖略有下降，但仍高于摻量為0%的砂漿初始強度。