改性再生骨料對混凝土基本力學性能的影響

耿世博，邢振賢，孫培釗

(華北水利水電大學，河南 鄭州 450045)

0 前 言

近年來環境與資源問題被世界各國所重視，其中用量最大的人造建筑材料——混凝土對資源的消耗以及對環境的負面影響越來越受到人們的關注。將廢棄混凝土等建筑垃圾經過破碎、篩分等工藝加工后作為再生骨料來制備再生骨料混凝土，是當今世界眾多國家為實現環境保護和可持續發展戰略所追求的目標之一。

由于破碎混凝土的棱角多，表面有大量的硬化水泥漿，且會產生大量的細微裂縫等,導致再生骨料生產的混凝土強度不高。為了解決這些問題，一些專家學者通過物理和化學的方法對其進行研究。化學方法即用各種化學漿液對再生骨料進行浸泡、淋洗等處理，來解決再生骨料的吸水率大、孔隙率大、壓碎值指標低等問題。物理方法則是通過減少再生骨料表面附著的舊水泥漿來強化再生骨料。

鄧壽昌等[1]對國內外再生混凝土現狀分析表明僅采用再生粗骨料制成的再生混凝土，其抗壓強度同普通混凝土強度相比幾乎不下降，甚至還要略高，前提是水泥用量要增加。陳建良等[2]研究表明用10%的聚乙烯醇溶液可以有效地改善再生骨料本身的吸水率高、孔隙率大的問題，對再生混凝土的強度有明顯的提升。程海麗等[3]研究表明5%水玻璃溶液浸泡1 h，對再生骨料強度有明顯的提高作用。范玉輝等[4]研究表明4.75～31.5mm連續級配的再生粗骨料用0.5%聚乙烯醇溶液改性浸泡后其再生混凝土強度增加了7.2%。

本試驗采用水玻璃與聚乙烯醇兩種溶液對再生骨料進行化學改性強化，研究其在不同濃度與不同浸泡時間下對再生混凝土的強化效果。

1 試驗材料

水泥采用新鄉秀建水泥廠生產的42.5普通硅酸鹽水泥。再生粗骨料采用鄭州市鄭東新區(前程)建筑垃圾消納場的再生磚混骨料。天然粗骨料來自鄭州市金水區天榮建材市場。細骨料是鄭州市金水區天榮建材市場采購的機制砂。水采用鄭州市自來水。水玻璃的模數為3.0，密度為1.2 g/cm3。聚乙烯醇(PVA)的聚合度為1 700，醇解度為88%。

2 再生骨料混凝土的制備及性能試驗

2.1 骨料的基本性能(見表1～2)

表1 粗骨料的基本性能

表2 細骨料的基本性能

2.2 再生骨料的強化處理與混凝土的制備

2.2.1 水玻璃改性再生骨料的強化處理

改性機理：采用水玻璃浸泡改性再生粗骨料時，水玻璃發生硬化，進而析出硅酸鈉凝膠來修補再生粗骨料的裂縫，同時水玻璃與水泥砂漿的水化產物Ca(OH)2發生反應生成水硬性硅酸鈉凝膠，來對裂縫進行修補[5]，從而降低再生粗骨料的吸水率。

分別配制3%、5%、7%濃度的水玻璃溶液，然后將混凝土再生粗骨料在以上濃度的水玻璃溶液中分別浸泡1、24 h后，撈出并晾干備用(RAC-Ⅰ)。

2.2.2 PVA改性再生骨料的強化處理

改性機理：聚乙烯醇(PVA)是一種高分子聚合物，骨料浸泡后可有效降低再生粗骨料的孔隙率，同時也能使新拌混凝土的和易性提高，從而提高再生混凝土強度[5]。

分別配制0.3%、0.5%、0.7%濃度的PVA溶液，按照上述方法對再生粗骨料進行強化處理(RAC-2)。見表3。

表3 再生骨料強化處理種類

2.2.3 再生混凝土的制備

混凝土設計強度C30，水灰比0.45，砂率36%，配合比為：水210 kg/m3、水泥467 kg/m3、砂620 kg/m3、石子1 103 kg/m3，粗骨料為5～20 mm的連續級配，試件尺寸100 mm×100 mm×100 mm，采用人工拌和，標準養護室養護。

2.3 再生混凝土性能檢測

混凝土性能檢測結果如表4。

表4 混凝土性能檢測結果

3 試驗結果與分析

根據表4中數據分別繪制不同溶液與不同浸泡時間下，再生混凝土抗壓強度的柱狀圖與折線圖(見圖1～4)。

圖1 不同濃度水玻璃與不同浸泡時間下再生混凝土的強度

圖2 水玻璃溶液濃度與浸泡時間對再生混凝土強度的影響

圖3 不同濃度PVA溶液與不同浸泡時間下再生混凝土的強度

圖4 PVA溶液濃度與浸泡時間對再生混凝土強度的影響

對表4中數據分析可知，改性后的再生骨料混凝土強度均比未改性的再生混凝土強度高。與未改性再生混凝土相比，用水玻璃浸泡改性后的再生混凝土與其強度的比值最高為116%(浸泡1 h，水玻璃濃度為5%)和109%(浸泡24 h，水玻璃濃度為5%)；用PVA浸泡改性后的再生混凝土與其強度的比值最高為118%(浸泡1 h，PVA濃度為0.5%)和113%(浸泡24 h，PVA濃度為0.5%)。

這是由于水玻璃發生硬化析出的硅酸鈉凝膠可以修補再生混凝土粗骨料本身的裂縫。而PVA則是因為其溶于水后形成憎水膜，其能填充在再生骨料的空隙中。兩者都能很好地降低再生混凝土的吸水率，降低再生粗骨料的孔隙率等，從而提高再生混凝土強度。

從7 d抗壓強度比值和28 d抗壓強度比值可看出，改性再生混凝土早期強度提升較快。其7 d抗壓強度比值均大于28 d抗壓強度比值。

由圖1～4分析得，不同濃度、不同浸泡時間對其強度也有影響。相同濃度下，RAC-Ⅰ與RAC-II均隨著浸泡時間的增加，抗壓強度反而降低。RAC-Ⅰ分別降低了1 MPa(3%濃度)、2 MPa(5%濃度)、1 MPa(7%濃度)。RAC-II分別降低了2 MPa(0.3%濃度)、2 MPa(0.5%濃度)、2 MPa(0.7%濃度)。

相同時間下，隨著溶液濃度的增高，強度則是先增高后降低。當水玻璃濃度5%時RAC-Ⅰ的強度最高,分別為37 MPa(1 h)和35 MPa(24 h)。當PVA濃度為0.5%時，RAC-II的強度最高，分別為38 MPa(1 h)和36 MPa(24 h)。

4 結 論

1)PVA和水玻璃改性再生混凝土強度較未改性再生混凝土強度有明顯提升。水玻璃改性再生混凝土強度提升116%，PVA改性再生混凝土強度提升118%。

2)改性再生混凝土較未改性再生混凝土相比，早期強度提升較大。

3)高濃度與長時間浸泡再生骨料，對再生混凝土強度提高不利，甚至會下降。水玻璃與PVA溶液浸泡再生粗骨料的最佳時間均為1 h。最佳改性溶液濃度分別為水玻璃5%，PVA0.5%。5%濃度水玻璃溶液與0.5PVA溶液浸泡再生粗骨料1 h的強度分別為37 MPa和38 MPa。

4)相同浸泡時間下，浸泡0.5%濃度PVA的再生混凝土強度不低于浸泡5%水玻璃的再生混凝土強度。其改性強化效果更加明顯。

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