再生細骨料對堿激發混凝土強度的影響

張思雨，丁麗芳

（河北建設集團股份有限公司，河北 保定 071000）

0 引言

堿激發膠凝材料近年來備受關注。可將礦渣粉作為混凝土的主要膠凝材料，以激發劑激發其潛在活性，生成 C-S-H 凝膠，制備堿激發混凝土。將混凝土企業廢棄試塊破碎篩分，作為再生骨料進行二次利用，與使用天然骨料的普通混凝土相比，再生骨料混凝土既解決了大量建筑廢棄物的處理，又節約了有限的天然資源，兼顧了生態與環保的效益。礦渣粉本為混凝土常用摻合料，可降低混凝土中水泥用量，從而降低水泥生產造成的碳排放和巨大的能源消耗。堿激發膠凝材料與再生粗骨料結合制備混凝土，其經濟效益與生態效益都是十分巨大的。

1 試驗設計

將破碎后的再生骨料進行篩分，制備再生細骨料，將再生細骨料以 0～100% 的比例、10% 的梯度遞增替代天然砂，探究再生細骨料對堿激發混凝土強度的影響，通過混凝土強度篩選再生細骨料最佳摻量。

2 試驗成果

2.1 試驗原料

（1）礦粉（K）：選用 S95 級高爐礦渣粉，主要性能指標見表 2。

表 1 礦渣粉性能指標

（2）天然骨料（S）：選用 5～25mm 連續級配青碎石，表觀密度 2700kg/m3，堆積密度 1570kg/m3，壓碎指標值 5.1%；細骨料選用中砂，細度模數 2.6。

（3）再生細骨料（ZS）：將混凝土公司留樣試塊進行破碎、篩分，作為混凝土再生細骨料，壓碎指標28.7%，篩分分析見表 2。

表 2 再生細骨料性能指標

將以上篩分數據同人工砂顆粒級配標準值對比，再生細骨料 2.5mm 累計篩余超出標準范圍（35%～5%），其他粒徑累計篩余滿足Ⅰ區標準，細度模數3.6，判定為粗砂。

（4）激發劑：采用水玻璃和氫氧化鈉，其中水玻璃原液為模數 3.3，波美度 38 的溶液；氫氧化鈉為含量96% 的分析純固體顆粒。氫氧化鈉用來調節水玻璃模數，本次試驗采用模數為 1.2 的水玻璃激發劑，激發劑摻量為 14%。

（5）水：自來水。

2.2 試驗過程

2.2.1 再生細骨料對堿激發混凝土強度的影響

再生細骨料從 0～100% 替代天然砂，以 10% 梯度遞增進行混凝土試驗，探究再生細骨料對堿激發混凝土強度的影響。具體試驗數據見表 2。

試驗過程中，隨再生細骨料摻量增加，混凝土拌合物狀態有所變化，為滿足混凝土工作性能要求，通過調節水膠比來保證混凝土具有較好的流動性，坍落度范圍保持在 180～210mm 之間。

根據表中數據繪制混凝土強度曲線圖，分析再生細骨料摻量對混凝土強度影響。具體見圖 1。

圖 1 再生細骨料摻量對混凝土強度影響曲線

表 2 再生細骨料不同摻量混凝土配合比試驗數據

從混凝土 3d 強度曲線分析，從再生細骨料摻量為50% 開始，混凝土 3d 強度低于基準堿激發混凝土強度；7d 強度隨再生細骨料摻量增加先上升，后平穩下降，在摻量為 40% 時，混凝土 7d 強度最高，摻量大于90% 以后混凝土強度低于基準堿激發混凝土強度；28d強度呈先增長、后下降的趨勢，再生細骨料摻量為 30%時，混凝土強度達到峰值，強度值 40.6MPa，為基準堿激發混凝土強度值的 126%，當摻量大于 60% 后，混凝土強度低于基準堿激發再生混凝土強度；當再生細骨料完全替代天然細骨料時，28d 混凝土強度值 27.1MPa，為基準堿激發混凝土強度值的 84%。

再生細骨料摻量在 0～30% 時混凝土強度增長，再生細骨料摻量不超過 50%，混凝土強度均高于基準堿激發混凝土，說明在此范圍內，再生細骨料與天然細骨料混合后，骨料級配更優，再生細骨料可以調節天然骨料級配缺陷，使混凝土強度有所提升，當摻量大于 50%后，由于水膠比和再生細骨料本身性能指標的影響，混凝土強度開始呈下降趨勢。

結合混凝土拌合物狀態和混凝土強度整體分析，再生細骨料摻量大于 40% 開始，混凝土拌合物狀態開始變差，水膠比提高，強度開始降低，隨著再生細骨料摻量越來越高，混凝土強度越低，狀態越難調整，因此，得出初步結論，再生骨料最佳摻量為 30%，摻量范圍0～40%。

2.2.2 再生骨料存放時間對堿激發混凝土強度的影響

試驗過程中發現，再生細骨料的存放時間對混凝土強度具有較大影響，試驗中所用再生骨料的來源一般為近期破碎的混凝土廢棄試塊，齡期在 3d、7d、28d 時經壓力機測過強度后進行破碎，作為再生骨料進行使用時，不超過 60d。偶遇特殊情況，儲備的再生骨料放置了近六個月，再次使用時混凝土強度較低。

因此設置對照試驗將兩種再生細骨料與天然骨料進行對比，發現長時間堆放的再生細骨料會降低混凝土強度。具體試驗數據見表 3。其中 B1 為放置半年的再生細骨料，B2 為日常使用的再生細骨料，B1 配合比在 3d齡期時沒有強度，其 7d、28d 強度均低于基準強度及B2 強度，且相差較大。

表 3 再生細骨料對混凝土強度的影響

分析原因如下：經破碎后制成的再生細骨料多為天然砂與膠凝材料的膠結物質以及膠凝材料水化反應尚未進行完全的晶體，會因時間推移以及空氣中濕度變化、溫度變化而產生強度變化，如短期內進行應用，部分細骨料中含有未完全水化的膠凝材料成分，可在堿激發混凝土中通過激發劑的影響進行二次水化；另外，其中含有部分被破碎成微粉狀態的結晶物質，則可以起到微集料效應，填充混凝土內細小孔徑，從兩方面來增強混凝土強度。而放置時間較久之后則不再有活性，僅僅起到集料作用，其壓碎值指標比天然砂要低，因此導致混凝土強度下降。

3 試驗結論

（1）再生細骨料摻量在 50% 內，可以調節天然細骨料級配缺陷，使混合細骨料級配更高，提升混凝土強度。

（2）再生細骨料摻量范圍應控制在 0～40%，此范圍內混凝土拌合物性能與強度可滿足設計需求。

（3）再生細骨料存放時間會影響堿激發混凝土強度，當存放時間超過膠凝材料完全水化時間后，再生細骨料僅僅起到集料作用，無潛在活性。