廢棄混凝土再生骨料表面改性的強化試驗

達則曉麗

摘要：為了提高再生骨料的利用率，突破其高吸水率和低強度等特點所存在的局限性，現使用硅酸鈉溶液和硅烷溶液兩種改性劑，并采用浸漬改性方法，對再生骨料表面進行改性處理，并全面地分析和研究了改性劑濃度、處理時間等參數對改性處理后的再生骨料性能所產生的影響程度。結果表明：通過使用硅酸鈉溶液和硅烷溶液兩種改性劑，不僅可以確保再生骨料表現出較高的表觀密度，還能將其吸水率和壓碎指標降到最低。當硅酸鈉溶液和硅烷溶液兩種改性劑的濃度分別達到8%、10%時，可以獲取最佳改性效果。同時，粒徑為10～31.5?mm的再生骨料所獲得改性效果遠遠高于粒徑為5～10?mm再生骨料。

關鍵詞：再生骨料??表面改性??硅酸鈉??硅烷

中圖分類號：TU755.1???文獻標識碼;A

The?Intensive?Test?of?Surface?Modification?of?Waste?Concrete?Recycled?Aggregate

DAZE?Xiaoli

（School?of?Civil?and?Hydraulic?Engineering，?Xichang?University，?Xichang，?Sichuan?Province，?615000?China）

Abstract：?In?order?to?improve?the?utilization?rate?of?recycled?aggregate?and?break?through?the?limitations?of?its?high?water?absorption?and?low?strength，?now?the?surface?of?recycled?aggregate?is?modified?by?using?two?modifiers，?sodium?silicate?solution?and?silane?solution?and?the?impregnation?modification?method，?and?the?influence?of?modifier?concentration，?treatment?time?and?other?parameters?on?the?performance?of?recycled?aggregate?after?modification?is?comprehensively?analyzed?and?studied.?Results?show?that?the?use?of?two?modifiers，?sodium?silicate?solution?and?silane?solution?not?only?can?ensure?that?recycled?aggregate?exhibits?a?higher?apparent?density，?but?also?minimize?its?water?absorption?and?crushing?index，?the?best?modification?effect?can?be?obtained?when?the?concentration?of?two?modifiers?of?sodium?silicate?solution?and?silane?solution?reaches?8%?and?10%，?respectively，?and?at?the?same?time，?the?modification?effect?of?recycled?aggregate?with?a?particle?size?of?10～31.5?mm?is?much?higher?than?that?of?recycled?aggregate?with?a?particle?size?of?5～10?mm.

Key?Words：?Recycled?aggregate;?Surface?modification;?Sodium?silicate;?Silane

混凝土憑借著其原材料豐富、成本低、良好的可塑性、高強度、耐久性好等優勢成為目前建筑的主體材料，但盡管混凝土材料的使用壽命較長，混凝土構筑物和建筑物在經過一段時間使用后，終將由于各種原因而必須拆除，從而產生大量廢棄混凝土塊，一方面，廢棄混凝土如不加以利用，會增加環境負擔；另一方面，這也是一種資源的浪費，將影響建筑行業的可持續發展。然而，混凝土再生骨料與天然骨料有著極大的不同，混凝土再生骨料表面經常粘附有較多的泥沙和泥塊，這會增加其含水量和吸水率，從而導致水泥石基體和骨料之間形成的粘結力較弱，影響混凝土的品質[1]，因此混凝土再生骨料使用時需要先對其進行清洗去除泥沙，現有技術中經常采用水管直接對骨料進行淋洗的方式去除泥沙的方法或者是將骨料放入水池內沖洗，然后撈出瀝去水，這二者的工作量都較大，效率低，同時會浪費較多的水資源，且對于一些粘附性強的泥土這些方法根本不起作用，從而極大地影響了混凝土再生骨料的使用。為了解決這一問題，現使用硅酸鈉溶液和硅烷溶液兩種改性劑，對再生骨料進行表面改性處理，從而獲得最佳改性效果。

1試驗材料

該次試驗中，所用到的骨料主要包含以下幾種類型：（1）天然骨料，該骨料含有大量的石灰巖，這些石灰巖產地為廣東混凝土有限公司；（2）廢棄混凝土再生骨料，該骨料主要來自于某國道改造拆除后所形成的廢棄混凝土；（3）廢棄燒結磚再生骨料，該骨料主要來自于某建筑物拆除所形成的廢棄紅磚，這些紅磚強度達到了MU10；（4）再生骨料，該骨料主要利用破碎機所獲得的。以粒徑大小為劃分標準，可以將再生骨料劃分為以下兩種類型，一種是粒徑為5～10mm骨料，另一種是粒徑為10～31.5mm的骨料[2]。這些骨料的基本性能如表1所示。

另外，該次試驗中，所使用的硅酸鈉溶液主要來自于北京市福晨化學試劑廠所生產的Na2SiO3·9H2O，其中，Na2O與SiO2含量之比是10：3，所使用的硅烷溶液來自天津市精細化工有限公司所生產的硅烷聯劑，該改性劑的相對分子質量和密度分別為221.38?g/cm3、0.950?g/cm3。另外，將水設置為溶劑，并將硅酸鈉溶液和硅烷溶液的濃度分別配置為5%、8%、10%。

2試驗方法

將粒徑為5～10?mm再生骨料和粒徑為10～31.5?mm再生骨料統一放置于改性劑溶液中，并采用浸漬改性的方式，對再生骨料進行表面改性處理，同時，將浸漬時間分別設置為1?h、8?h、15?h、24?h，同時，將取出的骨料放置于15～25?℃之間，并對其進行瀝干處理，瀝干時間為1?d，然后，將其放置于100～110?℃之間進行烘干處理[3]，最后，對骨料相關性能進行全面化測試。另外，嚴格按照混凝土用再生粗骨料使用相關標準和要求，使用液體比重天平法，對骨料表觀密度進行測試。在對骨料吸水率進行測量期間，要將骨料放置于水中，并將其放置于15～25?℃之間的環境下，分別浸泡5?min、10?min、30?min、1?h、3?h、6?h、12?h、24?h，然后，對其吸水率進行精確化測量[4]，相關人員只有嚴格按照以上試驗方法進行操作，才能最大限度地提高最終試驗結果的精確性和真實性。

3結果與討論

3.1改性劑的濃度和種類對再生骨料性能的影響

當廢棄混凝土再生骨料粒徑達到5～10?mm時，需要將改性浸漬處理時間設置為24?h，當改性劑濃度完全一致時，需要使用硅烷溶液改性劑，對再生骨料進行處理，此時，發現該再生骨料24?h吸水率出現大幅度下降，其下降幅度遠遠超過使用硅酸鈉溶液改性處理后的再生骨料吸水率。

當硅烷溶液濃度不斷增加時，24?h處理后的再生骨料所對應的吸水率不斷下降，當硅烷溶液濃度達到10%時，樣品經過24?h處理后所對應的吸水率達到4.7%，沒有使用硅烷溶液的再生骨料所對應的吸水率出現大幅度下降，其下降量達到了40%，與未改性處理后的再生骨料相比，其下降幅度達到了42%，其下降幅度達到最大值，當硅烷濃度不斷上升時，骨料表面生成硅烷憎水層厚度呈現出不斷上升的趨勢，使骨料表面變得更加密實，確保骨料的吸水率降到最低[5-6]。對于硅酸鈉溶液而言，當其濃度達到8%時，樣品24?h后所對應的吸水率達到了6.6%，導致再生骨料下降幅度達到15%，與沒有經過改性處理的再生骨料相比，其下降量達到了18%，由此可見，其下降幅度達到最大值。

對于硅酸鈉溶液而言，當其濃度達到10%時，再生骨料所對應的吸水率呈現出不斷增加的趨勢，經過24?h后，其吸水率有所下降，達到了7.3%，其吸水率的增加幅度達到了11%時，出現這一現象的根本原因是通過使用硅酸鈉改性溶液所形成的水化硅鋁算鈣通常含有以下兩種物質，分別是凝膠和水化鋁酸鈣晶體，對于凝膠而言，本身通常表現出較高的吸水性，一旦硅酸鈉濃度低于8%時，會形成大量的水化產物，這些產物的出現，會增加骨料表面的密實度，使得再生骨料的吸水率得以大幅度下降。

當硅酸鈉濃度出現大幅度上升時，一旦形成大量的凝膠，會加大對水分的吸收量，導致再生骨料的吸水率呈現出大幅度增加的趨勢。當改性劑濃度完全相同時，使用硅酸鈉溶液改性處理的再生骨料呈現出較大的表觀密度，與未改性再生骨料相比，改性處理后的再生骨料通常會表現出較高的表觀密度，該表觀密度會隨著改性劑的上升而呈現出不斷上升的趨勢，所使用的硅酸鈉溶液濃度達到10%時，該樣品所對應的表觀密度達到了2?590?kg/m3，與沒有經過改性處理的再生骨料相比，其上升幅度達到了5%，上升幅度達到最大值，出現這一現象的根本原因是硅酸鈉溶液和硅烷溶液濃度出現不斷上升時，再生骨料所對應的表面裂縫相對較大，這無疑增加了再生骨料的表面密度，使得再生骨料的表觀密度得以大幅度提高。

3.2改性處理時間對再生骨料性能的影響

當改性處理時間不斷延長時，再生骨料所對應的性能也會出現相應的變化，例如：當改性浸漬處理時間不斷延長時，對于再生骨料而言，其吸水率會呈現出不斷下降的趨勢，當浸漬時間達到24?h后，再生骨料所對應的吸水率會出現大幅度下降趨勢。再生骨料在不同浸漬處理時間下吸水率的變化如圖1所示，從圖1中可以看出，對于再生骨料而言，當其壓碎指標不斷下降時，其表觀密度會呈現出不斷上升的趨勢，這是由于當浸漬時間不斷延長時，再生骨料所對應的硅烷包裹層面積和厚度達到最大值，凝膠含量會不斷增加，使得再生骨料表現出較高的密實度，這無疑降低了再生骨料的壓碎指標和吸水率，浸漬處理時間達到24?h。

3.3再生骨料的類型對改性效果的影響

不同種類的再生骨料經過24?h處理后，當改性劑濃度不斷增加時，其吸水率、表觀密度會表現出相同的變化。對于硅酸鈉溶液而言，當其濃度達到8%時，經過24?h處理后的再生骨料所對應的吸水率相對較低，僅僅為14.7%，與沒有經過改性處理后的再生骨料相比，其下降幅度達到了19%，對于經過24h處理后的再生骨料而言，其吸水率達到6.6%，其下降幅度達到了18%。對于硅酸鈉溶液而言，當其濃度達到10%時，壓碎指標下降幅度通常會達到最大值，這表明，對于廢棄燒結磚再生骨料而言，其改性效果比較良好，遠遠超過廢棄混凝土再生骨料，所以，當原始再生骨料所對應的性能較低時，通常會取得較高的改性效果。

3.4再生骨料的粒徑對改性效果的影響

再生骨料粒徑對其24?h?吸水率的影響如圖2所示?，從圖2中可以看出，?對于硅酸鈉溶液而言，當其濃度達到5%時，廢棄混凝土再生骨料通常含有4%的吸水率，與沒有經過改性處理后的再生骨料相比，其下降幅度達到了25%。當硅酸鈉溶液濃度被控制為10%時，其壓碎指標達到了20%，其下降幅度達到了19%。另外，與沒有經過改性處理的再生骨料相比，其表觀密度在相同改性條件下會表現出較高的表觀密度，這表明當再生骨料的粒徑較小時，通常會需要大量的改性劑，?所以，為了降低改性劑的使用量，達到節能降耗的目的，相關人員在對再生骨料進行表面改性期間，要優先選用粒徑較大的再生骨料。

4?結論

綜上所述，該次廢棄混凝土再生骨料表面改性試驗所得到的結論如下。

（1）通過使用硅酸鈉溶液和硅烷溶液兩種改性劑，可以確保再生骨料表現出較低的吸水率和壓碎指標，使其表觀密度得以大幅度提高，如吸水率和壓碎指標的最大可降低百分比分別達到了42%、24%。這表明通過使用硅酸鈉溶液改性劑，可以獲得較高的再生骨料綜合性能。（2）當硅酸鈉溶液和硅烷溶液濃度分別達到8%、10%時，可以獲得更好的改性效果。此時，適當地延長浸漬改性處理時間，可以獲得更佳的再生骨料改性效果，所以，可以將浸漬時間設置為24?h。（3）當浸漬改性處理條件完全一致時，使用廢棄燒結磚再生骨料所獲得的改性效果相對較高，這表明，當原始再生骨料所對應的性能較低時，所獲得改性效果更好。與粒徑為5～10?mm再生骨料相比，粒徑為10～31.5?mm再生骨料所獲得改性效果更高，這表明當再生骨料粒徑較小時，要想獲得相同改性效果，必須要使用足夠多的改性劑。

參考文獻

[1] 姜洪坤，李瑤，魏東岳，等.再生陶瓷骨料透水混凝土抗壓強度及透水性研究[J].遼寧化工，2020，49（3）：227-232.

[2] 鄒祥宇，衛學玲，徐峰，等.建筑垃圾再生骨料改性對混凝土性能的影響[J].山東化工，2021（12）：114-116.

[3] 沈萬岳，汪洋，湯金潔.聚合物改性再生骨料滲透性混凝土凈水性能的試驗研究[J].新型建筑材料，2019，46（5）：80-83.

[4] 高瞻，張啟志.超細粉煤灰改性再生骨料混凝土力學及抗凍性能研究[J].粉煤灰綜合利用，2021，35（1）：104-107，135.

[5] 田小風，李基恒，王新，等.路用再生骨料透水混凝土的力學性能優化研究[J].西部交通科技，2021（7）：7-10.

[6] 金永報.再生骨料透水混凝土面層的路用性能研究[D].信陽：信陽師范學院，2021.