聚羧酸減水劑應用于建筑廢棄物混凝土中的研究

牛引生

（山西科騰環保新材料股份有限公司，山西 太原 030006）

1 研究背景

根據國內相關統計數據，中國每年產生約21 億t建筑廢棄物，其中大部分是混凝土和砂漿，約占廢棄物總量的40%，如何有效地循環使用廢棄的混凝土生產再生混凝土骨料，替代天然骨料，并開發與之相匹配的外加劑已經成為一個迫切需要解決的問題。

與天然骨料相比，再生混凝土骨料最主要的特性為高吸水率、高破碎性、高泥粉含量和高孔隙率。

與天然骨料混凝土相比，再生粗骨料的混凝土具有如下特點：經時損失大、吸水率增加、收縮增加和抗壓強度降低。

2 研究意義

本研究的目的是開發特殊的與再生骨料相匹配的混凝土外加劑并生產合格的再生骨料混凝土，促進城市建筑廢棄物的回收利用，保護環境。

本研究充分利用功能高分子間的1+1＞2 的協同作用，將一系列功能性聚羧酸減水劑進行科學合理地復配，制備適用于再生骨料混凝土特點和技術要求的專用外加劑。

3 試驗

3.1 材料

水泥：所有試驗用水泥為華潤水泥PⅡ42.5R。

細骨料/砂：河砂，細度模數2.6。

粗骨料：天然碎石，最大粒徑30 mm；再生粗骨料由靈壽縣富鑫礦產品有限公司提供，最大粒徑30 mm，其性能如表1 所示。

表1 粗骨料性能

3.2 外加劑

外加劑一種是普通保坍型聚羧酸減水劑（FPCE），另一種是專用多功能聚羧酸減水劑（SPCE），由以下功能型聚羧酸減水劑以適當比例復配的混合型減水劑。

PCE1：降粘型和低引氣型（科騰環保合成）。

PCE2：保坍抗縮型（科騰環保合成）。

PCE3：抗泥減水型（科騰環保合成）。

4 檢測項目

4.1 混凝土試驗

為研究再生骨料對新拌混凝土性能的影響，采用4種不同摻量配制的混凝土拌合物，具體如下。

I：參照混凝土，100%天然粗骨料。

II：75%天然粗骨料，25%再生粗骨料。

III：50%天然粗骨料，50%再生粗骨料。

IV：100%再生粗骨料。

由于再生砂具有較強的吸水性，會產生收縮效應，故所有試驗都不使用再生砂。

用再生骨料代替天然粗骨料（質量比），通過調節拌合水用量、外加劑摻量及膠凝材料用量，使配制得到的所有混凝土拌合物具有相同的初始坍落度和和易性，再生骨料混凝土拌合物配合比如表2 所示。

表2 再生骨料混凝土拌合物配合比

4.2 新拌混凝土試驗

新拌混凝土試驗按國標GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》[1]測定，所有的混凝土拌合物具有相同的坍落度值（190～240 mm），在拌合物出機后5 min 測量，并以60 min 為間隔檢測經時坍落度值。

4.3 混凝土收縮性能檢測

混凝土收縮性試驗按照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》[2]，采用接觸法檢測。

4.4 混凝土的抗壓強度

試件是長寬高為100 mm 立方體，在標準養護室分別養護3 d、7 d 和28 d 后，測試抗壓強度。

5 試驗結果與討論

5.1 再生粗骨料的吸水性

為研究再生骨料對混凝土拌合物性能的影響，制備了4 組摻有不同比例再生骨料的混凝土，除了粗骨料的質量，其他組分的質量都相同，混凝土拌合物配合比及坍落度分別如表3、表4 所示。

表3 混凝土拌合物配合比（C35）

表4 混凝土拌合物的坍落度

表4 所示數據表明：與對照組混凝土相比，由于再生骨料的高吸水性，為獲得相同的坍落度，再生骨料混凝土需要更多的拌合水，而在使用相同拌合水的情況下，再生骨料取代率越高，所制備混凝土的坍落度越低。

5.2 新拌混凝土的性能

表2 中所示4 組混凝土拌合物的坍落度/擴展度經時變化如表5 所示，性能如表6 所示。從表5 可以看到，對于摻加再生骨料的混凝土拌合物來說，使用本研究的特殊專用聚羧酸減水劑，通過調節拌合水、外加劑以及膠凝材料用量，完全可以制備出具有良好工作性能的再生混凝土，即使再生粗骨料的取代率高達100%，也完全沒有問題。

表5 混凝土拌合物的坍落度/擴展度經時變化（單位：mm）

表6 混凝土拌合物的性能

表6 所示數據表明：所有混凝土拌合物的容重都滿足混凝土的實際需要，隨著再生骨料取代率的增加，容重雖有輕微的降低，但不明顯，所有混凝土拌合物的堆積密度都符合混凝土的實際需求。

5.3 硬化混凝土性能

表2 中混凝土的抗壓強度檢測結果如表7 所示。

表7 混凝土拌合物的抗壓強度檢測結果

表7 所示數據表明：相對于天然骨料混凝土（拌合物I），摻加再生骨料的混凝土，隨著再生骨料取代率的增加，抗壓強度表現為些許的下降，但能夠滿足設計需要。

5.4 收縮性能

表2 中混凝土收縮性能檢測結果如表8 所示。

表8 混凝土拌合物收縮性能檢測結果

表8 所示數據表明：摻加再生骨料對混凝土的收縮性能沒有明顯的負面影響，而當再生骨料的取代率為50%時，再生骨料混凝上的收縮較對照混凝土有輕微的下降，但可以滿足使用要求。

5.5 外加劑SPCE 和FPCE 的對比

為研究本研究聚羧酸減水劑的功能型特性，檢測了再生骨料摻加量為50%，摻加市售普通保坍型聚羧酸減水劑FPCE 及本研究的專用聚羧酸減水劑SPCE的混凝拌合物，配合比與表3 中拌合物II 相同，并通過調節拌合水用量及外加劑摻量，使其具有相近的坍落度和擴展度，檢測結果如表9 所示。

表9 混凝土拌合物坍落度/擴展度的檢測結果

表9 所示數據表明：對于普通的保坍型聚羧酸減水劑（FPCE），再生混凝土的坍落度經時損失大，這勢必導致應用困難，而對于摻加本研究專用聚羧酸減水劑（SPCE）的再生混凝土來說，混凝土顯示了優良的和易性和坍落度經時保持性，滿足混凝結構的應用需求。

6 結論

根據本研究所示研究及檢測結果，可以得到如下結論：①通過科學合理地復配功能化聚羧酸減水劑，可以獲得再生骨料混凝土專用減水劑，該減水劑適用于配制摻加低質量再生骨料的再生混凝土，且混凝土滿足一切施工及應用需求。②本研究的試驗結果表明，摻加本研究專用外加劑制備C35 標號的再生骨料混凝土是可行的；對于C35 混凝土，再生骨料RA 的取代率可以高達100%。③由于再生骨料含有大量的泥粉顆粒，導致再生骨料混凝土具有較大的收縮性能，使用本研究專用聚羧酸減水劑制備的再生骨料混凝土顯示出優良的和易性和坍落度經時保持性，可以滿足混凝結構的應用需求。