堿激發礦渣水泥再生骨料力學性能研究

楊繼昌

摘要：再生骨料作為一種回收再利用材料，與天然骨料對比存在力學性能上差異，為進一步增強骨料性能，通過用水玻璃做堿激發劑對礦渣水泥與再生骨料制備的再生骨料水穩料力學性能進行探究，分析堿激發作用下水穩料抗壓強度、劈裂強度、抗壓回彈模量作用機理。通過試驗發現可知，水泥摻量很大程度上決定混凝土強度，堿激發劑的加入有效提高了混凝土力學性能，其中對抗壓強度的影響提高最為顯著。

關鍵詞：再生骨料?堿激發?抗壓強度?劈裂強度

中圖分類號：TU528

Research?on?the?Mechanical?Properties?of?Recycled?Aggregates?from?Alkali-Activated?Slag?Cement

YANG?Jichang

The?Engineering?Co.，?Ltd.，?of?CTCE?Group，Changchun，?Jilin?Province，130000?China

Abstract：?The?recycled?aggregate?is?a?recycled?material，?and?compared?with?the?natural?aggregate，?it?has?differences?in?mechanical?properties.?In?order?to?further?enhance?the?performance?of?aggregates，?this?paper?uses?water?glass?as?an?alkali?activator?to?explore?the?mechanical?properties?of?the?recycled-aggregate?cement-stabilized?material?prepared?by?slag?cement?and?recycled?aggregates，?and?analyzes?the?mechanism?of?the?compressive?strength，?splitting?strength?and?compressive?rebound?modulus?of?cement-stabilized?materials?under?the?action?of?alkali?activation.?Through?experimental?results，?it?can?be?seen?that?the?cement?content?determines?the?strength?of?concrete?to?a?large?extent，?and?that?the?addition?of?alkali?activators?effectively?improves?the?mechanical?properties?of?concrete，?with?the?most?significant?effect?on?the?improvement?of?compressive?strength.

Key?Words：?Recycled?aggregate;?Alkali?activaation;?Compressive?strength;?Splitting?strength

我國道路改擴建工程中產生了大量的廢舊混凝土處理和工業廢棄物礦渣處理問題日益嚴峻，我國倡導綠色可持續發展，強調“以廢制廢，經濟與生態雙贏”的理念，綠色處理固體廢棄資源，促進廢棄物的資源最大化、高效合理化、經濟生態雙贏化，所以廢舊混凝土、工業礦渣二次回收再利用受到了廣泛關注，將其處理成再生骨料制備水穩料進行回收利用為其處理提供了新的解決思路。趙百超[1]、方小利等人[2]以不同摻量再生骨料制備水穩料，測定其性能發現，再生骨料的使用會降低水穩料的力學強度。候保星[3]?、陳禮婧[4]認為可使用再生骨料代替天然骨料。馮澤平等人[5]試驗闡述了再生骨料技術對再生骨料強度的影響，其各項指標均能滿足現行的無機結合料穩定基層規范。張健[6]研究了堿激發膠凝材料的應用；季旭嶸[7]挽救了再生骨料的實際應用。彭武磊[8]試驗研究發現礦粉中?CaO、SiO2?和?A12O3等活性組分較粉煤灰的含量高，在激發劑作用下礦粉表現出較強的潛在水硬活性，在水化前期比粉煤灰反應更充分、更劇烈，短時間內可以形成數量更多的水化產物以促進強度發展。張超[9]將再生骨料應用進實際生活中。為此，本文研究水玻璃作為激發劑，礦粉作為膠凝材料和再生骨料制備水穩料，研究其力學性能。

1?試驗材料

試驗采用高爐礦渣（GGBS）和P·O?42.5水泥，其組成參數如表1所示。

本研究采用的堿激發劑有NaOH和Na2SiO3溶液，NaOH溶液利用純度98%的固體NaOH粒配制，Na2SiO3溶液利用模數為1的固體Na2SiO3配制。

再生骨料通過破碎機破碎廢舊混凝土，進行集中破碎、分選、磁選、強化和篩分，處理成粒徑為0～4.75?mm、4.75～9.5?mm、9.5～19?mm、19～31.5?mm的4種再生骨料。

2?試驗方案

將水泥熟料、礦渣和石膏粉按照質量比?65∶30∶5進行預混制備礦渣水泥，NaOH、Na2SiO3以礦渣摻入量為標準，按照Na2O含量的4%摻入。實驗中再生骨料級配設計為：0～4.75?mm∶4.75～9.5?mm∶9.5～19?mm∶19～31.5?mm=27∶21∶29∶23

為滿足交通荷載對半剛性基層要求，對抗壓強度、劈裂強度和疲勞損傷力學性能指標進行評價。水泥摻入量4.0%、4.5%、5.0%，Na2SiO3溶液濃度4%，按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG?E51-2009）為指導進行試件制備和養護。

3?試驗結果分析

再生骨料力學性能如表2所示。

3.1堿激發對抗壓強度的影響分析

從圖1中可以看出，水泥摻量從4.0%提高到5.0%時，再生骨料水穩料抗壓強度隨水泥摻入量增大而增大，并且水穩料的抗壓強度是隨著齡期增長，水化反應進行更充分，產生更多膠凝材料，抗壓強度也是不斷增大的。在Na2SiO3摻入量為4.0%，水泥摻量4.5%時，Na2SiO3-RAC水穩料比RAC水穩料7d、28d的抗壓強度分別增加了15.38%、8.3%，水玻璃能激發礦渣促進C-S-H和N-A-S-H兩種膠凝材料產生，以此提高再生水穩料的早期強度，但后期隨著水化反應不斷進行，對抗壓強度提高效果相對減弱。

3.2堿激發對劈裂強度的影響分析

從圖2中可以看出，任意水泥產量下，堿激發劑的加入都對水穩料的劈裂強度起到了促進作用，水泥摻量從4.0%提高到5.0%時，再生骨料水穩料劈裂強度隨水泥摻入量增大而增大，并且在4.5%～5.0%階段劈裂強度增加明顯。在Na2SiO3摻入量為4.0%，水泥摻量4.5%時，Na2SiO3-RAC水穩料比RAC水穩料90d的劈裂強度分別增加了8.5%，劈裂強度不僅與再生骨料起主要的骨架作用有關，而且水穩料內部的黏聚力也對其強度有影響，堿激發劑能夠促進C-S-H和N-A-S-H兩種膠凝材料產生，水玻璃本身具有一定的膠凝作用，進而提高水穩料內部黏聚力，進一步提高水穩料的劈裂強度。

3.3堿激發對抗壓彈性模量的影響分析

從圖3中可以看堿激發劑的加入提高了再生骨料水穩料抗壓回彈模量，再生骨料水穩料抗壓回彈模量隨水泥摻入量增大而增大，并且在4.5%～5.0%階段抗壓回彈模量增加明顯。加入堿激發劑后，水化反應快速進行，試塊內部的集料與膠凝材料迅速黏結緊密，形成一個致密的整體，有效提高了其抵抗變形的能力，即提高了水穩料的抗壓回彈模量。

4?結語

通過水玻璃對再生骨料混凝土的抗壓強度、劈裂強度、抗壓回彈模量的影響，可得出水玻璃對再生骨料混凝土的力學性能有不同程度的提高。其中，對抗壓強度的影響提高最為顯著，所以在再生骨料混凝土中摻入適量的水玻璃進行堿激發，可以提高再生骨料的強度，有利于應用到道路基層中去。

參考文獻

[1]?趙百超.廢棄混凝土對水泥穩定土疲勞特性影響研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2020.

[2]?方小利，秦琪，吳建功，等.混凝土廢料制備再生骨料用于混凝土生產的試驗研究[J].混凝土世界，2021（8）：65-69.

[3]?候保星.不同類別再生粗骨料混凝土性能強化試驗研究[D].鄭州：鄭州大學，2019.

[4]?陳禮婧.建筑廢棄混凝土再生利用分析[J].江西建材，2021（12）：19-20.

[5]?馮澤平，李蕾蕾.?建筑垃圾再生骨料制備技術研究[J].中國建材科技，2022，?31?（5）：?93-96，92.

[6]?張?健.堿激發復合膠凝材料性能研究及應用[D].長沙：中南大學，2014.

[7]?季旭嶸.廢棄舊混凝土再生骨料關鍵技術和應用[D].蘇州：蘇州科技大學，2016.

[8]?彭武磊.堿激發再生混凝土力學與微觀性能研究及配合比設計[D].深圳：深圳大學，2016.

[9]?張超.廢棄混凝土路面板在道路改建中的再利用[J].交通運輸學報，2003，3（4）：5-9.