不同強化工藝對再生混凝土骨料性能的影響綜述

0 引言

目前，對建筑垃圾最有效的處理流程為：破碎、磁選、篩分和清洗等，最終分類得到再生骨料。再生骨料按來源和破碎方式，主要分為再生混凝土骨料、再生磚骨料和再生混合骨料。因混合骨料中含有木塊、塑料等雜質，磚骨料吸水率極高，使得再生骨料中僅有再生混凝土骨料在建筑業中應用最廣，但對于強度要求較高的混凝土或承重構件來說，再生混凝土骨料的利用率仍然非常低1，其與天然骨料的主要區別源于表面的弱砂漿層和內部的損傷裂縫。為了實現再生混凝土骨料的高品質利用率，國內外學者展開了大量的研究與實踐，以縮小其與天然骨料的性能差異，但因來源不同，及本身存在個體差異，強化再生混凝土骨料的方法在實際工程應用中的可操作性很低，例如選擇強化工藝、設置作用時間、標準化強化流程等。目前文獻中關于強化工藝對再生混凝土骨料性能改善效果的綜述相對較少，且缺乏系統性統計，所以本文分析了無機材料填充、酸處理和碳化工藝對再生混凝土骨料性能提升的原理，探討了強化工藝對再生混凝土骨料性能的改善效果，提出了再生混凝土骨料分級利用的原因及建議。

1再生混凝土骨料基本性能

再生混凝土骨料與天然骨料的主要區別源于其表面的黏附砂漿層和內部損傷裂縫。一般來說，增加破碎次數，可減少表面砂漿層含量，從而提高再生混凝土骨料的表觀密度。但隨破碎次數的增加，降低了再生骨料的粒徑，使回收的再生料出現了顆粒級配不良、粉體增加的情況。研究統計[2-18天然骨料的壓碎指標、表觀密度和吸水率分別為 6%.2600～2700kg/m³ 和0. 5%～0.8% .而再生混凝土骨料的這些數值分別為 14%.2100～ 2580kg/m³ 和 12%～10% 。

2再生混凝土骨料的強化工藝

強化處理是再生混凝土骨料能夠獲得高價值利用的關鍵步驟，選擇適當的強化方法可提升物理力學性能，提升再生混凝土骨料的利用率。再生混凝土骨料性能的關鍵指標主要包括表觀密度、吸水率和壓碎指標，其中表觀密度和吸水率屬于物理指標，對新拌混凝土的工作性能有顯著影響，而壓碎指標是其能夠再次作為制備“較高強度”混凝土的重要參數，屬于力學指標。因此，降低壓碎指標是再生混凝土骨料高價值利用的關鍵。目前國內外有效的強化工藝主要有無機材料填充、酸處理和碳化等。

2.1無機材料填充工藝

無機材料填充屬于物理強化方法，主要通過憎水材料、黏結材料和改性黏合細粉，將再生混凝土骨料表面包裹，在其表層形成隔水層，從而達到降低吸水率的目的。但需要指出的是，直接通過試驗測試得到的結果并不是再生混凝土骨料的吸水率，而是表層無機填充材料的吸水率。目前的無機填充材料主要包括：硅灰漿、水泥漿、聚乙烯醇（PVA）等。

2.2酸處理工藝

酸處理工藝屬于去除再生混凝土骨料表面砂漿層的強化方法。具體做法為：將再生混凝土骨料浸泡在一定濃度的酸溶液中，通過控制溶液濃度、浸泡時間、反應溫度、干燥方式等參數，去除再生混凝土骨料表面的砂漿層，其原理在于砂漿層有部分 Ca（OH）₂ ，在酸溶液中易生成可溶鹽或 C-S-H， 從而達到降低吸水率和提高表觀密度的目的。

2.3碳化工藝

碳化工藝主要是通過控制 CO₂ 的濃度，調節碳化裝置中的溫度、濕度、作用時間等參數，使 CO₂ 快速與再生混凝土骨料表面砂漿層的未水化顆粒、 Ca（OH）₂ 或C-S- H反應，生成硅膠或碳酸鈣晶體，以填充骨料表層孔隙和內部裂縫，從而降低再生混凝土骨料的壓碎指標，是目前各種強化工藝中，能夠對再生混凝土骨料本質進

行改善的最有效的方法。

3強化后再生骨料混凝土的研究現狀

再生混凝土骨料表面黏附的砂漿層是再生骨料混凝土中的薄弱區域，是導致混凝土力學性能和耐久性方面劣化的主要原因。對其進行去除或強化處理，是縮小再生骨料與天然骨料性能差距的關鍵。目前國內外學者主要通過無機材料填充、酸處理和碳化等工藝對其進行強化處理，強化后，再生骨料混凝土的性能均得到不同程度的提升。具體來說，Katz等[19]用硅灰漿浸泡再生粗骨料，制備得到的再生粗骨料混凝土，其28d抗壓強度提升 15% ;Sasanipour等[20采用同樣的方式制備的再生粗骨料混凝土，其28d電阻率有所提升；Liang等[21]采用了納米二氧化硅溶液和水泥漿進行浸泡，28d抗壓強度從27.6MPa提升到 41.4MPa ；Tam等22]通過試驗發現鹽酸、硫酸、醋酸等酸性材料可去除再生粗骨料表面的黏附砂漿；Kazmi等[23]采用碳化和 3% 乙酸浸泡方式對再生粗骨料進行處理，制備得到的再生粗骨料混凝土在抗凍性和抗硫酸鹽侵蝕性均有所改善；Ismail等[24]用鹽酸去除再生粗骨料的黏附砂漿，再用水玻璃浸泡的方式對其進行強化，制備得到的C30再生粗骨料混凝土28d抗壓強度提高了11. 1% 。將文獻中的各改善效果匯總，如表1所列。

如表1所示列出了再生混凝土骨料經不同強化工藝后，吸水率、表觀密度和壓碎指標的變化趨勢?？傮w來說，吸水率和壓碎指標呈現下降趨勢，表觀密度則為上升趨勢。同時，不同的處理工藝都達到了強化再生混凝土骨料物理和力學性能的目的，但在改善效果上區別明顯，例如文獻[22]～[24]中，表觀密度提升范圍在6. 13% ～29. 4% ，而吸水率降低至 lt;5 38% ，說明酸處理工藝對表觀密度性能的提升明顯。文獻28中分別對粒徑為 0～ 5mm和5 ∴-20mm 的骨料進行碳化處理，表觀密度改善效果相同，但吸水率最大分別提升45. 3% 和33. 3% 。由表1可知，強化前的表觀密度分別為 2.570g/cm³ 和2. 388 g/cm³ ，說明碳化工藝更適合粒徑為 0～5mm 的再生混凝土粗骨料。文獻26中采用聚乙烯醇（PVA）分別對粒徑為 5～10mm 和 10～20mm 的骨料進行強化處理，發現吸水率分別降低69. 3% 和 74.0% ，說明無機材料填充工藝適宜降低吸水率?；谝陨蠑祿?，應進一步深入分析強化處理對不同粒徑再生混凝土骨料的改善效果，以確定最佳強化工藝與粒徑的關系。

4不同粒徑再生混凝土骨料改善效果對比

4.1無機材料填充工藝對不同粒徑再生混凝土骨料性能的改善

將表1所列文獻中數據繪制如圖2所示。由圖2可知，經無機材料包裹后， 5～10mm 和 10～20mm 的再生料表觀密度分別增加了 0.85% 和 2.07% ，吸水率分別降低了69. 3% 和 74.0% ，說明無機填充材料能有效降低吸水率，但對表觀密度改善較小。

4.2酸化工藝對不同粒徑再生混凝土骨料性能的改善

經酸化工藝處理后， 5～10mm 和 10～20mm 的再生混凝土骨料，吸水率平均降低 10% 以上，表觀密度分別提高 5.37% 和 3.00% ，說明酸處理能夠去掉黏附砂漿，降低骨料表面的砂漿含量，且吸水率測得值為再生混凝土骨料的實測值。研究顯示[33]：再生混凝土骨料的表觀密度與原生混凝土的水灰比和膠凝材料的摻量有關，說明骨料表面黏附砂漿的含量和品質是影響其吸水率和表觀密度的根本原因。此外，試驗[34-35]證實，再生混凝土骨料粒徑越小，其表面黏附的砂漿含量越高，這也是經酸處理后 5～10mn n粒徑骨料比 10～20mm 粒徑骨料的改善效果好的主要原因，從而得出酸處理工藝適宜粒徑為5～10mm的再生混凝土骨料的結論。

4.3碳化工藝對不同粒徑再生混凝土骨料性能的改善

按表1數據，繪制了碳化前后 0～5mm 和 15～20mm 的再生混凝土骨料的表觀密度與吸水率的關系圖（如圖3所示）。由圖3可知，再生混凝土粗骨料在強化前，表觀密度和吸水率分別在 2.55～2.60g/cm³ 和 6.9～ 13. 9% ，而強化后則變為2 .56～2.629/cm³ 和 5.5% ～9.9% 。其中，粒徑為 0～5 mm的再生混凝土細骨料強化前表觀密度和吸水率分別在 2.39～2.45g/cm³ 和10.4%～12.3% ，強化后變為 2.40～2.46g/cm³ 和8.2%～9.5% 。說明經碳化處理后，骨料的表觀密度變化不大，而吸水率明顯降低，主要集中在 5.5%～9.5% 4特別是對于表觀密度 ?2.429/cm³ 和 gt;2.57 9/cm³ 的再生骨料，吸水率降低約 3.5% ，結合文獻[32]，碳化后粒徑為 10～5mm 的再生骨料，壓碎值由 18% 降至 10% ，降低了44. 4% 。如圖2（b）所示，碳化工藝可改善再生混凝土骨料的內部孔隙結構[36-38]，從而得出碳化工藝適宜強化粒徑為 10～5mm 再生骨料的結論。

5再生混凝土骨料的多級利用建議

與天然骨料相比，再生混凝土骨料除表面附著砂漿外，其不同的粒徑具有顯著的性能差異。例如，粒徑為0～5mm 的再生混凝土骨料，經碳化工藝后具有良好的壓碎指標；粒徑為 10～20mm 的再生混凝土骨料，直接破碎就具有良好表觀密度和壓碎指標；粒徑為 5～10mm 的再生混凝土骨料，強化前后均未能改善其多孔的屬性。為更好地利用再生混凝土骨料不同粒徑的性能優勢，應以強化前或強化后的優勢性能作為其再利用的重要參數，按粒徑大小將其分為細粉骨料（粒徑 ?5mm 、細粒徑骨料（粒徑 5～10mm， ，粗粒徑骨料（粒徑 10～20mm 三個尺度，以提高再生混凝土骨料的高品質利用率。

5.1細粉骨料和細粒徑骨料

細粒徑骨料因含大量的黏結砂漿，具有吸水率偏高和表觀密度偏低的特性，使其無法大量地與天然骨料匹配適用，所以應利用其多孔隙的特征和細粉骨料碳化后的固化特性，將兩者按比例混合，壓制成型，制備成隔音板、隔熱板或小型砌塊等綠色建材預制品。

5.2粗粒徑骨料

粗粒徑骨料的壓碎指標和表觀密度與天然骨料差異較小，可直接作為制備再生混凝土的粗集料使用，但骨料表面黏附的砂漿含量是影響新拌混凝土工作性和硬化后混凝土力學性能和耐久性的主要因素。此外，破碎得到的粗粒徑骨料形狀系數不同，且來源廣泛，其表面黏附砂漿層的含量和品質差異化明顯，因此應選擇快速的測試方法，準確測量粗粒徑骨料的表面砂漿含量，按吸水率不同分類備用。在此基礎上，按天然骨料的形狀系數對再生混凝土骨料進行顆粒整形，以保證新拌再生混凝土的工作性和硬化后再生混凝土的力學性能，最終實現其高價值利用的目的。

6結語

本文綜述了強化工藝對再生混凝土骨料指標的改善效果，以及不同強化工藝與骨料粒徑的關系。選擇適當的強化處理方法對再生混凝土骨料的物理和力學性能的改善效果區別明顯，得出主要研究結果如下：

（1）無機材料填充工藝適用于粒徑 gt;5mm 的再生混凝土骨料，對吸水率指標改善明顯；碳化工藝適用于粒徑5mm的再生混凝土骨料，能有效改善其吸水率和壓碎指標，但對粒徑為 10～20mm 的再生混凝土骨料改善效果一般；酸處理工藝適用于粒徑5～10mm的再生混凝土骨料，對表觀密度、吸水率改善效果與其表面黏附的砂漿含量有關。

（2）按不同粒徑再生骨料強化前后的改善效果，將其分級利用，主要包括細粉骨料、細粒徑骨料和粗粒徑砂漿骨料三個尺度。其中，細粉骨料和細粒徑骨料碳化處理后具有固化特性，可直接制備成預制品；粗粒徑骨料具有與天然骨料接近的吸水率、表觀密度和壓碎值，可直接替換天然骨料制備再生粗骨料混凝土。

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