混凝土再生骨料强化试验研究

摘要：再生混凝土砖是利用废弃混凝土作为骨料制作的一种砖，作为再生混凝土砖砌体抗震性能研究的基础，文中进行了再生混凝土砖砌体的抗压性能试验。通过试验得到了再生混凝土的抗压强度、抗拉强度等力学性能指标，并分析了取代率、水灰比等因素对再生混凝土性能的影响。结果表明，再生混凝土的各项力学性能与普通混凝土相比，再生混凝土能够满足工程要求。

关键词:混凝土；再生骨料；强化

中图分类号：TV331文献标识码： A

引言

再生骨料混凝土是指利用废弃混凝土破碎加工而成的再生骨料，部分或全部的取代天然骨料制备而成的新混凝土。建筑业是我国的支柱产业之一，近年来得到突飞猛进的发展，建筑更新速度越来越快，但是随之产生的建筑废弃物也越来越多，因此，开展对建筑废弃物的回收再生利用研究工作，尤其是以建筑废料生产再生骨料制备再生混凝土的新技术，具有巨大的社会效益，环境效益和经济效益，其发展前景非常可观。近年来国内外再生混凝土技术的研究与开发得到很大的发展，欧洲、日本、美国等一些发达国家和地区的再生混凝土开发应用方面发展速度很快，取得一系列的成果并积极推广应用于实际工程中。但是，国内再生混凝土的应用还实验、谨慎使用的的初步阶段。本文对再生骨料混凝强化能进行了分析研究。

1强化再生骨料的机理

针对再生骨料的多孔隙结构特征,采用水泥外掺其它物质的化学浆液对再生骨料进行浸泡、干燥等处理,期望浆液能直接地填充再生骨料的孔隙或能将再生骨料的裂纹粘合,从而改善再生骨料的孔隙结构,使其致密坚硬,以提高再生骨料的强度,达到强化再生骨料的目的。试验采用4种不同性质的化学浆液分别对再生骨料进行强化试验:(1)纯水泥浆液。主要作用是与再生骨料中某些成分反应的生成物填充孔隙,或浆液将再生骨料本身的微细裂纹结合;(2)水泥外掺UEA膨胀剂浆液。将UEA溶人水中生成大量膨胀性结晶水化物,即钙矶石,能补偿水泥浆凝结硬化后的收缩,另外大量钙矾石的生成,能填充再生骨料的孔隙,提高其密实性;(3)水泥外掺无机铝盐复合防水剂浆液。无机铝盐复合防水剂掺人水泥浆液中,能与水泥水化后的生成物Ca(OH)2反应,生成氢氧化铝、氢氧化铁等胶凝物质,增加了浆液中胶体物质含量,同时与水泥中的水化铝酸钙作用生成具有一定膨胀性的硫铝酸钙晶体,减少浆液硬化后的收缩;(4)水泥外掺硅灰浆液。硅灰的颗粒极细,其主要成分为5102,硅灰的掺入,除能填充水泥颗粒间的空隙起到细化水泥石空隙外,还能与水泥水化生成的Ca(OH):发生反应,增强浆液的粘结能力。

2再生混凝土的基本性能

2.1拌合物的和易性与表观密度由于再生骨料吸水率大，骨料粗糙的粒形效应、棱角效应，导致用浆量多，从而降低混凝土坍落度，再生混凝土的流动性降低。由于再生骨料表面粗糙，砼拌合物在拌和与浇筑时的摩阻力加大，使混凝土拌合物的保水性与粘聚性增强。由于再生骨料表面砂浆附着量多，随着其增加掺量，再生混凝土表观密度和自重随之降低，有利于降低建筑物自重和提高构件

跨度。

2.2硬化后强度与弹性模量随着再生骨料用量增加再生混凝土的强度、弹性模量都降低，由于再生骨料的品质随机性较大，再生混凝土的强度变化随机性也大。再生混凝土一般比基体混凝土强度低15％～30％左右，随基体混凝土的强度、再生骨料品质、再生骨料替代率以及再生混凝土配合比的不同表现出强度

差异。

2.3抗渗性能因再生集料在破碎过程中产生的裂缝增加了再生混凝土的孔隙率，其抗渗性能低于配比相同的普通混凝土，孔隙率或密实度直接影响混凝土抗渗性能。掺加适量的矿渣、粉煤灰、硅粉等矿物掺合料及减水剂，引气剂等外加剂均可提高再生混凝土的抗渗性能。

2.4抗碳化性能再生混凝土的抗碳化性能也与抗渗性相关，而抗气体渗透性更为明显，随着再生骨料取代率的增加，再生混凝土的密实度降低，CO2扩散速度加快，碳化深度也就越大。

3再生混凝土的基本力学性能

与天然骨料相比，再生骨料的物理力学性能有很大的差别，因此，再生骨料混凝土的物理力学性能与普通混凝土的力学性能也有差别。国内外关于再生混凝土基本力学性能的试验研究做得比较多，得出来的结论大部分一致：各龄期的再生混凝土强度低于同配合比的普通混凝土。再生骨料的取代率对再生混凝土的抗压强度影响也很大，再生混凝土的抗压强度随再生骨料的取代率的增加而降低，试验发现当再生骨料的取代率从25%增加到100%时，再生混凝土的28d抗压强度较同配合比的普通混凝土降低15%～30%。适量掺量的粉煤灰可提高再生混凝土的抗压强度，王武祥[2]等研究表明粉煤灰在一定范围内可以提高再生混凝土的抗压强度，不同组成不同配合比再生混凝土存在各自适宜的粉煤灰掺量。水灰比对再生混凝土的强度影响很明显，随着水灰比的增加，再生混凝土的抗压强度降低。再生混凝土的抗拉强度较同配合比的普通混凝土低，Ravindrarajah和Tam发现再生混凝土的抗拉强度较同配合比的普通混凝土低10%。周辉等发现再生混凝土的劈裂抗拉强度随再生粗骨料取代率的增长而降低，且混凝土结构设计中规程中的劈裂抗拉强度关系式不适合再生混凝土。肖建庄等从再生骨料取代率分别为0、30%、50%、70%、100%时的再生混凝土棱柱体试块的抗折试验中得出与普通混凝土相比，再生混凝土的抗折强度低很多。

4试验原材料

4.1骨料

粗骨料:再生粗骨料采用中建七局周口混凝土搅拌站试压后的废弃混土块(强度等级为C30),经人工破碎、筛分制得,颗粒粒径在5-31.5之间,为连续级配,级配良好。细骨料:采用中砂,细度模数Mx=2.81,级配良好(级配范围属11区)。

4.2水泥和水

拌制混凝土的水泥为河南孟电集团水泥厂生产普通硅酸盐水泥,强度等级为42.5;混凝土拌和、养护水为周口市饮用水。

4.3强化再生骨料所用材料

(1)水泥:再生骨料强化所用水泥为河南孟电集团水泥厂生产普通硅酸盐水泥(等级为42.5);(2)硅灰:浅灰色极细粉末,掺量为10%;(3)膨胀剂:采用郑州固之源有限公司生产的UEA膨胀剂,外观呈浅黄色的粉状物质,掺量为12%;(4)无机铝盐复合防水剂,外观为黄褐色液态物质,掺量为5%。

5再生骨料的强化

5.1再生骨料的强化过程

先拌制好浆液,再将再生骨料倒人浆液中,然后搅拌浆液,使骨料均匀浸泡于浆液中。在再生骨料的强化过程中,应不停地搅拌浆液,以破坏浆液的过早凝结,让再生骨料能在浆液中浸泡足够的时间,待浆液大致初凝时才将再生骨料从浆液取出来,分摊于薄膜上,再在上面覆盖一层薄膜,防止水分的蒸发,放在试验室中静置一昼夜,然后将再生骨料放在标准养护室中养护28天,并自然风干后等待备用。

5.2强化后再生骨料的物理力学性能测试

各种强化浆液均按水灰比W/C=1.0的稠度来配制,测得各浆液强化的再生骨料的主要物理力学性能如表1所示。

表1

从表1可以看出,经4种化学浆液强化后的再生骨料含水率、吸水率均较大,一般大于未强化的再生骨料。这可能是由于经浆液强化后,在再生骨料的表面被裹上了一层水泥浆造成的。这说明再生骨料经浆液强化后其表面形状发生了不同程度的改变。经4种浆液强化的再生骨料的表观密度均较未强化的再生骨料有明显的增大,这说明浆液能在一定程度上填充再生骨料的孔隙,减少了再生骨料的孔隙率和孔隙中的含气量,从而使强化后的再生骨料的表观密度有所提高。另外,还可以看出,经4种化学浆液强化后的再生骨料的压碎指标都较未强化再生骨料有不同程度的降低,这说明经化学浆液强化后,再生骨料本身的强度都有一定程度的提高。

6再生骨料混凝土的抗压强度试验

6.1再生骨料混凝土的配制

采用不同条件强化的再生骨料混凝土、天然砂、普通硅酸盐水泥(4.25级)来配制C25强度等级的再生骨料混凝土,水灰比为0.58,砂率为34%。为了便于对比,试验还采用了未强化的再生骨料来配制再生骨料混凝土。在再生骨料混凝土的拌制过程中,发现按普通混凝土的配合比设计的理论用水量不能满足混凝土的坍落度的要求,为了保证混凝土具有良好的流动性,保证混凝土的坍落度的要求,同时又为了试验的对比性,在再生骨料混凝土的拌制过程中,保持水灰比不变的情况下多加人了5%的水泥浆。混凝土的配合比和拌和物的性能如表2所示。

表2

6.2混凝土立方体抗压强度测试

制作混凝土试件时,采用人工拌和。试件尺寸为150mm x 150mmx 150 mm,在标准条件下进行养护,试验设备为200吨的液压式压力试验机。从实验测得的试件标准养护28天的立方体抗压强度可以看出,用浆液强化的再生骨料配制的混凝土强度较用未强化的再生骨料配制的混凝土都有一定程度的提高,其中用水泥外掺无机铝盐复合防水剂浆液强化的再生骨料配制的混凝土强度提高的幅度最大,其强度达33.1MPa,提高17.4%,用水泥外掺硅灰浆液强化的再生骨料配制的混凝土强度提高次之,其它两种浆液强化的再生骨料配制的混凝土未取得明显成效。

7再生混凝土的开发前景

由于再生骨料来源复杂，其性能不稳定随机性大，根据废料的具体状况制定相应措施，可明显地提高经济和环境效益。

7.1综合利用建筑垃圾废料

随着我国可持续发展战略的确定，全民环保意识加强，综合回收利用建筑垃圾废料越来越重视。利用废弃混凝土块生产再生骨料部分代替天然骨料配制再生混凝土，减少开采砂石骨料对环境造成的破坏，合理利用建筑废弃物处理、废物利用的

问题。

（1）集中处理的缺陷影响再生骨料生产成本的重要因素是处理废弃混凝土的设备装置及工艺技术水平。国外最经济的处理措施如欧洲、日本等用集装箱型移动式的成套处理装置，初步处理后，再经过除杂物、分级及二次破碎后得到可利用的再生骨料。

（2）再生混凝土的应用将废弃的混凝土处理成再生骨料替代部分天然骨料，并掺入粉煤灰等工业矿渣和外加剂改善再生混凝土性能。

结论

经4种化学浆液强化处理后的再生骨料的含水率和吸水率均较未强化的再生骨料有明显的增大,表观密度有不同程度的增大,压碎指标有明显的降低。其中用硅灰水泥浆液和无机铝盐复合防水剂水泥浆液强化处理再生骨料对提高再生骨料本身的强度效果较好。

将再生骨料分别经过不同的化学浆液处理后,虽然再生骨料本身的强度都得到明显的提高,而将强化后的再生骨料来配制再生骨料混凝土时,除无机铝盐复合防水剂水泥浆液强化再生骨料混凝土得到较明显提高外,其余浆液强化的再生骨料混凝土的强度提高的效果不太明显。故如果要使再生骨料混凝土高强化,可以考虑采用无机铝盐复合防水剂浆液以强化再生骨料的途径来实现。

参考文献

[1]马彦飞，徐晓勇.再生混凝土抗压性能的试验研究[J].江苏建材.2010（1）：21-24

[2]王武祥，程清波。粉煤灰掺量对再生混凝土性能影响的研究[J].混凝土与水泥制品.2010（1）：4-8.

[3]孙跃东，肖建庄.再生混凝土骨料.混凝土，2012（6）：33-36.

[4]徐亦冬，周士琼，肖佳.再生混凝土骨料试验研究.建筑材料学报，2011，7（4）：447-450.