改性再生骨料混凝土的配合比及性能研究

柴天紅 石 齊 鄒小平

(江西省建筑材料工業科學研究設計院，江西 南昌 330001)

1 前言

盡管我國的建筑行業總體規模遠大于一些發達國家，但再生混凝土研究卻剛剛起步。再生骨料及再生混凝土技術的推廣與應用不僅可以解決廢棄混凝土處理困難及由此造成的生態環境日益惡化的問題，還可以改善城市人民的生活質量，減少自然資源的損耗［1］。目前，再生骨料混凝土新技術已成為世界各國共同關心的課題，已是國內外工程界和學術界關注的熱點和前沿問題之一。近年來，混凝土企業正由規模型逐漸向綠色環保型發展，將廢棄混凝土加工成再生骨料，用于生產再生混凝土不但可緩解天然骨料資源緊張的問題，而且可減少廢棄混凝土占地堆放造成的環境污染，同時對實現混凝土產業的可持續發展具有重要意義［2］。

2 原材料及試驗方法

2.1 原材料

水泥:江西省萬年青生產的P.O42.5 普通硅酸鹽水泥和貴州宇豐熔料有限公司生產的42.5 鋁酸鹽水泥;粉煤灰:二級粉煤灰，45μm 篩余18.6%，需水量比為100%，密度是2.52kg/m3;礦渣:新余鋼鐵廠冶煉生鐵時排放的粒化高爐礦渣，密度為2.86g/cm3，28d 活性指數97.1%，流動度比100%;骨料:再生粗骨料來自C30 強度以上廢棄混凝土，用破碎機破碎成最大粒徑不超過20mm 的骨料顆粒，天然粗骨料采用5 -20mm 粒徑連續級配的碎石，細骨料采用細度模數為2.8 的天然河沙;減水劑:聚羧酸高效減水劑，固含量10%，減水率20%。

2.2 試驗方法

(1)再生粗骨粒的改性強化。采用水膠比1.0的鋁酸鹽水泥凈漿浸泡再生粗骨料，其強化技術的原理是:①鋁酸鹽水泥水化產生的凝膠狀水化產物填充骨料表面附著砂漿的孔隙，修復再生骨料破碎因機械損傷產生的裂縫;②鋁酸鹽水泥早強快硬，使再生骨料表面得到增強，提高其密實度;③再生骨料強化后棱角減少，顆粒形貌相對圓潤，吸水率有所降低。改性強化后的再生粗骨料與天然粗骨料和再生粗骨料進行對比，三種粗骨料性能指標見表1。

表1 粗骨料顆粒的物理性能

(2)混凝土工作性和力學性能試驗方法。再生混凝土工作性按照《普通混凝土拌合物試驗方法標準》(GB/T 50080-2002)國家標準規定執行。再生混凝土力學性能按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T 50081-2002)國家標準規定執行。

3 試驗結果及分析

3.1 再生混凝土配合比設計

試驗設計強度等級C30、坍落度180 ±20mm 的再生混凝土，配制再生混凝土之前對再生粗骨料進行預濕工藝處理。混凝土配合比設計結果如表2 所示。

表2 C30 再生混凝土配合比設計結果

將再生粗骨料以一定比例替代天然粗骨料配制成再生混凝土，由于5 -10mm 粒級粗骨料與10 -31.5mm 粒級粗骨料以2:8 的比例搭配具有較低的空隙率，同時能夠達到GB/T 25177 -2010《混凝土用再生粗骨料》所要求的技術指標，因此上述基準混凝土(再生骨料摻量為0%)和各種再生混凝土中的粗骨料都是由質量比為2:8 的5 -10mm 粒級粗骨料和10 -31.5mm 粒級粗骨料搭配而成。

3.2 再生混凝土的工作性

試驗測試改性再生混凝土中再生粗骨料取代率為30%、40%、50%、70%和100%時對再生混凝土坍落度、粘聚性和保水性的影響規律，其測試結果見表3 和圖1。

表3 改性再生粗骨料取代率對再生混凝土工作性能的影響

圖1 改性再生粗骨料取代率對再生混凝土工作性的影響

從表3 和圖1 可以看出，經過改性后的再生粗骨料配制的混凝土工作性有一定的提升，混凝土拌合物的坍落度、粘聚性和保水性均滿足設計要求。混凝土坍落度隨著改性再生粗骨料取代率的增加而呈增大的趨勢，當改性再生粗骨料取代率在70%以上時，混凝土坍落度變化幅度較小。這主要是因為經過鋁酸鹽水泥改性后的再生粗骨料表面顆粒形貌變得相對圓潤了，并填補了骨料裂縫以及骨料與舊水泥漿界面的缺陷，改善了混凝土拌合物的工作性［3］。

3.3 再生混凝土的力學性能

表4 改性再生粗骨料取代率對再生混凝土抗壓強度的影響

圖2 改性再生粗骨料取代率對再生混凝土抗壓強度的影響

表4 和圖2 顯示的是經鋁酸鹽水泥改性后的再生粗骨料對混凝土抗壓強度的影響規律。從圖2 可以看出，改性再生粗骨料配制的混凝土抗壓強度有明顯提高。隨著改性再生粗骨料取代率的提高，混凝土的抗壓強度先增大后減小，改性再生粗骨料取代率在70%時，混凝土的3d、7d 和28d 抗壓強度增長幅度最大，分別為11%、15%和13%;而當改性再生粗骨料的取代率為100%時，混凝土各齡期的抗壓強度值均高于天然粗骨料配制的混凝土。

由于改性后再生粗骨料的表觀密度較未改性的再生粗骨料有明顯增大，吸水率和壓碎指標顯著下降，鋁酸鹽水泥水化產物在一定程度上填充了骨料的孔隙和破碎過程中的微裂縫，改性再生粗骨料的性能得到提升，強化了再生粗骨料與舊水泥砂漿直接的界面性能，使再生粗骨料的缺陷得到改善，提高了再生混凝土的強度。

3.4 再生混凝土的耐久性能

3.4.1 再生混凝土的碳化性能

表5 再生粗骨料對混凝土碳化性能的影響

圖3 改性再生粗骨料對混凝土碳化性能的影響

從表5 可以看出，改性再生粗骨料配制的混凝土碳化深度均較小，7d 碳化深度的降幅隨著其取代率的提高而增大，而28d 碳化深度隨著改性再生粗骨料取代率的提高而下降的幅度越來越顯著，且均低于天然粗骨料配制的原生混凝土的碳化深度。圖3 表明，經改性后的再生粗骨料取代率對混凝土的碳化深度的變化影響顯著;在改性再生粗骨料取代率高于40%的時，再生混凝土的早期碳化深度即低于基準混凝土的碳化深度，而不同取代率的再生混凝土的后期碳化深度在大幅下降，這也驗證了改性技術對再生粗骨料的增強作用［4］。

3.4.2 再生混凝土的收縮性能從表6 和圖4 可以看出，再生混凝土的收縮率隨著齡期的延長而增加，混凝土70%左右的收縮率主要集中在28 天之前，當齡期到60 天之后，混凝土的收縮率相對趨于穩定。當再生粗骨料取代率為40%，所配制的再生混凝土28 天收縮率最小，為224 ×10-6。總體觀察，改性再生粗骨料配制的混凝土28 天的收縮率在247 ×10-6～330.4 ×10-6之間，處在設計施工可以接受的范圍之內。

表6 再生粗骨料取代率對混凝土收縮性能的影響×10 -6

圖4 改性再生粗骨料對混凝土收縮性能的影響

4 結論

(1)再生混凝土制備過程中，改性再生粗骨料需要提前預濕，以避免再生粗骨料較高吸水率對混凝土造成的不利影響;改性后的再生粗骨料配制的混凝土工作性和力學性能跟基準混凝土相比基本不變。

(2)與基準混凝土相比，改性再生粗骨料配制的混凝土早期碳化深度略低于基準混凝土，而28 天碳化深度顯著減小，且碳化深度的降幅隨著改性再生粗骨料取代率的增大而增大;改性再生粗骨料的早期收縮率相對降低，60 天齡期后混凝土的收縮率趨于穩定。

［1］唐潔清.我國再生混凝土發展研究［J］.資源與人居環境，2010(16):56 -57.

［2］李秋義，全洪珠，秦原.再生混凝土性能與應用技術［M］.北京:中國建材工業出版社，2010.

［3］劉立，趙順增，曹淑萍，吳勇，賈福杰.高性能再生骨料混凝土力學性能的研究［J］.混凝土與水泥制品，2011(6):1 -4.

［4］葉禾.高品質再生骨料混凝土的力學性能和耐久性試驗研究［J］.四川建筑科學研究，2009，35(5):195 -199.