強(qiáng)化再生骨料混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)研究

劉偉生 郭 琛 徐靜靜

(山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院， 山東 青島 266590)

0 引言

再生骨料混凝土指將因重建而產(chǎn)生的廢棄混凝土碾壓破碎、洗凈、按大小分級后，按一定的比例代替天然骨料或全部代替天然骨料，再加上河砂、水泥、水混合攪拌而成的新混凝土。自改革開放國家大力搞建設(shè)以來，我國大多數(shù)城市都出現(xiàn)了大量的建筑垃圾。并且隨著我國建筑業(yè)、高速公路、軌道交通等如火如荼地進(jìn)行，估測我國以后產(chǎn)生的廢棄混凝土量將持續(xù)增長。然而目前對廢棄混凝土還沒有較好的處理辦法，絕大部分都是采用掩埋或者露天堆放。這種粗獷的處理方式不但占據(jù)了大量的土地，而且浪費(fèi)了大量的人力進(jìn)行運(yùn)輸，在運(yùn)輸過程中還會產(chǎn)生了大量塵土，對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。在國外，日本很早就建立了處理廢棄混凝土的加工廠生產(chǎn)再生骨料，研究了如何將廢棄混凝土再次循壞利用，試驗(yàn)出將再生骨料代替天然骨料的最佳比例。日本其重復(fù)使用率已達(dá)到百分之九十；韓國廢棄混凝土重復(fù)使用率就達(dá)到了百分之八十五，其循環(huán)使用率正在逐步上升，韓國通過對再生骨料的循環(huán)應(yīng)用，有效地保護(hù)了環(huán)境和國家資源。因此，在可持續(xù)發(fā)展這一國家戰(zhàn)略下，對于再生骨料混凝土的研究并盡快投入到工程中去對我國顯得更為重要。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥采用江蘇金峰水泥集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥；滲透結(jié)晶材料采用清華大學(xué)與東京大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的納米級滲透結(jié)晶型防水材料；水采用常州當(dāng)?shù)刈詠硭簧盀槠胀ê由埃惶烊还橇弦约霸偕橇稀?/p>

1.2 試驗(yàn)方法

本文所作試驗(yàn)為混凝土試塊抗?jié)B試驗(yàn)和吸水率試驗(yàn)。抗?jié)B試驗(yàn)首先將不同類型骨料按照相同的配合比制成混凝土混合物，倒入圓臺型模具內(nèi)，將裝滿混凝土的模具放在振動臺上，將混凝土內(nèi)的氣泡排出。停置24小時(shí)后用拆模器進(jìn)行拆模，用鋼絲刷將圓臺的兩面進(jìn)行打磨，除去試件上下底面的油漬和浮漿，以防結(jié)果產(chǎn)生誤差，接著將試塊編好號放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d。待28d后，取出混凝土試件晾干，在其圓臺側(cè)面涂刷中性密封膠。待密封好后，使用螺旋加壓器將圓臺試件緩緩壓入鋼模內(nèi)，然后固定在混凝土抗?jié)B儀上，扭緊螺帽，防止鋼模與滲透儀交接處出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，檢查無誤后開始進(jìn)行試驗(yàn)。每組試件以 6個(gè)，試驗(yàn)開始后，以0.1兆帕為遞增單位，每隔8小時(shí)遞增一次，觀察到圓臺頂部出現(xiàn)滲水現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)關(guān)閉相應(yīng)的控制閥。當(dāng)6塊試件之中的第3塊表面出現(xiàn)滲水時(shí)，當(dāng)停止試驗(yàn)記錄水壓。試驗(yàn)過程中，如發(fā)現(xiàn)滲水，立即停止試驗(yàn)，重新密封。待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)將鋼模內(nèi)的試件去除，并對鋼模進(jìn)行清理，并涂上防銹油等，以備下次使用。

混凝土立方體試塊吸水性試驗(yàn)采用單面浸泡的方式進(jìn)行測試。首先，分別使用天然骨料、再生骨料以及經(jīng)滲透結(jié)晶材料強(qiáng)化后的再生骨料以同樣的配合比配制混凝土拌合物，倒入邊長為100mm的立方體試件中成型，將立方體試件放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室里養(yǎng)護(hù)28d。養(yǎng)護(hù)完成后，將試件放置干燥箱中，在105℃的條件下烘至48小時(shí)后，取出試件。待冷卻后，稱其質(zhì)量，并做好記錄。待稱完質(zhì)量后，將試件放在水槽中，每個(gè)試件下面墊兩根玻璃棒，測量時(shí)用濕毛巾擦拭試塊表面。迅速稱出其質(zhì)量，并做好記錄，然后放回水槽中，直到做完所有測試。

1.3 混凝土配合比

在試驗(yàn)室中，混凝土的水灰比一般取0.6左右，本試驗(yàn)為了讓試驗(yàn)結(jié)果對比更為突出，故選取水灰比偏大一些，為0.89。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果與分析

考慮到在混凝土試件養(yǎng)護(hù)過程中，因收縮等原因產(chǎn)生的細(xì)微裂隙會對抗?jié)B的試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生巨大影響。因此試驗(yàn)過程中嚴(yán)格控制試驗(yàn)變量，防止產(chǎn)生試驗(yàn)誤差。為了避免混凝土離散性對試驗(yàn)結(jié)果造成影響，將每組試驗(yàn)分別重復(fù)做三次。天然骨料拌和的混凝土平均滲水壓強(qiáng)為0.77兆帕；再生骨料拌和的混凝土平均滲水壓強(qiáng)為0.4兆帕，滲透結(jié)晶材料強(qiáng)化后的天然骨料拌和的混凝土平均滲水壓強(qiáng)為0.67兆帕，天然骨料混凝土抗?jié)B壓強(qiáng)將近于再生混凝土抗?jié)B壓強(qiáng)的 2倍；經(jīng)滲透結(jié)晶材料處理過的再生骨料混凝土抗?jié)B等級明顯加強(qiáng)，幾乎接近于天然骨料混凝土，相較于沒有強(qiáng)化后的再生骨料混凝土提高了將近2倍。

混凝土的抗?jié)B強(qiáng)度與混凝土自身的孔隙數(shù)量、混凝土骨料與水泥基的界面粘結(jié)程度有密切關(guān)系。從抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，再生混凝土的抗?jié)B性能比較差，其主要原因由于廢棄混凝土在破碎過程中受到較大外力作用，在集料內(nèi)部會出現(xiàn)大量微細(xì)裂縫，使得再生集料的吸水率和吸水速率都遠(yuǎn)高于天然集料。這些孔隙和裂紋會形成毛細(xì)孔道，致使再生混凝土的抗?jié)B性變差。從抗?jié)B數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過滲透結(jié)晶材料強(qiáng)化后的再生混凝土其抗?jié)B性確實(shí)得到大幅度提升，并接近于天然骨料，造成這一現(xiàn)象的主要原因是再生骨料表面的砂漿以及骨料自身的裂隙被滲透結(jié)晶材料所包裹。溶液中的硅酸鹽與骨料發(fā)生反應(yīng)，將再生骨料中的裂縫及混凝土試件的大量孔隙填充，阻止了混凝土中毛細(xì)孔的形成，進(jìn)而提高了抗?jié)B強(qiáng)度。

使用滲透結(jié)晶材料溶液對再生骨料進(jìn)行強(qiáng)化以后，所配制混凝土與再生骨料未做處理之前相比，抗?jié)B性確實(shí)得到大幅度提高，由此驗(yàn)證了再生骨料投入到實(shí)際工程中的可行性。

2.2 吸水試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)以骨料的不同為影響因素，根據(jù)所測試的試驗(yàn)結(jié)果做出了天然骨料混凝土、再生骨料混凝土、滲透結(jié)晶材料強(qiáng)化后的再生骨料混凝土不同時(shí)刻的吸水量。天然骨料混凝土48小時(shí)的吸水量51g、再生骨料混凝土48小時(shí)的吸水量為87g，經(jīng)滲透結(jié)晶材料強(qiáng)化的混凝土48小時(shí)吸水量為53g。混凝土是一種非勻質(zhì)的多孔材料，當(dāng)混凝土表面遇水時(shí)，水會通過毛細(xì)孔的吸附作用進(jìn)入混凝土內(nèi)部，在毛細(xì)吸收的初始時(shí)間段，如不考慮其他因素的影響，混凝土的吸水量與時(shí)間的開平方間呈線性關(guān)系。從混凝土48小時(shí)吸水量得出，經(jīng)滲透結(jié)晶材料強(qiáng)化后的再生骨料混凝土其吸水性能幾乎接近于天然骨料混凝土，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于未經(jīng)處理再生骨料混凝土的吸水性，尤其在水透過混凝土表面后，再生骨料混凝土的吸水速率顯著高于經(jīng)強(qiáng)化后的混凝土和天然混凝土。由于滲透結(jié)晶材料可與混凝土中鈣離子絡(luò)合生成結(jié)晶體，修補(bǔ)由于混凝土收縮產(chǎn)生的裂縫，其化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)了水化硅酸鈣形成，在縫隙中沉積，阻止了混凝土中毛細(xì)孔的形成。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過對天然混凝土和不同類型再生混凝土試件進(jìn)行抗?jié)B性以及吸水性實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過對比研究，得出以下結(jié)論：經(jīng)過滲透結(jié)晶材料強(qiáng)化后的再生骨料，減少了再生骨料的裂隙，改善了再生骨料與水泥基界面區(qū)粘結(jié)程度，混凝土的抗?jié)B性明顯提高；經(jīng)過滲透結(jié)晶材料處理后的再生骨料，混凝土的吸水性相較于未經(jīng)處理的再生骨料混凝土明顯降低，幾乎接近天然骨料混凝土，主要原因是再生骨料與滲透結(jié)晶材料反應(yīng)生成不溶于水的硅酸鹽結(jié)晶體，堵住了混凝土中的孔隙，提高了再生混凝土的致密性；經(jīng)過滲透結(jié)晶材料強(qiáng)化后，再生混凝土的耐久性明顯提高，在一定程度上可以代替天然混凝土。

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[3]杜文.再生骨料混凝土力學(xué)性能與鹽凍耐久性研究[D]，武漢：華中科技大學(xué)，2013.

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