表面處理再生粗骨料對高強混凝土性能的影響

梅飛，張雙艷，陳鵬

（武漢源錦商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

近年來，我國建筑業得到突飛猛進的發展，但隨之也產生大量的建筑垃圾。據統計，我國每年總的建筑施工廢棄物和建筑拆除廢棄物之和至少達 2 億噸[1]，其中廢棄混凝土約占 30%～40%[2]，而混凝土中砂石占比約 80%，廢棄混凝土不僅占用大量天然骨料（Natural Aggregate，簡稱 NA ）資源，而且大部分處理方式都為焚燒、掩埋，不僅占用大量土地，還對環境造成了相當嚴重的污染。若對建筑垃圾進行合理利用，不僅可以緩解處理工程垃圾帶來的壓力，還可以節約天然資源。若作為再生資源將其重新回收利用，可以明顯增強環境、經濟、社會效益，是可持續發展的優良選擇[3]。

然而，由于未經處理的再生骨料引氣表面附著的砂漿，導致再生骨料性能通常劣于天然骨料[4]，對廢棄混凝土的回收利用方法停留在初級使用階段，即破碎成再生骨料（Recycled Aggregate，簡稱 RA）用來配制少量中低強度的混凝土及水穩層，用于道路基層、墊層、便道及附屬設施[5]，應用范圍較小，無法消納目前不斷產生的廢棄混凝土。有研究結論顯示[6-7]，通過對再生骨料顆粒物理整形、化學浸漬均能有效提升再生骨料品質。本研究將顆粒整形與化學浸漬相結合，通過簡單整形后，利用膠凝材料漿體浸漬處理后分別配制混凝土，考察其對再生骨料混凝土抗壓強度的影響。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

膠凝材料：亞東洋房牌 P·O42.5 級水泥，其主要物理性能指標見表 1；武新 S95 級礦粉，28d 活性指數 104%；陽邏電廠Ⅰ級粉煤灰，細度 10.1%，燒失量2.1%，需水量比 94%。

砂：岳陽河砂，中砂，細度模數 2.6，含泥量1.1%，泥塊含量 0.2%。

減水劑：武漢源錦建材科技有限公司 UJION-PC 型聚羧酸高性能減水劑。

粗骨料：天然粗骨料（陽新青碎石，5～25mm 連續級配，含泥量 0.6%）；再生粗骨料（廢棄混凝土塊經簡單破碎加工篩分而成粒徑范圍在 5～25mm 的顆粒）。

表1 水泥物理力學性能

按照 GB/T 14685—2011《建設用卵石、碎石》和GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》中試驗方法，檢測再生骨料的表觀密度、壓碎指標和吸水率。如表 2 所示，再生粗骨料與天然粗骨料相比，具有密度小、吸水率高、壓碎指標大等特點[8]。

1.2 試驗方法

1.2.1 再生粗骨料處理方法

RA0：簡單破碎的再生骨料顆粒，直接篩分成粒徑在 5～25mm 的顆粒，級配不良。

RA1：部分 RA0 顆粒經過整形處理，篩分成 5～25mm 連續級配，針片狀顆粒明顯減少。

RA2：用摻 50% 的礦粉的水泥漿液對部分 RA0 顆粒進行浸漬處理，晾干后使用。

RA3：結合上述兩種增強處理方式，對部分 RA0顆粒先整形后浸漬，晾干后使用。

1.2.2 試驗方案

采用 C60 混凝土的配合比，試驗配合比見表 3。其中水膠比均為 0.28，四種骨料 RA0、RA1、RA2、RA3充分潤濕后，以質量比 50% 比例替代天然骨料。

依據 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》規定的方法，測試混凝土拌合物的坍落度、擴展度和倒坍時間。依據 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》規定的方法，標準養護條件下，測試混凝土 7d、28d 的抗壓強度。

表3 試驗配合比 kg/m3

2 結果與討論

2.1 再生骨料處理后性能指標

再生骨料經過整形、浸漬處理后各種性能指標變化如表 4。從表 4 中數據可以看出，經過整形、浸漬處理后再生粗骨料的表觀密度有所增大，吸水率、壓碎指標有所降低。表面整形是通過清除再生骨料面層棱角、粗糙砂漿，減少骨料孔隙。浸漬處理是通過水泥、礦粉、硅灰等活性超細粉料的漿體滲入粗骨料裂縫和孔隙中，發生水化反應，填充縫隙，使再生骨料砂漿層結構更密實，從而提升其性能。

表4 再生骨料處理后性能指標變化

2.2 再生高強混凝土的工作性

工作性良好是混凝土成型質量好的前提，本文主要測試混凝土的坍落度、擴展度和倒坍時間。混凝土出機后的工作性試驗結果如表 5 所示。

表5 再生高強混凝土的工作性試驗結果

從表 5 中可以看出，使用天然骨料混凝土，其初始工作性是最好的，這與它的粒形、級配較好有關。RA0只是簡單破碎篩分，針片狀較多，且級配不良，所以RA0 混凝土的坍落度、擴展度和倒坍時間相對最差。隨著對再生骨料表面處理措施的增加，再生骨料的粒形變好，并篩分成連續級配，再生混凝土的工作性逐漸提升；表面處理的措施越多，工作性改善的越好。總體而言，再生骨料高強混凝土的工作性略差于天然骨料高強混凝土。

由于再生骨料通過提前預先濕潤處理，90min 后混凝土工作性損失并不大，可以滿足現場施工要求。未經表面處理的 RA0 的工作性損失最大，這可能與其粒形較差、內部空隙較多，部分漿體進入到這些空隙里，導致用來流動的漿體量減少有關。隨著表面整形措施實施，再生骨料表面空隙減少，對漿體的吸附量也減少，所以再生混凝土的損失也逐漸減小。

2.3 再生混凝土抗壓強度

再生混凝土抗壓強度試驗結果如表 6 所示。

表6 再生混凝土抗壓強度試驗結果

從表 6 可以看出，通過表面整形和浸漬處理的再生骨料混凝土（RA3）的 28d 的抗壓強度滿足 C60 抗壓強度的要求。再生骨料對 C60 混凝土抗壓強度都有負面影響，但膠凝材料漿體浸漬處理方法比表面整形處理方法影響程度小，表面整形和漿體浸漬相結合處理后強度影響最小。隨著養護齡期的增長，再生骨料混凝土對于天然骨料混凝土的抗壓強度比均有所下降，未經處理的RA0、表面整形處理的 RA1、漿體浸漬的 RA2 對抗壓強度的影響越發明顯，而兩種處理方式結合的 RA3 隨著臨期增長強度影響小得多，進一步優化處理工藝后基本能夠滿足混凝土在實際工程應用中強度增長的需求。

3 結論

（1）經過顆粒整形、化學浸漬兩種方法結合處理后再生粗骨料性能有所提升，其表觀密度有所增大，吸水率、壓碎指標有所降低。

（2）再生骨料使用前預先濕潤處理后，90min 混凝土工作性損失不大，可以滿足現場施工要求。隨著對再生骨料表面處理措施的增加，再生骨料的粒形變好，并篩分成連續級配，再生混凝土的工作性逐漸提升；表面處理的措施越多，工作性改善得越好。

（3）經過顆粒整形、化學浸漬兩種方法結合處理后再生粗骨料應用于高強混凝土，基本能夠滿足混凝土在實際工程應用中強度增長的需求。這是因為兩種方式都是通過減少骨料表面空隙，增加自身密實度，改善骨料粒形和級配，從而提高再生骨料的品質，提升混凝土抗壓強度。

（4）根據再生混凝土應用需求不同，制定相應再生骨料品質提升處理方法，以免造成資源浪費，最大程度消納廢棄混凝土，減輕混凝土的碳足跡，實現混凝土工業綠色可持續發展。

[1] 李清海，孫蓓．國內外建筑垃圾再生利用的研究動態及發展趨勢[J]．中國建材科技，2009 (04): 119-122．

[2] Simos B, Vyncke J. Les déchets de constructions et de démolition. Magazine De Centre Scientifique Et Technique De La Construction, 1993 (3):32-41.

[3] 馬剛平，梁勇，王榮，等．建筑垃圾資源化處理設計方法研究[J]．建筑垃圾資源化，2014(1):23-28．

[4] 陳欣．預處理方法對再生混凝土收縮性能的影響[J].建筑材料學報，2016,19(5):909-914．

[5] 葛婷．再生骨料混凝土應用現狀及發展趨勢綜述[J].廣東建材，2017 (3):15-18．

[6] 郭遠新，李秋義，等．再生粗骨料品質提升技術研究[J]．混凝土，2015(6): 134-138．

[7] 郭遠新，李秋義，孔哲，等．再生粗骨料強化處理工藝對再生混凝土性能的影響[J]．混凝土與水泥制品，2015(6): 11-17．

[8] 李瀅，代大虎，龔志起．再生骨料浸漬處理對再生混凝土抗碳化性能影響[J]．混凝土，2017(2): 84-86．