改善再生混凝土工作性能的方法研究

黃迎春(同濟大學材料科學與工程學院，上海 201804)

與天然集料相比，再生集料的性能發生了很大變化，如再生集料表面部分或全部包裹著水泥砂漿、棱角多、表面粗糙、內部存在許多微細裂縫、空隙率高等。這些變化導致其吸水率高、壓碎指標大，對再生混凝土性能影響很大，直接影響到再生混凝土拌合物的工作性能、力學性能和耐久性能，導致再生混凝土工程應用過程中坍落度損失過大，強度偏低。摻入引氣劑可以引入大量均勻、穩定、封閉的微小氣泡，提高混凝土的和易性，同時能夠有效改善混凝土的孔結構，是目前普遍用來提高混凝土綜合性能的技術措施之一[1-4]。本文對比選用了3種不同的引氣劑，研究了其種類與摻量，再生粗集料摻量對 C30混凝土工作性能的影響。

1 試驗概況

1.1 原材料

水泥為 P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥；粉煤灰為 II 級 C 類粉煤灰；礦渣粉為 S 95 礦渣粉；細集料為中砂，細度模數2.8；拌和水為自來水；天然粗集料為天然碎石，最大粒徑25 mm，連續級配；再生粗集料粒徑為 5～2 mm，集料基本性能見表1。所選引氣劑為：① AE-1 復合類，文中編號為AE-1；② 十二烷基苯磺酸鹽，文中編號為 AE-2; ③十二烷基硫酸鹽，文中編號 AE-3。

表1 粗集料的基本性能指標

1.2 試驗方法

為研究再生混凝土工作性隨時間的變化，將空白組KB-0 初始坍落度控制在(180±10)mm。對每個試驗組分別測其初始 (0)、30 min 和 60 min 時的坍落度變化情況，測量方法參照 GB/T 50080 — 2002 《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》；同時測量每組新拌混凝土的初始含氣量。

2 試驗結果及分析

2.1 不同引氣劑對于再生混凝土含氣量的影響

由圖1可知，引氣劑的摻入使得再生混凝土中的含氣量增加，其中 AE-3 的引氣效果最為明顯。保持各種引氣劑摻量為 0.03% 不變，隨著混凝土中再生粗集料取代率的增大，引氣劑的引氣能力總體上呈下降趨勢，含氣量在取代率為 100% 時下降尤為明顯。其中 AE-1 初始含氣量受粗集料取代率影響最大，從 2.6% （再生粗集料取代率 70% ）驟降至 1.8% （再生粗集料取代率 100% ）。這是因為再生集料表面部分或全部包裹著水泥砂漿、棱角多、表面粗糙，將引氣劑吸附到孔隙中，使得砂漿有效發揮引氣效果的引氣劑成分減少，造成引氣劑在再生混凝土中的引氣能力減小。

圖1 引氣劑種類對于再生混凝土含氣量的影響（引氣劑摻量為 0.03‰）

2.2 引氣劑種類及摻量對于再生混凝土坍落度的影響

由圖2可知，在3種引氣劑中，AE-1對于混凝土的初始坍落度無明顯影響，但保坍性能優于 AE-2和 AE- 3，而且隨著摻量的增大坍落度損失越小； AE-2和 AE-3可明顯提高混凝土初始坍落度，但保坍性能不佳，在不同的摻量下其1h 坍落度值都與不摻引氣劑的空白對照組十分接近。通過試驗中觀察新拌混凝土可發現，摻入 AE-2和 AE-3的混凝土氣泡粒徑較大，可觀察到氣泡破裂的情況，而摻入 AE-1 的混凝土中氣泡細密，穩定性好，因而 AE-1具有更佳的保坍性能。

圖2 摻入不同引氣劑對各組再生混凝土坍落度經時變化的影響

由圖3可知，摻 AE-1的試驗組隨著摻量的增大，坍落度損失顯著降低。AE-1 摻量為 0.03% 時，每小時坍落度損失平均減小 25 mm (1h 損失 85 mm )；摻量為 0.06% 時，每小時坍落度損失平均減小 60 mm (1 h 損失 50 mm)，摻量為 0.12% 時，坍落度損失平均減小 75 mm/h(1h 損失 35 mm)。引氣劑的摻入提高了混凝土中的含氣量，引入的微細泡沫如微細集料一樣，對細集料有補償作用，可以使混凝土水泥漿量增多，同時球形氣泡在混凝土拌合物中起到滾珠作用，提高混凝土的流動性，進而提高混凝土的工作性能。這些微小氣泡結合支撐著水泥顆粒，填塞了水泥顆粒間的空隙，從而阻斷或減少了水泥和集料顆粒周圍的多余水，減少混凝土的泌水、沉降和離析[5]。

圖3 不同摻量下各組再生混凝土 60 min 坍落度損失值

2.3 再生粗集料取代率對于再生混凝土坍落度的影響

由圖4(a)、(b)可知，摻入引氣劑有助于改善再生混凝土的保坍性能，但隨著再生粗集料取代率的增加，再生混凝土 30 min 坍落度損失隨之增大。由圖4(a)可知，當引氣劑AE-1和 AE-2摻量為 0.03% 時，再生混凝土的 30 min 坍落度損失值隨著再生粗集料取代率的增加而增大，摻入 AE-3時，混凝土 30 min 坍損值受再生粗集料取代率的影響較小，基本保持一致。由圖4(b)可知，針對 60 min 坍落度損失值，隨著再生粗集料取代率的增加，再生混凝土 60 min坍落度損失隨之增大。相對于空白基準組和其他引氣劑，AE-1的保坍能力最強，不同再生粗集料取代率下坍落度損失值均小于空白基準組，當再生再生粗集料取代率為 100%時，其坍落度損失值為 90 mm， 遠小于基準組 110 mm。

圖4 引氣劑摻量為 0.03% 時不同取代率下混凝土坍落度損失

隨再生粗集料取代率增大，摻入引氣劑的再生混凝土中有效引氣量減小，滾珠效應減小；其次再生粗集料的吸水率比天然集料大，同等條件下再生粗集料比天然集料從混凝土中吸附更多自由水，使混凝土和易性變差，坍落度減小，從而造成坍落度損失增大。

3 結 語

(1) 對于3種引氣劑在混凝土中的引氣能力， AE-3的引氣能力最佳，AE- 1、AE-2的引氣能力相近。隨再生粗集料取代率的增大，引氣劑的引氣能力下降。

(2)AE-2和 AE-3可增大再生混凝土的初始坍落度，但兩者在混凝土中形成的氣泡不穩定，保坍性能不佳；而AE-1 在適宜的摻量下，可在再生混凝土中形成細密封閉穩定的氣泡，雖然對混凝土初始坍落度無明顯影響，但使混凝土具有較好的保坍性能。

(3) 隨著混凝土中再生粗集料取代率的增大，再生混凝土的坍落度損失隨之增大，且早期坍落度損失增大更為明顯。

(4) 綜合考慮引氣劑和再生粗集料取代率對于混凝土初始坍落度及保坍能力的影響，以及建筑廢棄混凝土的資源化綜合利用量，當選取 AE- 1（摻量為 0.03%～ 0.06%），再生粗集料取代率為 100% 時，配置出的再生混凝土綜合性能及經濟社會效益最佳。