基于硫酸處理廢棄混凝土骨料摻量不同對再生抗滲混凝土性能研究

王正一 吳真鐘 劉浩薔 蘇子章 冉光花

（西北民族大學土木工程學院 甘肅蘭州 730000）

前言

隨著我國城鎮化進程的不斷加快，新建筑物的修建，城鎮區域地擴張，舊建筑物的拆除和改建都伴隨著大量新制混凝土的產生和廢棄混凝土的處理，因此，建筑垃圾的回收利用勢在必行。

我國是一個人口數量龐大，資源匱乏的國家，實現資源回收處理再利用是實現可持續發展的主要途徑，而我國基礎設施和住房設施眾多，更新速率快，建筑垃圾產生相對較快，而廢棄混凝土是建筑垃圾的主要組成成分，回收利用廢棄混凝土是處理建筑垃圾的首要選擇。目前我國建筑垃圾的資源利用還未得到普及，相較于其他歐美等發達國家有著很大的差距，我國建筑垃圾處理方式多采用物理方法，即回填利用、暫存堆場和垃圾填埋等方式。

該研究主要針對這一問題進行廢棄混凝土的回收利用并再生，提出一種相對可行的處理辦法。將廢棄混凝土塊板先后進行人工破碎、機器破碎，篩留粒徑在10～25mm的廢棄混凝土骨料顆粒，將粒徑合適的廢棄混凝土骨料顆粒用濃度為1.5mol/L的濃硫酸進行為期3d的完全浸泡。處理后的不同組的廢棄混凝土骨料等質量替代原材料中的粗骨料進行新的C30混凝土制備。研究其抗壓強度、抗折強度、抗滲性和微觀結構等。

1 實驗

1.1 原材料

強度為42.5MPa的普通硅酸鹽水泥，粒徑在10～25mm的廢棄混凝土骨料，普通河砂，抗滲劑，水，濃度為1.5mol/L的濃硫酸。

1.2 實驗方法

（1）回收廢棄混凝土骨料并處理

將C30廢棄混凝土板進行破碎，先由人工破碎，后經破碎機破碎。廢棄混凝土骨料顆粒經篩分漏斗篩留合適粒徑，用清水沖洗廢棄混凝土骨料顆粒，晾干之后將其按照質量分別為0.76kg、1.52kg、2.28kg、3.04kg、3.80kg分成4組并編號為1、2、3、4、5號。將5組廢棄顆粒置于濃度為1.5mol/L的濃硫酸中完全浸泡3d。廢棄混凝土骨料顆粒處理完之后取出并洗凈表面濃硫酸、晾干。

（2）再生抗滲混凝土的制備

將5組處理完的廢棄混凝土骨料顆粒等質量的代替C30混凝土原材料中的粗骨料，在材料攪拌過程中加入抗滲劑，混合均勻后移至邊長為150mm的標準混凝土模具中并進行對應編號。將5組模具放在標準養護室24h，將脫模后的混凝土試塊放置在相對濕度95%，溫度（20±2）℃左右環境下標準養護28d。

表1 不同廢棄混凝土骨料顆粒摻量制備混凝土28d抗壓抗折強度表

表2 不同廢棄混凝土骨料顆粒相對摻量制備混凝土28d抗滲表

圖1 不同廢棄混凝土骨料顆粒相對摻量制備混凝土抗滲變化曲線圖

圖2 第1組電鏡500倍下的微觀結構

2 實驗結果與分析

2.1 實驗結果（見表 1～2，圖 1～3）

2.2 結果分析

上圖表是濃硫酸處理廢棄混凝土骨料顆粒后等質量替代混凝土粗骨料制備再生抗滲混凝土，對再生抗滲混凝土進行抗壓、抗折強度的測定，再生混凝土的粗骨料替代率最好在30%左右，制成的再生混凝土在力學性能方面比標準混凝土要低，穩定性方面也受到各方因素的影響較大。隨著廢棄混凝土骨料顆粒替代混凝土粗骨料的比例越大，再生抗滲混凝土的承載能力不斷下降，抗滲性也不斷降低，根據結果分析原因有如下幾點：①隨著再生廢棄混凝土骨料摻量的增大，再生廢棄混凝土骨料從水泥漿中吸水量增加，導致有效水灰比減小，這有利于集料與水泥石間的界面強度及水泥石本身強度的提高，但由于再生廢棄混凝土骨料比表面積比砂石大，當摻量增大時需要有更多漿體包裹再生廢棄混凝土骨料，這便導致混凝土界面及水泥石缺陷都增多，造成孔隙分布不均，進而引起界面及水泥石密實度下降，最終導致隨再生廢棄混凝土骨料摻量的增大，混凝土界面強度降低。因此隨著再生廢棄混凝土骨料摻量的增大，混凝土的抗滲性能呈現降低的趨勢，微觀結構試驗結果進一步驗證了混凝土性能降低的現象。②由于回收處理粗骨料與原砂漿之間存在的粘結較為薄弱；同時，再生混凝土本身的用水量也有所增加；再者，由于再生粗骨料孔隙率高，在承受壓應力時，容易形成應力集中；再生粗骨料內部存在大量細微裂縫；這些都導致再生混凝土的強度降低。③廢棄混凝土骨料的膨脹和漿體的收縮，在膠凝材料接觸面區產生張拉應力，使廢棄混凝土骨料與膠凝材料接觸面區產生細微裂縫。④廢棄混凝土骨料表面覆蓋有已硬化的水泥漿，故再生抗滲混凝土中新舊水泥砂漿總含量較普通混凝土高，因此其孔隙率比天然混凝土高，透水性強，抗滲性差。⑤由于再生抗滲混凝土的界面區比普通混凝土強度較弱，水泥砂漿中的自然孔隙會因界面區的孔隙裂紋等不斷擴展，成為貫通水泥砂漿的連續通道，進而使再生混凝土的透水性增加，影響其抗滲性能。⑥再生混凝土骨料在回收處理過程中，由于損傷積累使得再生混凝土骨料內部存在大量分布不均的細微裂縫，使骨料對毛細孔阻隔作用大大降低。

圖3 第5組電鏡2000倍下的微觀結構

3 結論

廢棄混凝土回收處理制備再生抗滲混凝土是對資源化利用的一種可行的方案，但是在承載性能和抗滲性能方面還存在著一些不足，無法滿足較高的承載能力要求。回收利用建筑垃圾制備再生抗滲混凝土對實現資源循環利用和可持續發展有著重大作用。再生抗滲混凝土的強度有所下降，抗滲性能較低，但在廢棄混凝土骨料顆粒摻量30%左右時能滿足C20強度混凝土的要求。該實驗制備的再生抗滲混凝土強度及其他性能較標準混凝土低，有一定的適用性，可用于強度要求較低的環境，節約建筑材料，實現資源的回收利用，提高資源化利用率。