再生骨料混凝土調節劑在混凝土中的應用

周漢章，楊水平

（長沙益友建筑科技有限公司，湖南 長沙 523820）

0 前言

隨著我國經濟的快速發展和國民環保意識的增強，城市和鄉鎮的建設已經進入了一個快速更新迭代的時期，有大量的陳舊建筑、大批的棚戶區、城中村進行拆遷改造，也因此帶來了大量的建筑垃圾（廢棄混凝土）。作為人口大國，資源雖然豐富，但消耗十分龐大，事實證明我們的原材料正面臨著消耗殆盡的風險，因而廢棄的混凝土和建筑垃圾回收再利用是非常必要的，再生混凝土技術的發展正符合當下的趨勢，將建筑垃圾中的廢棄混凝土加工成再生骨料，在很大的程度上可以緩解建筑垃圾帶來環境污染問題和解決建筑材料資源匱乏問題。

1 關于再生骨料

1.1 再生骨料的概念

再生骨料英文為 Recycled Aggregate 簡稱為 RA，是指利用廢棄混凝土破碎加工而成的再生骨料，經特定的清洗和篩分等一系列加工處理后，得到粒徑在5～40mm 為再生粗骨料，粒徑 5mm 以下的稱為再生細骨料。

1.2 再生骨料的特性

再生骨料在破碎前（建筑垃圾）表面都會有一些硬化的舊水泥漿和砌墻的砂漿存在，而且混凝土構建在機械分解、破碎的過程中由于受到不規則外力的作用損傷和積累，導致再生骨料表面和內部存在大量不規則的裂紋，這導致未經過處理的再生骨料具有密度小、吸水率高、孔隙率較高、表面粗糙、棱角多、界面粘結力差、壓碎指標高和強度較低的特點。

1.3 國內外建筑垃圾循環利用發展趨勢

20 世紀中葉，前蘇聯、日本、德國、歐洲等很多國家和地區已展開對廢棄混凝土的處理和資源化利用的研究，建筑垃圾管理與資源化利用水平要領先于我國。

日本作為資源短缺的國家，對再生骨料混凝土的開發與利用很重視廢棄混凝土利用率高達 90%。美國采用再生骨料投入道路施工建設的州有二十余個，已有超過 15 個州已經制定了關于再生骨料的規程，1995 年美國環境保護署資助研發、出版了《建筑垃圾管理指南》。德國各個地區都己經建立起了建筑垃圾的綜合利用加工廠，在首都柏林有二十余家[1]。1972 年，德國頒布《廢棄物處理法》，1994 年頒布《循環經濟和廢棄物處置法》，該法規將循環經濟的思想廣泛發散演變到社會生活的各個領域，制定了管理廢棄物的方式方法，1996 年后又頒布了《循環經濟與廢棄物管理法》，進一步提升了循環經濟的概念，為廢棄物的利用配套了法律體系。1992 年，英國頒布了《廢棄物管理法》，以此規范城市廢棄物的管理。還在其關于垃圾處理的總戰略中提出，將要在 2020 年實現建筑垃圾為零[1]。1997年，荷蘭頒布了《禁止傾倒可回收再利用的廢棄物》。

近年來，我國已頒布《城市建筑垃圾管理規定》、《綠色施工導則》、《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》、《建筑垃圾資源化利用行業規范條件》與《建筑垃圾資源化利用行業規范條件公告管理暫行辦法》。2011 年，北京出臺《全面推進建筑垃圾綜合管理循環利用工作意見》和相關規劃方案。2017 年 1 月 9日，《建筑垃圾資源化利用行業規范條件》和《建筑垃圾資源化利用行業規范條件公告管理暫行辦法》發布，《再生混凝土結構技術規程》與《再生混合混凝土組合結構技術規程》，將會對我國建筑垃圾資源化利用的水平與再生骨料應用水平具有推動作用。2017 年 1 月 17日，《建筑垃圾處理技術規范》征求意見討論會在北京召開。

2 再生骨料加工工藝

再生骨料的制備工藝，主要通過錘擊、切割、分揀等方式進行一級處理，再將廢棄混凝土進行初次破碎，然后將破碎后的粗骨料經過一次或者多次細破后得到。經過處理后的再生粗骨料[2]，粒徑一般為 5～40mm，將經過加工的再生骨料進行加溫、二級破碎（如球磨機）和二級篩分后，可以獲得高質的再生骨料。國際材料與結構研究實驗聯合會（RILEM）組織在新版規范里明確地說明了再生骨料可以分為三個等級，一級骨料是在砌體工程中產生的，二級骨料主要來源于廢棄混凝土，三級骨料是兩種骨料的混合[3]。該組織對再生骨料的性能指標如表1。我國再生骨料性能指標如表2 所示。

表1.I L E M 對再生骨料的性能要求

3 再生骨料混凝土試驗

3.1 試驗材料的選擇

水泥：臺泥 P·O42.5R，細度 23%，標準稠度用水量 29%，初凝時間 135min，終凝時間 3.4h，抗壓強度3 天 36MPa，28 天 50MPa，抗折強度 3 天 6.2MPa，28 天 8.1MPa。

粉煤灰：河電Ⅱ級煤灰，細度 25%，需水量比105%，燒失量 7%，三氧化硫 2%。

礦渣粉：日照 S95 礦粉，密度 2.8g/cm3，比表面積400m2/kg，活性指數 7 天 80%，28 天 100%，玻璃體含量 80%，放射性合格。

河砂：東江Ⅱ區中砂，細度模數 2.7%，含泥量1.5%。

減水劑：東莞洛美建材 LM-S2 聚羧酸減水劑，減水率大于 25%，含固量 20%。

再生骨料混凝土調節劑：長沙益友建筑科技有限公司，密度 1.010g/cm3，含氣量小于 2%，氯離子含量小于0.010%。該調節劑具有增強型組分、改性聚羧酸類分散及保坍促進組分、小分子組分、粘土吸附及絡合組分、漿體狀態調節成分，可促進水泥水化并節約水泥，促進 Aft 生成和分散作用使水化凝膠結構致密。

水：自來水。

粗骨料：使用再生骨料與天然骨料兩種，其性能指標數據如表3，吸水率隨時間變化數據見表4。

表4 天然骨料與再生骨料吸水率隨時間的變化 %

從表4 數據可以看出，在吸水率這一指標上，再生骨料要明顯高于天然骨料。在前 lmin 內，再生骨料吸水率是天然骨料的 10 倍，對于天然骨料來說，30min到 24 小時以內吸水率上升還比較明顯，而再生骨料吸水性較強，基本上在前 30min 內就達到飽和狀態。[4]

3.2.30 再生骨料混凝土試配

表5 為 C30 再生骨料混凝土配合比，按不同再生骨料取代率設計，取代率分別為 100%、70%、50% 同時在同等取代率下比對使用再生骨料調節劑的效果。

3.3 再生骨料混凝土性能

再生骨料混凝土工作性能及力學性能見表6。

3.4 試驗數據分析

從試驗結果表6 可以看出，基準配合比混凝土出機狀態良好，半小時和 2 小時保坍良好，7 天強度82.6%、28 天強度 125%。

A 為全再生骨料配合比用水量為 180kg，減水劑最初摻量為 2.2%，但在攪拌中發現用水量和減水劑摻量都不夠，遂將用水量加至 185kg，減水劑摻量加至2.6%。混凝土出機狀態一般，容重比較輕，初始坍落度擴展度較小，半小時后坍損坍損非常大，28 天強度也只有 89%。這充分證明了再生骨料吸水性大、孔隙率大對強度的影響。

B 配合比與 A 配合比同為 100% 再生粗骨料，添加再生骨料調節劑后用水量為 165kg，減水劑摻量 2.2%，混凝土的出機狀態一般，保坍效果一般，但比沒有添加再生骨料混凝土調節劑保坍效果好很多，強度方面 7 天強度達到 78%、28 天強度達到 97%，比 A 配方強度高8%。

C 為再生骨料取代率 70%，未添加再生骨料調節劑，用水量為 170kg，減水劑摻量為 2.6%，混凝土出機狀態一般料比較粘稠而且流動性一般，2 小時后坍損非常大，28 天強度達到 96% 未達到配合比設計標準。

D 配方為添加再生骨料混凝土調節劑摻量為1.2%， 減水劑摻量 2.4%，混凝土出機和易性、流動性良好，保坍效果明顯比 C 配方好，強度方面 7 天強度達到 85%、28 天強度達到 114%。

E 配方再生骨料取代率為 50%，減水劑摻量為2.6%，混凝土出機狀態比較好，初始和 2 小時坍損都比較大，強度 28 天達到 102%。

F 配方添加再生骨料混凝土調節劑（1.2%）后，減水劑摻量 2.2%，用水量為 160kg，混凝土出機包裹性、流動性好，漿體富有光澤，保坍效果好，7 天強度達到89.6%、28 天強度達到 123%，與基準配方相當。

表5 混凝土配合比.g/m3

表6 再生骨料混凝土調節劑試配數據

4 總結分析

綜上可知，再生粗骨料空隙率高、吸水率大。在試配過程中也證實了隨著再生骨料取代率的提高，用水量和減水劑摻量也隨之提高，再生骨料混凝土抗壓強度隨著再生骨料取代率和用水量的增大而降低。再生骨料砂漿界面多孔、過渡層較寬、晶體結晶取向不均勻和大量微裂紋等缺陷導致再生骨料混凝土的宏觀性能弱于一般混凝土。

而使用再生骨料混凝土調節劑后無論是混凝土狀態還是后期強度都有很大幅度的改善，這是因為再生骨料混凝土調節劑從成分上含有增強型組分、改性聚羧酸類分散及保坍促進組分、小分子組分、粘土吸附及絡合組分、漿體狀態調節成分促進水化并節約水泥，促進 Aft生成和分散作用使水化凝膠結構致密并提高強度。