再生骨料強化處理及其混凝土力學性能研究

王新 李基恒 田小風 羅歡

摘要：文章針對再生骨料在生產(chǎn)破碎過程中會導致再生骨料受壓破壞、針片狀含量高、吸水率大等問題，提出了對再生骨料采取不同的強化方案研究，采用一種先表面包裹摻礦物摻合料的水泥漿液，然后在負壓環(huán)境下經(jīng)水玻璃溶液深層浸漬的強化方案，對再生骨料進行顆粒整形和骨料改性，并對比再生骨料強化前后對再生骨料混凝土物理性能的影響，以此來提高再生骨料在高強再生混凝土應(yīng)用的利用率。結(jié)果表明：再生骨料強化后其物理性能得到明顯改善，再生骨料混凝土的抗折強度提高18%，抗壓強度提高31%。

關(guān)鍵詞：再生骨料;力學性能;強化

0 引言

隨著社會建設(shè)的高速發(fā)展，無論在房屋建設(shè)還是交通建設(shè)，廢棄物的急劇增加已經(jīng)成為現(xiàn)代化建設(shè)可持續(xù)綠色發(fā)展中亟待解決的難題[1]。利用建筑廢棄物作為骨料制備再生骨料，一方面可減少天然砂石骨料的使用量，保護山體植被;另一方面，消耗大量的建筑垃圾以保護環(huán)境[2]。由于再生骨料在生產(chǎn)過程中受擠壓破壞，存在針片狀含量高、強度較低、吸水率高等特點，需強化處理后才可投入使用。目前，再生骨料強化多采用“單一強化”，而且多限于強化骨料的表面。王海超[3]等人通過配制不同的水泥漿液對骨料進行包裹強化;周明星[4]利用水玻璃溶液對再生骨料進行浸漬強化。結(jié)果表明，單一強化再生骨料在一定程度上可以提高再生骨料的強度，使吸水率降低，但是對混凝土的強度提高幅度較小。本文在“單一強化”的基礎(chǔ)上深入研究再生骨料的強化機理，提出一種先表面包裹后深層浸漬的復合強化方案。

1 試驗方案

1.1 原材料

再生骨料：來源于廣西南寧某市政路段，經(jīng)廢棄混凝土人工破碎、篩分而成。其基本性能見下頁表1，使用粒徑范圍為5～31 mm。水泥：采用P·O42.5級水泥;超細硅灰：比表面積為19.827 m2/g，SiO2含量≥90%;Ⅱ級粉煤灰：粉磨后比表面積為1.367 m2/g;減水劑：采用聚羧酸高效減水劑，減水率為25%;苯丙乳液：固含量為46%，最低成膜溫度為23 ℃;水玻璃：模數(shù)為3.34，密度（20 ℃）為1.387 g/cm3;聚乙烯醇：山西三維集團生產(chǎn)。

1.2 試驗方法

1.2.1 膠凝材料漿液包裹

將水泥與礦物摻合料按比例混摻得到復合膠凝材料，不同試驗方案見表2，配制水膠比為0.2的水泥漿液，然后將預(yù)濕處理的再生骨料浸沒在水泥漿液中。在水泥初凝前，每隔10 min進行離心攪拌60 s，使骨料表面的氣泡排出充分吸收漿液，重復操作3次。然后，取出再生骨料并篩除多余漿液。最后，將再生骨料置于加速養(yǎng)護箱中，在60 ℃環(huán)境下養(yǎng)護6 h，完成后烘干備用。根據(jù)《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2010）測定再生骨料的基本性能。

1.2.2 化學浸漬

在1.2.1基礎(chǔ)上，將水泥漿液包裹處理后的再生骨料置于真空室中，在負壓環(huán)境下使骨料孔隙中的空氣排盡。然后配制以水為溶劑，以濃度為1 mol/L的水玻璃溶液和1 mol/L的聚乙烯醇為溶質(zhì)配制浸漬溶液，并將其引入真空室中，浸漬再生骨料1 h。最后，取出再生骨料烘干備用。

1.2.3 制備混凝土試件

采用原始的再生骨料和經(jīng)強化處理的再生骨料制備再生骨料混凝土，并測定其基本力學性能。基本配合比為：骨膠比為3.7，水膠比0.32，減水劑摻量為0.2%。由于再生骨料的吸水率較大，為使混凝土的水灰比保持不變，對再生骨料進行預(yù)濕處理，以達到飽和面干狀態(tài)為宜。試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，攪拌工藝采用“水泥裹石法”，成型方式為靜壓成型，在標準環(huán)境下進行養(yǎng)護。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 膠凝材料強化對再生骨料物理性能的影響

利用礦物摻合料的顆粒形態(tài)，發(fā)揮火山灰效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)等作用機理，將其有效填充到再生骨料的微裂縫及微孔中，并改善其物理性能。不同的試驗方案見表3。

由表3可知，不同方案配制的水泥漿液均可在一定程度上改善再生骨料的性能，壓碎指標和表觀密度均得到改善，骨料吸水率降低。在進行水泥漿體包裹強化后，再生骨料表面形成一層“硬殼”，針片狀顆粒含量明顯降低;將微粉顆粒填充到再生骨料表面孔隙和微裂縫中，會發(fā)生水化反應(yīng)增強骨料，但是由于漿體本身的吸水率較高，故對再生骨料的吸水率影響較小。其中，A5組水泥外摻硅灰、粉煤灰配制的水泥漿液壓碎指標降低了23%，增強效果最佳。

2.2 復合強化對再生骨料物理性能的影響

在水泥漿液強化的基礎(chǔ)上，利用化學溶液對其進行“二次強化”。取A5組為對照組，選用不同濃度的水玻璃溶液和聚乙烯醇溶液浸漬再生骨料，試驗結(jié)果見表4。

根據(jù)試驗結(jié)果可以明顯看出，化學浸漬可進一步降低再生骨料的吸水率和壓碎指標。通過試驗確定采用水玻璃與聚乙烯醇溶液混合，浸泡時間1 h，強化得到的再生骨料性能最佳。原因在于，水泥漿液在離心攪拌作用下被填充到再生骨料的微裂縫和較大的孔隙結(jié)構(gòu)當中。復合水泥漿體在硬化過程中發(fā)揮礦物摻合料的火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)等作用機理，水化產(chǎn)物交織充填在骨料微裂縫中，并在骨料外表面形成一個結(jié)構(gòu)致密的“水泥殼”，厚度約為70～100 μm，顯著改善了再生骨料的結(jié)構(gòu)粒形和強度并降低了再生骨料的針片狀含量。另一方面，在真空環(huán)境下，水玻璃溶液滲透骨料表面的“水泥殼”，利用水玻璃由液相到固相的相變過程，并且凝結(jié)硬化，析出的硅酸鈣凝膠體能夠填充堵塞再生骨料的內(nèi)部孔隙，使其堅固性得到提高，并且可降低吸水率，固化后可以在其表面形成一層結(jié)構(gòu)致密的“玻璃質(zhì)膜”。

3 再生骨料強化處理對再生骨料混凝土力學性能的影響 將強化后的A5、A6、A7組再生骨料制備透水混凝土，以“體積填充法”進行配合比設(shè)計，再生骨料采用50%取代法，水灰比為0.3，減水劑摻量為0.2%。其測試結(jié)果見表5。

根據(jù)再生骨料強化前后對再生骨料混凝土的影響，強化后的再生骨料可以提高混凝土的強度。其中，A7組水玻璃溶液強化后的再生骨料混凝土強度增長最明顯，抗折強度達到9.2 MPa，抗壓強度達到62.7 MPa，與空白組相比，同比增長了18%和31%。

再生骨料混凝土的力學性能不僅取決于骨料之間的機械咬合力，而且還取決于再生骨料的強度。主要從以下兩個方面影響再生混凝土的強度：

（1）強化后的再生骨料顯著改善了再生骨料混凝土的工作性。水泥漿液包裹再生骨料，可明顯改善骨料的顆粒形貌，使再生骨料的針片狀含量降低，使骨料間的內(nèi)摩阻力減小，在成型過程中提高再生骨料混凝土的堆積密度。而且再生骨料吸水率的降低，可以使拌和過程中水灰比保持不變，有效改善再生骨料混凝土的工作性，提高其流動性。

（2）再生骨料混凝土的強度主要依賴于骨料之間的機械咬合力以及接觸點處的黏結(jié)力。再生骨料強化后，顆粒形貌趨近于球形，骨料之間接觸面增大，減少應(yīng)力集中的現(xiàn)象發(fā)生，從而有效增強骨料之間的機械咬合力。

4 結(jié)語

（1）采用水泥復合膠凝材料漿液對再生骨料表面進行處理，可大幅降低再生骨料的針片狀含量，并降低再生骨料吸水率。

（2）通過化學浸漬強化再生骨料，起到修復再生骨料內(nèi)部裂紋的效果，增強再生骨料的堅固性。

（3）經(jīng)強化處理后的再生骨料混凝土的抗折強度提高了18%，抗壓強度提高了31%，可用于配制高強再生骨料混凝土，從而提高再生骨料在高強再生骨料混凝土領(lǐng)域的利用率。

參考文獻：

[1]陳尚權(quán)，高越青，梁超鋒，等.透水再生骨料混凝土研究進展[J].硅酸鹽通報，2020，39（1）：150-156.

[2]肖力光，張 雪，王思宇.再生骨料混凝土及性能的研究[J].吉林建筑大學學報，2016，33（3）：27-30.

[3]王海超，陳 晨，夏玉峰.再生骨料強化作用的機理試驗研究與分析[J].混凝土，2017（12）：95-98.

[4]周明星，房 棟.再生混凝土強化技術(shù)研究分析[J].河南城建學院學報，2019，28（6）：48-54.

收稿日期：2020-05-27