再生混凝土的制備及耐久性分析

陸建宏

（中國中原對外工程有限公司，山東棗莊 277100）

0 引 言

隨著混凝土材料的使用量增大，其污染、回收問題也日益顯見。鄭建軍等［1］提出了再生混凝土彈性模量的解析解，定量分析了再生骨料取代率、砂漿附著率和老砂漿彈性模量對再生混凝土彈性模量的影響。李孝忠等［2］確定了再生混凝土抗折強(qiáng)度的關(guān)鍵影響因素。彭躍輝等［3］探究了不同水膠比、陶瓷粉取代量以及浸泡時(shí)間3種因素對再生混凝土中氯離子擴(kuò)散規(guī)律的影響。朱小艷等［4］通過試驗(yàn)研究了灌漿預(yù)埋再生混凝土的抗彎拉強(qiáng)度，試驗(yàn)變量包括水灰比、養(yǎng)護(hù)齡期、砂率和粗骨料取代率。邢智巖等［5］根據(jù)試驗(yàn)得出，再生混凝土路面磚的孔隙率隨粉煤灰取代率的增加而增加，再生磚的抗壓、抗折強(qiáng)度基本隨著取代率的增加而增加。喬宏霞等［6］為研究陶瓷顆粒的取代率對再生混凝土在火災(zāi)以及火災(zāi)撲救條件下的外觀形貌、抗壓強(qiáng)度、質(zhì)量損失的影響，設(shè)計(jì)不同配比試驗(yàn)，揭示陶瓷再生混凝土強(qiáng)度變化機(jī)理。向星赟等［7］分析了再生粗骨料替代率對自密實(shí)再生混凝土基本力學(xué)性能的影響，探討了普通混凝土和再生混凝土的各力學(xué)性能指標(biāo)之間的換算關(guān)系對自密實(shí)再生混凝土的適用性。趙亞松等［8］研究了在干濕循環(huán)和彎曲荷載作用下再生混凝土硫酸鹽侵蝕劣化進(jìn)程，并得出彎曲荷載能夠加速再生混凝土在硫酸鹽侵蝕和干濕循環(huán)下的劣化這一結(jié)論。李嘉誠等［9］研究了兩種再生粗骨料取代率，3種粉煤灰摻量對再生混凝土抗壓強(qiáng)度和抗凍性能的影響，并進(jìn)行了試驗(yàn)分析。李福海等［10］基于組合權(quán)重-可拓學(xué)理論，建立了混凝土再生粗骨料質(zhì)量評價(jià)模型，最后確定評價(jià)指標(biāo)體系和分類等級界限。張衛(wèi)東等［11］開展了透水再生混凝土孔隙率，立方體抗壓強(qiáng)度及耐磨性能的試驗(yàn)。郝彤等［12］通過添加礦物摻合料，聚丙烯纖維對Ⅱ、Ⅲ類再生混凝土進(jìn)行強(qiáng)化處理，綜合考慮基本力學(xué)性能后，挑選最優(yōu)組進(jìn)行抗凍性試驗(yàn)研究。李萌等［13］通過收集3種不同來源的廢棄混凝土制備出了3種再生粗骨料，并進(jìn)行不同粗骨料取代率的再生混凝土試塊變形性能試驗(yàn)，得到了不同服役壽命和不同取代率下的彈性模量和峰值應(yīng)變。王繼娜等［14］為了改善再生骨料混凝土的性能，研究了原生混凝土強(qiáng)度對再生混凝土力學(xué)性能及界面區(qū)微結(jié)構(gòu)的影響，并對比分析了相同強(qiáng)度等級和水灰比情況下普通混凝土和再生混凝土的力學(xué)性能和界面區(qū)微觀形貌。黃一杰等［15］以再生粗骨料取代率和海砂氯離子含量為試驗(yàn)參數(shù)，完成了海砂再生混凝土軸壓性能試驗(yàn)，分析了再生粗骨料取代率、海砂氯離子含量對試件破壞特征和受力變形性能的影響。王永貴等［16］為提高再生混凝土的力學(xué)性能，以玄武巖纖維和納米氧化硅為增強(qiáng)材料對再生混凝土進(jìn)行改良。通過試驗(yàn)研究了兩種增強(qiáng)材料的摻量對再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響。

上述學(xué)者結(jié)合綠色建筑的概念，通過設(shè)計(jì)不同的再生混凝土配合比，得到了再生混凝土的性能指標(biāo)變化情況，并進(jìn)一步分析強(qiáng)度性能的演變規(guī)律。本文結(jié)合上述研究方法，對再生混凝土的進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)及性能進(jìn)行測試。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)采用遼寧建工通達(dá)路橋養(yǎng)護(hù)材料有限公司生產(chǎn)的P.O.42.5水泥來配制C40混凝土，其配合比如下：水168 kg／m3，水泥432 kg／m3，細(xì)骨料558 kg／m3，粗骨料1 242 kg／m3，粉煤灰108 kg／m3，減水劑10 kg／m3。江蘇千秋高空工程有限公司提供廢棄混凝土材料。將廢棄混凝土試塊以一定量的取代率（0、10%、20%和30%）填充至混凝土中，通過不同取代率設(shè)計(jì)出了4組20個(gè)抗?jié)B試件，且滿足《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求。試件為上表面直徑1 750 mm、下表面直徑160 mm、高度120 mm的圓臺(tái)。

1.2 方 法

采用《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》建議的滲水高度法，并用該方法表征混凝土的抗?jié)B性能。試驗(yàn)采用滄州奧科儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的抗?jié)B儀，利用壓力機(jī)將試塊壓入模型中，為防止模具被壓壞，壓力恒定在10 kN左右。試驗(yàn)停止后，將試塊取出放入由高密三江機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的壓力機(jī)中進(jìn)行試驗(yàn)，得到再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的變化規(guī)律。

2 結(jié)果與討論

2.1 滲水情況

從圖1可以看出，當(dāng)廢棄混凝土的取代率為0%，即復(fù)合材料均為標(biāo)準(zhǔn)混凝土?xí)r，試塊在10 h后出現(xiàn)滲水；當(dāng)廢棄混凝土的取代率為10%時(shí)，試塊在8.8 h后出現(xiàn)滲水；取代率為20%時(shí)，試塊在7.2 h后出現(xiàn)滲水；取代率為30%時(shí)，試塊在5.3 h后出現(xiàn)滲水。可見隨著廢棄混凝土替代率的逐漸增加，抗?jié)B水性迅速下降。

圖1 取代率與滲水時(shí)間的關(guān)系

2.2 滲水高度

從圖2可以看出，當(dāng)廢棄混凝土的取代率為0%，即復(fù)合材料均為標(biāo)準(zhǔn)混凝土?xí)r，試塊的滲水高度為10.3 cm；當(dāng)廢棄混凝土的取代率為10%，試塊的滲水高度為11.5 cm；取代率為20%，試塊的滲水高度為12.9 cm；取代率為30%，試塊的滲水高度為14.1 cm。

2.3 抗壓強(qiáng)度

圖2 取代率與滲水高度的關(guān)系

圖3 取代率與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

從圖3可以得知，當(dāng)廢棄混凝土試塊的取代率為0%時(shí)，第1 d的抗壓強(qiáng)度為28.6 MPa，第7 d的抗壓強(qiáng)度為34.6 MPa，第14 d的抗壓強(qiáng)度為38.7 MPa，第28 d的抗壓強(qiáng)度為40.8 MPa；當(dāng)廢棄混凝土試塊的取代率為10%時(shí)，第1 d的抗壓強(qiáng)度為29.3 MPa，第7d的抗壓強(qiáng)度為35.1 MPa，第14 d的抗壓強(qiáng)度為39.5 MPa，第28 d的抗壓強(qiáng)度為42.1 MPa；當(dāng)廢棄混凝土試塊的取代率為20%時(shí)，第1 d的抗壓強(qiáng)度為31.1 MPa，第7 d的抗壓強(qiáng)度為37.3 MPa，第14 d的抗壓強(qiáng)度為41.6 MPa，第28 d的抗壓強(qiáng)度為44.3 MPa；當(dāng)廢棄混凝土試塊的取代率為30%時(shí)，第1 d的抗壓強(qiáng)度為37.5 MPa，第7 d的抗壓強(qiáng)度為33.6 MPa，第14 d的抗壓強(qiáng)度為37.2 MPa，第28 d的抗壓強(qiáng)度為39.8 MPa。

可見，當(dāng)廢棄混凝土的取代率從0%增加到20%時(shí)，復(fù)合混凝土材料的抗壓強(qiáng)度也逐漸增大；但當(dāng)取代率超過20%時(shí)，復(fù)合混凝土材料的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，這一性能的變化也能通過滲水高度和滲水時(shí)間予以驗(yàn)證。

2.4 抗折強(qiáng)度

從圖4可以得知，當(dāng)廢棄混凝土試塊的取代率為0%時(shí)，第1 d的抗折強(qiáng)度為3.1 MPa，第7 d的抗折強(qiáng)度為4.1 MPa，第14 d的抗折強(qiáng)度為4.7 MPa，第28 d的抗折強(qiáng)度為5.1 MPa；當(dāng)廢棄混凝土試塊的取代率為10%時(shí)，第1 d的抗折強(qiáng)度為3.2 MPa，第7 d的抗折強(qiáng)度為4.3 MPa，第14 d的抗折強(qiáng)度為4.9 MPa，第28 d的抗折強(qiáng)度為5.3 MPa；當(dāng)廢棄混凝土試塊的取代率為20%時(shí)，第1 d的抗折強(qiáng)度為3.4 MPa，第7 d的抗折強(qiáng)度為4.4 MPa，第14 d的抗折強(qiáng)度為5.0 MPa，第28 d的抗折強(qiáng)度為5.4 MPa；當(dāng)廢棄混凝土試塊的取代率為30%時(shí)，第1 d的抗折強(qiáng)度為2.8 MPa，第7 d的抗折強(qiáng)度為3.9 MPa，第14 d的抗折強(qiáng)度為4.5 MPa，第28 d的抗折強(qiáng)度為4.9 MPa。

圖4 取代率與抗折強(qiáng)度的關(guān)系

可見，當(dāng)廢棄混凝土的取代率從0%增加到20%時(shí)，復(fù)合混凝土材料的抗折強(qiáng)度也逐漸增大；但當(dāng)取代率超過20%時(shí)，復(fù)合混凝土材料的抗折強(qiáng)度逐漸降低，這一性能的變化也能通過滲水高度和滲水時(shí)間予以驗(yàn)證。

3 結(jié) 論

（1）當(dāng)廢棄混凝土的取代率為20%時(shí)，試件表面會(huì)出現(xiàn)微小裂縫。這是因?yàn)殡S著取代率的增多，廢棄混凝土所占的比例也就逐漸增多，導(dǎo)致復(fù)合混凝土材料的形成較為困難，從而出現(xiàn)滲水性差。

（2）隨著廢棄混凝土試塊的取代率逐漸增大，即廢棄混凝土所占的比例也逐漸增大，新舊混凝土的融合度有著較大的差異，進(jìn)而導(dǎo)致復(fù)合混凝土材料的滲水性能差異較大：當(dāng)取代率為20%時(shí)，滲水高度是12.9 cm。

（3）當(dāng)廢棄混凝土的取代率從0%增加到20%時(shí)，復(fù)合混凝土材料的抗壓、抗折強(qiáng)度也逐漸增大；但當(dāng)取代率超過20%時(shí)，復(fù)合混凝土材料的抗壓、抗折強(qiáng)度逐漸降低。

因此，綜合3種試驗(yàn)結(jié)果，建議再生混凝土中廢棄混凝土的取代率不超過20%。