混凝土再生集料與新拌混凝土界面強度及強化研究

宋亞明 馬 峰 龐千翔

（1.中交二公局第四工程有限公司，洛陽 471000；2.武漢理工大學交通學院，武漢 430063）

0 引言

近年來隨著道路改建、建筑物拆除，廢棄混凝土的處理量大幅增加，浪費了大量經濟、土地資源，因此廢棄混凝土的回收再利用越來越受到關注。

從細觀角度上來看，混凝土再生集料用于新拌混凝土的難度在于二者接觸面強度性能較差。混凝土再生集料主要有三種形式，包括舊混凝土塊以及表面有無舊混凝土的天然集料。因此接觸面有三種形式，本文選取兩種具有代表性的接觸面進行研究，即新舊混凝土接觸面、舊天然集料與新拌混凝土接觸面。

1 新舊混凝土界面強度

新舊混凝土接觸面的研究主要集中于預制混凝土部件的聯結。從目前的研究資料來看，新舊混凝土接觸面的強度是顯著弱于新拌混凝土本身的強度。與新拌混凝土相比，新舊混凝土界面的軸心抗拉強度、劈拉強度、抗折強度、抗剪強度分別下降了16%～33%、25%～38%、47～53%、61.5%～82.87%[1-3]。綜上新舊混凝土接觸面的強度都較新拌混凝土有所下降，其中抗剪強度下降幅度最大。

新舊混凝土接觸面強度差，主要是二者凝結的不統一性而導致的粘結強度弱，以及細觀結構上的材料分布不均[4]。根據界面過渡區理論，新舊混凝土界面強度的形成主要是通過界面過渡區中的水泥水化所生成的C-S-H 凝膠的搭接、黏附作用來實現。而新舊混凝土接觸面則只存在新拌混凝土的水化反應，也就是只有新拌混凝土單方面水化生成C-S-H 凝膠，也就導致了二者接觸面的粘結強度不足[5]。

從受力情況來說，新舊混凝土接觸面最易受到剪切破壞，作為水泥穩定碎石基層來講，剪切是其常見的受力形式。因此新舊混凝土界面的強度需要提高。

2 回收天然集料與新混凝土界面

回收天然集料其強度性能的影響則應從兩方面來進行研究。其一水泥水化反應對天然集料表面的開口孔隙的修復、封堵作用，其二，水泥水化反應過程中，化學離子對天然集料的侵蝕作用。

天然集料表面的開口孔隙是影響其強度性能的原因之一，過高的孔隙率不僅會導致吸水率的增大，導致水泥穩定碎石基層的施工和易性，在缺水地區影響工程的進展；同時也會降低天然集料本身的強度，影響其與新拌混凝土的粘結、摩阻作用。在水泥水化反應所形成的的C-S-H 凝膠的修復、封堵作用下，集料表面的開口孔隙得以消除，從而提高了集料的路用性能。

在水泥水化反應過程中，由于水的存在產生了大量的鈣、鋁、鈉、氯離子?；瘜W離子與集料發生化學反應，導致集料表面受到侵蝕。集料表面形成了多孔結構，降低了集料的強度與結構穩定性。

從現存的研究來看，通常認為C-S-H 凝膠對集料表面孔隙的封堵作用效果要低于化學離子對集料表面的侵蝕作用效果。也就是說廢棄混凝土中回收天然集料的路用性能是有所降低的。

3 強化方法

現存的增強新舊混凝土接觸面強度性能的方法有多種。包括新拌混凝土使用高強度混凝土，對舊混凝土進行鑿毛、鍵槽、露骨處理等等。這些處理辦法的效果是顯而易見的，但是對于廢棄混凝土再生集料的大規模應用是不經濟的。

針對廢棄混凝土再生集料應用的特點，本文將從化學試劑處理等方面來進行研究?；瘜W處理方法則包括水泥漿類界面劑、環氧類界面劑以及聚合物類界面劑[6]。其中環氧類界面劑與聚合物類界面劑價格高于水泥漿類界面劑，主要用于預制混凝土構件的連接。從經濟性來考慮，水泥混凝土再生集料用于水穩碎石基層施工中，再生集料的用量較大，故采用水泥漿類界面劑進行處理。

4 實驗設計

在此之前，還需要對再生集料的吸水率、壓碎值等路用性能進行強化。本實驗將再生集料浸泡于濃度為8%的硅酸鈉溶液5h，然后進行通風處晾干。處理之后再生集料的吸水率與壓碎值指標如下表1 所示，再生集料級配見下表2。

表1 再生集料路用性能表

表2 再生集料級配表

新拌混凝土水泥等級選用C30；凈漿界面劑的水灰比W/C=0.38，水泥強度等級為C40；粉煤灰改性砂漿界面劑的水灰比為0.38，水泥強度等級為C40,粉煤灰級別為一級，粉煤灰質量百分比為15%。

最大干密度與最佳含水量通過擊實試驗來確定。水泥劑量分別取4%、5%、6%、7%四種比例，配置混合料。根據實驗結果，取水泥劑量為6%，最佳含水量為6%,最大干密度為2.338g/mm2。

按照以上再生集料級配以及水泥摻量分別制作3 組試件，試件尺寸為直徑150mm、高150mm 的圓柱體，每組試件為9 個。其中第一組為不加界面劑的試件，第二、三組分別在再生集料表面涂刷凈漿界面劑和粉煤灰改性砂漿界面劑，并測定7d 無側限抗壓強度以及飽水無側限抗壓強度。實驗結果見下表3。

表3 水泥穩定混凝土再生集料強度表

5 結語

（1）從實驗結果來看凈漿界面劑和粉煤灰改性砂漿界面劑都可以提高水泥穩定混凝土再生集料的無側限抗壓強度。

（2）凈漿界面劑的強化作用要弱于粉煤灰改性砂漿界面劑。

（3）從再生集料的用途來看，用于高速公路及一級公路水泥穩定混凝土再生集料基層的再生集料應當選擇粉煤灰改性砂漿界面劑進行處理，而二級及二級以下公路，使用凈漿界面劑就能完全滿足強度需求。

（4）從7d 飽水無側限抗壓強度來看，水泥穩定廢棄混凝土再生集料的強度性能在飽水后有所下降，但仍然滿足規范要求。而且以上兩種界面劑對其7d 飽水無側限抗壓強度也有所提高。