加压碳化再生混凝土粗骨料性能研究_蒲盛朋.pdf

57材料与技术Material&Technology2023 NO.02 基金项目：国家级大学生创新创业训练计划“氧化石墨烯改性碳化再生粗骨料混凝土性能研究”（202211551017)。引文检索：蒲盛朋，孙毅，牟星明，等.加压碳化再生混凝土粗骨料性能研究 J.重庆建筑，2023（2）：57-59加压碳化再生混凝土粗骨料性能研究蒲盛朋，孙毅，牟星明，龙科（重庆科技学院 建筑工程学院，重庆 401331）摘要：随着我国城市化的发展和环保要求的提升，建筑固废的回收再利用问题愈发紧迫。再生骨料混凝土技术是最常见的建筑固废再利用形式，而针对骨料的加压碳化预处理是改善再生骨料性能的有效措施之一。该文对同一批再生骨料进行了不同碳化时间的预处理，开展了骨料性能试验，结果表明骨料吸水率主要随着时间增加而逐渐降低，压碎指标主要随着碳化时间增加而提升。通过与相关文献数据对比，说明了加压碳化技术的规律和有效性。关键词：再生粗骨料；加压碳化；吸水率；压碎指标中图分类号：U214.1+8 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2023）02-0057-03收稿日期：2022-07-21作者简介：蒲盛朋（1999），男，重庆人，本科，主要从事建筑材料类研究工作。Study on Performance of Coarse Aggregate of Pressurized Carbonized Recycled ConcretePu Shengpeng,Sun Yi,Mou Xingming,Long KeAbstract:With the development of urbanization and the improvement of environmental protection requirements in China,the recycling and reuse of construction solid wastes needs to be resolved urgently.Recycled aggregate concrete technology is the most common way of their reuse,and pressurized carbonization pretreatment for aggregate is one of the effective measures to improve the performance of recycled aggregate.In this paper,the same batch of recycled aggregates was pretreated for different carbonization times,and aggregate performance tests were carried out.The results showed that the water absorption rate of aggregate decreased gradually with the increase of time,and the crushing index mainly increased with the increase of carbonization time.By comparing with relevant literature data,the law and effectiveness of pressurized carbonization technology are illustrated.Keywords:recycled coarse aggregate;pressurized carbonization;water absorption;crush indicator0 引言据不完全统计，我国的建筑垃圾已达数十亿吨，其中废弃的混凝土占相当大的比例1。将建筑垃圾作为骨料来源生产再生骨料（RA），制备再生骨料混凝土（RAC），是一项非常具有环保意义的工作。然而再生骨料物理和力学性能不如天然骨料，导致再生骨料混凝土性能相对常规混凝土有所不足。而加压碳化预处理骨料，不仅可以提升骨料性能，还可以将二氧化碳固化到骨料中，符合“碳达峰、碳中和”的国家战略。拆除废弃建筑物后产生的混凝土，经过破碎筛分后得到再生混凝土骨料，可以替换混凝土制作过程中的天然骨料2，达到减少使用天然骨料的目的。但仅仅经简单破碎、筛分处理得到的再生骨料比天然骨料密度更低、孔隙率更大、吸水率更高、压碎指标更高3-4，这对所制备的再生混凝土多项性能指标产生显著的不利影响。再生骨料的加压碳化处理技术5-6能够显著填充再生骨料的表面孔隙，从而降低吸水率，提高表观密度。碳化还能改善耐久性，因为反应产物堆积在再生骨料内部，使得骨料致密化，阻碍了氯离子向混凝土中渗透，碳化骨料混凝土的抗氯离子渗透性可得到一定提升7。碳化效果还与浓度有关，较高浓度的 CO2碳化能使骨料的压碎指标和吸水率均得到更大程度的改善9。本文针对再生混凝土粗骨料（RCA）采用加压碳化处理，基于 48h、72h、96h、144h 四种不同的碳化时间，研究骨料的吸水率和压碎指标，并对比不同碳化时间下改性混凝土的性能指标。1 试验材料和方法1.1 原材料本文所采用的 RCA 来自重庆市沙坪坝区某建成约 30 年的拆迁现场，将房屋拆除后获得的废弃混凝土，破碎筛分后形成 RCA，再用 510mm、1015mm、1520mm 三种规格按 2:7:1 的级配混合。将上述级配的 RCA 分别碳化 48h、72h、96h、144h，未碳化的 RCA 为对照试样。1.2 试验方法1.2.1 骨料碳化处理方法再生骨料在碳化炉中完成碳化，该碳化炉最大设计压强为 0.53MPa，容积为 0.14m3。碳化炉如图 1a 所示。碳化时，先将再生粗骨料置于碳化炉中的格栅上，用密封圈密封后用螺栓压紧盖子；打开真空泵，排出碳化炉内的空气，抽至炉内气压为-0.1MPa；然后打开进气阀，用气瓶充入 99.5%浓度的 CO2加压到 0.5MPa，采用减压阀保持 CO2的通入和气压的稳定。doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2023.02.57Chongqing Architecture58第 22 卷 总第 232 期1.2.2 吸水率和压碎指标测试方法吸水率测试参照普通混凝土用砂、石质量及检验方法（JGJ 522006）。先加水浸泡骨料，至水面高出试样 5mm 左右，24h 后从水里取出，擦拭骨料表面使之饱和面干后根据质量变化计算骨料的吸水率。压碎指标测试同样参照普通混凝土用砂、石质量及检验方法。先挑除针片状骨料，然后将剩余骨料放入圆筒内，左右交替颠击地面各 25 下使其稍密实，盖上加压头，在量程 30t的万能试验机（型号为 WAW-300B，图 1b）上，以 1kN/s 的加载速度加压到 200kN，稳定 5s 后卸载。从万能机上取下圆筒，筛取大于 2.5mm 粒径的骨料，根据重量计算得到试样的压碎指标。2 结果与讨论2.1 再生骨料的吸水率图 2 是不同碳化时间骨料的吸水率。可以看出骨料经过碳化处理以后，吸水率均较未碳化的明显降低，且碳化时间越长，吸水率越低，但超过 96h 后有小幅升高。碳化 96h 的骨料吸水率最低，相比未碳化骨料降低了 24.4%。该现象也验证了高浓度 CO2与再生粗骨料孔隙中的部分钙矾石晶体、Ca(OH)2反应生成碳酸钙晶体和无定型的硅胶，降低了粗骨料的表面孔隙率，因而降低了吸水率。然而碳化 144h 的骨料吸水率反而相对 96h 有 9.4%的增长，说明过度延长碳化时间并不能一直降低骨料的吸水率。推测原因是反应物 CaO2SiO23H2O 和 Ca(OH)2不断被消耗，反应逐渐减缓，生成的 CaCO3继续与 CO2和 H2O 反应生成Ca(HCO3)2，消耗了生成的 CaCO3。2.2 压碎指标图 3 是不同碳化时间骨料的压碎指标。压碎指标在碳化48h 时最低，相比未碳化组降低了 4.27%；碳化 96h 的压碎指标最高，相比未碳化组增加了 10.19%；碳化 144h 后骨料的压碎指标有下降趋势。随着碳化时间的增加，骨料孔隙中的固相体积不断增加，放入圆筒中的骨料比表面积改变，受压面积改变，压碎指标则会有一定幅度的变化。图 3 压碎指标2.3 骨料加压碳化机理与天然骨料相比，RCA 表面附着有老旧砂浆，还有破碎时造成的大量微裂纹，因此 RCA 孔隙率大、强度低，从而导致了再生混凝土强度降低。当再生骨料经过碳化增强后，部分钙矾石晶体、Ca(OH)2与 CO2发生反应生成碳酸钙，填补了内部的部分空隙，使其制备的再生混凝土内部空间更加致密。RCA 表面附着的老砂浆中含有大量的 Ca(OH)2和 C-S-H 凝胶等水泥水化产物，这些物质相对天然骨料疏松，CO2可以相对容易地进入其中与其发生化学反应，进而促使其内部的微观结构发生改变，反应方程式为：CO2+H2O H2CO3Ca(OH)2+H2CO3 CaCO3+2H2O3CaO2SiO23H2O+3H2CO3 3CaCO3+2SiO2+6H2O上述反应生成的碳酸钙以及无定型硅胶均能增大固相体积，填充孔隙，降低骨料吸水率，提高再生骨料的相关性能9。a）碳化炉b）万能试验机图 1 主要试验设备图 2 吸水率59材料与技术Material&Technology2023 NO.02 3 结论本文对 RCA 进行了 4 种不同加压碳化时间的预处理，然后对骨料进行了吸水率和压碎指标测试，研究发现 96h 的改性再生混凝土吸水率最小，48h 压碎值最小。结论如下：（1）碳化时间在 96h 前，吸水率随碳化时间的增加逐渐降低，96h 时相比未碳化降低了 24.34%；在 96h 后吸水率有增加趋势，碳化 144h 相比 96h 增大 9.42%。说明碳化处理后的骨料吸水率均比未碳化处理骨料吸水率低，总趋势为逐渐下降；但碳化 96h 后吸水率有上升趋势说明持续延长碳化时间并不能一直增加骨料的物理性能，过度碳化吸水率会反向增加；（2）碳化时间在 48h 时压碎指标相比未碳化降低 4.27%，48h 后压碎指标有上升趋势；碳化 96h 的 RCA 相比未碳化压碎指标增加了 10.19%，碳化 96h 的 RCA 相比碳化 48h 增加了15.11%；96h 后压碎指标有降低趋势。说明加压碳化处理能促进骨料强化，但过度碳化反而会增大压碎指标；（3）加压碳化技术能改善再生骨料的吸水率和压碎指标，对建筑固废再利用的效率起到了非常显著的提升作用，有利于建筑行业减少对天然骨料的需求，从而降低对自然环境的破坏。参考文献：1 孙跃东，肖建庄.再生混凝土骨料J.混凝土，2004（6）：33-36.今年我市将以打造高品质生活宜居地为引领，在城市品质升级、基础设施改善、生态环境提质等方面持续发力，让更多市民在美丽宜居的新重庆中感受幸福美好的新生活。今年将改造老旧小区 2069 个、棚户区 1.6 万户提升城市品质方面，今年，我市将持续做靓“两江四岸”主轴，十大公共空间全面建成开放，高品质建设长嘉汇、艺术湾城市功能名片，推进嘉陵滨江生态长廊建设；深入实施城市更新行动，常态化开展城市体检，推动 112 个城重庆加快打造宜居之城今年“两江四岸”十大公共空间将全面建成2 肖建庄，兰阳.再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究J.特种结构，2006（1）：17-20.3 汪文文.高性能再生骨料透水混凝土的制备与性能研究D.重庆：重庆大学，2019.4 ZHAN B J,XUAN D X,POON C S.Enhancement of recycled aggregate properties by accelerated CO2 curing coupled with limewater soaking processJ.Cement and concrete composites,2018,89:230-237.5 程亚卓，孟美丽.碳化增强再生骨料对混凝土性能的影响 J.新型建筑材料，2021（5）：57-60.6 ZHAN J K,SHI C J,LI Y K,et al.Influence of carbonated recycled concrete aggregate on properties of cement mortarJ.Con-struction and Building Materials,2015,98:1-7.7 黄开林，薛垲，李书进.碳化处理后再生混凝土抗盐侵蚀性能研究 J.工业建筑，2021（8）：179-183.8 PAN G H,ZHAN M,FU M,et al.Effect of CO2 curing on demolition recycled fine aggregates enhanced by calcium hydroxide pre-soakingJ.Construction and Building Materials,2017,154:810-818.9 欧阳楚才，李燕良，沈小俊.再生骨料碳化强化的微观机理分析 J.山西建筑，2019（16）：88-89.责任编辑：刘艳萍，董婉妮市更新试点示范项目，实施城镇老旧小区改造 2069 个、棚户区改造 1.6 万户；进一步完善住房保障体系和住房市场体系，加快构建多主体供给、多渠道保障、租购并举的住房制度，持续保障新市民、青年人和困难群众基本住房需求，2023 年新筹集保障性租赁住房 8.1 万套（间）、人才公寓1 万套。摘自重庆日报资讯