再生骨料混凝土二次造壳搅拌工艺的试验研究.pdf

第 3 1 卷 第 1 期 2 01 5年 3月 北 京 建 筑 大 学 学 报 J o u r n a l o f B e i j i n g Un i v e r s i t y o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e Vo I 31 No 1 M a r 2 01 5 文章 编号 ： 1 0 0 4 6 0 1 1 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 0 8 0 4 再生骨料混凝土二次造壳搅拌工艺的试验研究 穆静 波 ， 黄振 邦 ， 崔雅倩 ( 北京建筑大学 土木与交通 工程学 院，北京 1 0 0 0 4 4 ) 摘要：为研究再生骨料混凝土二 次造 壳搅拌工艺的技 术效果 ， 提 出了减 少水泥与二次搅拌相结 合的搅拌工艺通过与传统搅拌工艺的对 比试验 ， 表 明再生骨料混凝土采用适当的二次造 壳搅拌 方 法 ， 在减 少水泥 用量 5 的情 况下 ， 其 力 学性 能几乎 不 受影响 ， 且 其 工作 性和 耐 久性 还略 有 提 高 二 次造 壳搅拌 工 艺可 以节约 水泥 ， 进 一 步增加 环保 效 果、 提 高经 济效 益 关键词 ： 再生骨料混凝土 ； 二次造壳；搅拌工艺；水泥用量 中图分 类号 ： T U 5 2 8 0 6 2 文献 标志 码 ：A Te s t a n d S t u d y o f Re c y c l e d Ag g r e g a t e Co nc r e t e wi t h S e c o nd a r y M a n u f a c t ur i n g Sh e l l M i x i ng Ap pr o a c h Mu J i n g b o ，Hu a n g Z h e n b a n g， C u i Ya q i a n ( S c h o o l o f C i v i l a n d T r a ff i c E n g i n e e r i n g ， B e ij i n g U n i v e r s i t y o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ，B e ij i n g 1 0 0 0 4 4 ) Ab s t r a c t ： F o r t h e s t u d y o f t h e t e c h n i c a l e f f e c t o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e wi t h s e c o n d a r y ma nu f a c t u r i n g s h e l l mi x i n g a p p r o a c h，t h e s e c o n d a ry ma nu f a c t u r i n g s h e l l mi x i n g a p p r o a c h c o mb i n e d wi t h r e d uc i n g c e me n t i s p r o p o s e d i n t h e p a pe r Co mpa r e d wi t h t h e t e s t o f t r a d i t i o na l mi x i n g a p p r o a c h，i t i n di c a t e s t h a t t he s e c o nd a r y ma n u f a c t u r i n g s h e l l mi x i n g a p p r o a c h c o mb i n e d wi t h r e d u c i n g fiv e p e r c e n t o f c e me n t h a s l i t t l e i n f l u e n c e o n t h e me c ha n i c a l pr o pe r t i e s o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e， a n d i t s wo r k a bi l i t y a n d d ur a b i l i t y h a v e a b i t o f i mp r o v e me n t Th e r e f o r e，t h e s e c o n d a r y ma n u f a c t ur i n g s h e l l mi x i n g a p p r o a c h c a n r e d u c e t h e c e me n t d o s a g e，i n c r e a s e e n v i r o nme n t a l e f f e c t ，a n d i mp r o v e t h e e c o n o mi c b e n e f i t Ke y wo r ds：r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e；s e c o n d a ry ma n u f a c t u r i n g s h e l l ；mi x i n g a p p r o a c h；c e me n t do s ag e 将废 弃混 凝 土进行 回收并加 工制成 再生 骨料 来 制作 混凝 土 ， 对于 保 护 环境 、 节 约 资源 、 建 设 生 态 建 筑和实现城市的可持续发展具有重要意义但与天 然骨料相比， 再生骨料表面含泥量高 ， 大多附着 旧水 泥砂浆或灰粉 ， 内部裂缝多 ， 孑 L 隙率大、 吸水率高、 压 碎指标 值 高 ， 且 其 密 度 及 强 度 均 较 低 导 致 再 生 骨 料混凝 土 的密度 和 弹 性模 量 较 低 ， 拌 合 物 和 易性 较 收稿 日期 ： 2 0 1 41 22 2 基金项 目： 北京市教育委员会科技计 划面上项 目( K M2 0 1 2 1 O 0 1 6 0 0 2) 作者简介 ：穆静波 ( 1 9 5 5 一 ) ， 男 ， 教授 ， 研究方向 ： 施工技术 与管理 差 ， 硬化 后力 学性 能和耐 久性 普遍 较差 ， 而再 生骨 料 混凝 土 中的新 水 泥石与 再生 骨料 中 的老砂浆 及原始 骨料之 间存 在界 面 过渡 区 ， 它往 往 成 为 混凝 土 中最 薄弱部位 ， 从而再生骨料混凝土 的性能较普通 混凝土有较大程度的降低研究表 明， 二次造壳搅 拌 工艺 可 以改善 混凝 土 内在 界 面 关 系 ， 弥 补再 生 骨 料 的缺 陷 ， 提 高 再 生 骨 料 混 凝 土 的 性 能 孙 成 第 1期 穆静波等 ： 再生骨料混 凝土二次造壳搅拌工艺 的试验研究 9 城 、 V i v i a n W Y T a m 对再 生骨 料混 凝 土不 同二 次搅 拌 工 艺 的研 究 以及 张 学 兵 对 再 生 混 凝 土制备工艺的研究 ， 均认为二次搅拌 工艺具有较好 的效果 对于再生骨料混凝土 ， 由于其骨料与天然骨料 有较大差异 ， 如何仅通过改变搅拌投料顺序提高其 强 度和性 能 ， 或者 在 强 度 和 性 能基 本 不 变 的情 况 下 能够节约水泥等胶凝材料是本文研究的重点穆静 波 等人 对再 生混 凝 土 的搅 拌 工 艺 进 行 了研 究 ， 认 为 二次 搅 拌 工 艺 能 综 合 提 高再 生 混 凝 土 的 各 项 性 能为进一步研究再生骨料混凝土二次造壳搅拌工 艺的技术效果 ， 在降低 5 水泥用量的前提下 ， 进行 了本文试验提出了减少水泥用量 5 的二次造壳 搅 拌工 艺 1 二次造 壳搅 拌工艺及其作用机理 所 谓 二 次搅 拌 工 艺 ， 是 指 在 考虑 混 凝 土 组分 中 各 物料 相互 均匀 混 合 作 用 的 基础 上 ， 利 用 物料 投 料 量 、 搅拌 顺序 对 混凝 土 内部结 构形 成影 响 ， 综合 提高 混 凝 土性能 的工艺方 法 本 课 题组 前 期经 过 6种 不同投料顺序的造壳搅拌工艺试验研究 ， 得到在强 度 、 耐久性及工作性均较好的搅拌工艺， 该搅拌工艺 的流 程 为 ： 先加 入 天 然 石 子 ( N A) 、 砂 ( S ) 和 7 0 水 ( W1 ) ； 搅 拌 3 0 S 后 ， 加 入 全 部 水 泥 ( C) ； 然 后 搅 拌 3 0 s 后 ， 加入剩余水( W2 ) 和减水剂 ( 减 ) ； 再搅拌 3 0 s 后 ， 加 入再 生粗 骨料 ( I R A) ； 最后 搅 拌 1 2 0 s 后 形成 混 凝 土拌合 物 传统的一次搅拌工艺采用水泥 、 砂石 、 水 、 外加 剂 经计 量后 一 次投入 拌 筒进 行搅 拌 ，若 干 时 问后 出 料形成新拌混凝土 ， 具有投料程序简单 、 搅拌时间短 的优点， 但也存在很 多不 足其新拌 混凝 土砂石表 面易形 成一 层 自由水膜 ， 增 大 了界面 区 的水灰 比 ， 从 而 削 弱 了水泥 浆 与集 料 的粘 结 强 度 ， 使 水 泥 浆 体 的 作用 远未 发挥 出来 ； 混凝 土 中 的水 泥 浆 放 在 显 微镜 下时会发现， 仍有 1 0 一 3 0 的水泥颗粒粘聚成微 小 的水 泥 团 ， 水 泥 水 化 很 不 充 分 ， 见 图 1 ( a ) 而 二 次 搅拌 工 艺能 很大 程度 上弥 补传 统搅 拌工 艺 中存在 的不 足 ： 通 过先 搅 拌水 泥浆 或 水 泥 砂 浆 来 促 进水 泥 颗 粒 的分散 程 度 ， 消 除水 泥颗 粒 黏 聚 成 的微 小水 泥 团， 使水泥水化充分 ， 提高混凝土的强度由于消除 了水 泥颗粒 黏 聚成 的微 小 水 泥 团 ， 使 水 能 充 分分 散 于水泥颗粒间 ， 能充分发挥水在混凝土拌合物中改 善 流 动性 的作 用 ， 见 图 1 ( b ) ” ” 此 外 ， 二 次 造 壳 搅 拌工艺 进 行 了两 次 造 壳 ： 其 一 ， 在 投 入 天 然粗 、 细骨料与第一部分水润湿搅拌后 ， 投入的水泥立即 粘附 在天 然骨 料表 面 的水 膜 上 ， 强 化 了水 泥 的水 化 反 应 ， 限制 了 C H 晶体 的扩散 而 强化 了界 面层 ， 从 而 对 天 然 粗 骨 料 进 行 了 造 壳 加 上 起 初 加 水 量 为 7 0 ， 使天 然骨 料表 面形 成 了致 密 的低水 灰 比浆壳 其二 ， 投入的再生粗骨料 与搅拌均匀的水泥砂浆再 次搅拌时， 再生粗骨料直接与水泥砂浆接触 ， 使水泥 砂浆 包裹 在骨 料表 面 ， 从 而对 再 生粗骨 料进 行造 壳 加上再生粗骨料的高吸水率 ， 这就 自然造成 了再生 粗骨 料表 面 的相 对 低 水 灰 比浆 壳 综 上 ， 通 过 上 述二次造壳搅拌工艺的造壳效应 ( 见 图 2 ) ， 可 以改 善再 生骨 料混 凝 土 的微 观 结 构 ， 增 强 混凝 土 的强 度 和相 关性 能 _： _ I _ ( a ) 一次搅拌工艺 ( b ) 二次搅拌工艺 图 1 不 同搅 拌工艺对 水泥分散的效应 - - - 。 。 。 水灰比 大的水泥f 砂浆 ) 浆 图 2二次造 壳搅拌 工艺 的造 壳效应 2 二次造 壳搅拌工艺试验研究 2 1试 验设 备及 材料 本试验用搅拌机为浙江上虞飞达试验机生产的 H J W一 6 0型 强制 式 单 卧 轴? 昆凝 土 搅 拌 机 ， 搅 拌 轴 转 速 4 8 r m i n ， 出料容量 6 0 L _无需改造设备 ， 造成成 本 的浪 费水泥 采用 河北燕 郊 新 型建 材有 限公 司生 产 的钻 牌 P C 3 2 5 R复合 硅 酸盐 水 泥砂 为 天然 普 1 0 北京 建筑 大学 学 报 通河 砂 ， 属 区细 砂 再 生 粗 骨 料 是 由北 京 市石 景 山 区的 中机渣 土资 源 化处 置 有 限公 司 生产 的 ， 来 源 于砖混结构房屋中拆除的混凝土构件 ， 经机械破碎 ， 人工 筛分 、 清洗 ， 得 到 粒径 51 0 m m 和 1 0 2 0 1T i m 的骨料 ， 再按 2 ： 3 质量 比进 行投 料 ， 即混合 成 良好 连 续级 配 的再生 粗骨 料 ， 它 与 天 然 粗 骨料 的各 项 性 能 指 标见 表 1 天然 粗 骨料采 用 石灰 岩碎 石 ， 由粒 径 5 1 0 mm和 1 0 2 0 m m 的骨 料按 2 ： 3 质量 比进 行投 料 ， 即混合成 良好连续级配的天然粗骨料减水剂 采用北京凯斯美联合化工产品有限公司生产的 K S M 一 8 3 0聚羧酸 高效减 水剂 ， 密度 1 0 6 0 k g m ， 浓度 3 8 ， 减 水率 3 3 水为北 京 市 自来 水 表 1 再生粗骨料与天然粗骨料的性能指标 指标 ( k g 皴 m- s ( k g 锻 m 3 2 2试验 步骤 试验 中分 别 采 用 2 5 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0 四种 再生粗骨料替代率来配制再生骨料混凝土 ， 故共采 用 四种 配合 比方案 均假定 再 生混 凝土 的设计 强 度 等级为 C 2 5 ， 坍落度为 1 6 02 1 0 m m经计算 、 试配 与 调整 后 ， 最 终采 用 的配合 比见表 2 表 2再 生骨料混凝土 配合 比 在同一种配合 比条件下 ， 再生混凝土 的制备工 艺分别采用传统搅拌和二次造壳搅拌两种制备工艺 ( 其 中二次造壳 搅拌组 在原先 配合 比下单纯 减少 5 水泥 用量 ) ， 其工 艺 流程见 图 3 传统搅拌： 二次造壳搅拌 ： 图 3传统搅拌和二次造壳搅拌 1 - 艺流程 图 传统搅拌和二次造壳搅拌两种制备工艺均按要 求制成 5组( 每组 3块) 边长为 1 0 0 mm的立方体试 块 ， 养护 1 d后拆模 ， 放人标准养护室养护至 3 d 、 2 8 d 根据试验安排分别测定其新拌混凝土坍落度 ， 3 d 抗压强度、 劈裂抗拉强度 ， 2 8 d抗压强度 、 劈裂抗拉 强度和 N E L法氯离子扩散系数 2 3试 验 结果及 讨 论 2 3 1 二次 造壳 搅 拌 工 艺对 再 生 骨 料 混凝 土 力 学 性 能 的影 响 由图 4和图 5可以看 出， 再生粗骨料替代率为 2 5 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0 的再 生 混 凝 土 中 ， 采用 二 次 造壳搅拌工艺与传统一次投料搅拌工艺相比， 3 d 抗 压强度分别变化 了 0 、 1 8 、 0 、 一 5 1 ， 3 d劈 裂 抗 拉 强 度 分 别 降 低 了 3 0 、 5 4 、 1 1 、 5 7 由此 可 以看 出减 少 水 泥 与 二 次 搅 拌 相 结 合 的搅拌工艺的再生混凝土 3 d抗压强度相对于传统 搅拌工艺基本持平 ， 3 d劈裂抗拉强度相对于传统搅 拌工 艺略有 降 低而 随再 生 骨 料 替 代 率 变 化 ， 其 强 度发 生波 动 ， 但 没有 明显变 化趋 势 缆 j 范拌 2 2 4 2 2 2 0 。 ： 5 0 7 5 1 0 0 再生骨料替代率 图 4 不同搅拌工艺对再生骨料混凝土 3 d抗压强度的影响 由图 6和 图 7试 验结 果 数据 可 以看 出 ， 再 生粗 骨料替代率为 2 5 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0 的再生混凝 加 B d w 嘿 n 第 1期 穆静波等 ： 再 生骨料混凝土二次造壳搅拌工艺 的试 验研究 一 统 j 栉 2 2 1 2 0 ， 1 0 1 9 E 二 次j 觉 拌 7 8 1 7 l 一 1 6 6 1 6 _ 一 一 5 0 7 5 1 0 0 再生骨料替代率 图 5不 同 搅 拌 工 艺 对 再 生 骨料 混 凝 土 3 d劈 裂 抗 拉 强 度 影 响 土中 ， 采用二次造壳搅拌工艺与传统一次投料搅拌 工 艺相 比 ， 2 8 d抗 压强 度 分别 变 化 了 0 8 、 0 2 、 3 3 、 一3 6 ， 2 8 d劈 裂 抗 拉 强 度 分 别 变 化 了 7 5 、 一4 7 、 9 4 、一1 6 由此 可 以看 出减 少 水泥 与二 次搅 拌相 结 合 的搅 拌 工艺 的再 生混 凝土 2 8 d抗压强度相 对于传统搅拌工艺基本持平 ， 2 8 d 劈裂抗拉强度相对 于传统搅拌工艺有 所浮动， 整体 维持不变而随再生骨料替代率变化 ， 其 强度 发生 波动 ， 但无明显变化趋势 50 4 0 警 。 墨2 0 焉l O 0 罨 骥 蔷 R 罱 一七 d t 专 现 4 4 4 4 5 E 二 次 ! 6 5 3 7 8 3 7 一 5 9 3 6 ： I 一 - 一 5 O 7 5 1 0 0 再生骨料替代率 图 6不同搅拌工艺对再 生骨料混凝土 2 8 d抗压 强度的影响 团 传统搅拌 图 二次搅拌 3 6 3 5 j ， 3 6 ： 3 4 ) 3 2 1 ； 4 6 J 9 7 5 0 7 5 1 0 0 再生骨料替代率 图 7 不 同搅 拌工艺对再生骨料混凝土 2 8 d劈裂抗 拉 强度 影 响 2 3 2二次 造壳 搅 拌 工 艺 对 再 生 骨 料 混凝 土抗 氯 离子 渗透 性能 的影 响 由图 7试验结果数据可以看 出， 再生粗骨料替 代率为 2 5 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0 的再生混凝土 中， 采 用二次造壳搅拌 工艺与传统一次投料搅拌 工艺相 比， 2 8 d氯 离 子 扩 散 系 数 分 别 降 低 了 1 3 3 、 2 2 3 、 1 4 7 、 3 7 由此 可 以看 出减 少 水 泥 与 二次搅拌相结合的搅拌工艺 的再生混凝土 2 8 d氯 离子扩散系数相对于传统搅拌工艺普遍下降约 5 2 0 ， 在再生 骨料替代 率为 5 0 时下降 幅度最 大 ， 其耐 久性 得 到较大 改善 5 0 7 5 1 0 0 再生骨料替代率 图 8 不 同搅拌工艺对再 生骨料 混凝 土氯离子 扩散 系数 影 响 2 3 3 二 次 造壳 搅 拌 工 艺对 再 生 骨 料 混凝 土流 动 性 能 的影 响 由于试 验 中所制备 的再 生 骨料混 凝土 的工 作性 能中粘聚性和保水性均表现良好 ， 所以 ， 本研究仅以 再生混凝土的流动性 ， 即新拌再生骨料混凝土的坍 落度作为评测指标 暑 蜜 E 统 i 拌 2 2 0 21 0 E 二 次 踅 拌 2 1 5 2 o 0 - 21 0 2 1 ( 2 0 5 一 1 9 5 。 一 - 一 _ _ 由图 9试 验 结 果数 据 可 以看 出 ， 再 生 粗 骨料 替 代率为 2 5 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0 的再生混凝土中， 采 用 二次 造 壳 搅 拌 工 艺 与 传 统 一 次 投 料 搅 拌 工 艺 相 比， 坍落度分别提高 了 O 、 1 0 3 、 7 3 、 5 由 此可以看出减少水泥与二次搅拌相结合的搅拌工艺 的再生混凝 土坍 落度相对于传统搅 拌工艺 明显变 大 ， 提高值为 02 0 m m但穆静波 等人对再生混 凝土搅拌工艺 的研究表 明二次造壳搅拌工艺与传统 ( 下转 第 3 1页 ) 5 0 5 0 5 0 2 2 ， l 0 B d W 嗵群躲t n 蚰 如 0 3 2 2 1 l N g=_ 0_【 疑 衽 艇噼 N 5 0 5 0 5 0 5 O 5 加 加 掩 0 5 O 5 0 5 0 5 O 第 1 期 郭建东等 ： 再 生混凝 土低矮剪力墙抗震性能有 限元分析 3 1 ( 上接 第 1 1页) 搅 拌工 艺相 比 ， 再 生骨 料 混 凝 土 的流 动 性 变化 幅度 不大 ， 且普遍稍有降低 ， 并未使工作性有所提高其 主要原 因是第一次预湿 ， 骨料吸收了较多的水分 ， 在 同样 水胶 比的情 况 下 ， 颗 粒 间浆 液 的 水 分较 常规 搅 拌 工 艺减 少所 致其 次也 与搅 拌机 的搅 拌速 度 较低 和 搅拌 时 间较 长 有 关 因此 ， 综 合 分 析 知 本 文 中影 响再生混凝土流动性 的的主要 因素是水泥用量的降 低 因为 本 文 采 用 的 二 次 搅 拌 工 艺 中水 的 用 量 不 变 ， 直 接减 少 了水 泥 用 量 ， 从 而 增 大 了水 灰 比 ， 最 终 增 加 了混凝 土 的流 动性 3 结论 1 ) 与传 统 一次 投料 搅 拌 工 艺 相 比 ， 采 用 二 次搅 拌工艺， 即便减少水泥用量 5 ， 其再生骨料混凝土 的强度也基本持平 2 ) 与传 统一 次投 料 搅 拌 工 艺相 比 ， 二 次搅 拌 工 艺 在 减少 水 泥 用 量 5 的情 况 下 ， 氯 离 子 扩 散 系数 普遍下降 ， 能有效改善再生骨料混凝土的耐久性能 3 ) 与传统一次投料搅拌工艺相 比， 二次搅拌工 艺 在减 少水 泥 用 量 5 的情 况 下 ， 再 生 骨 料 混 凝 土 的坍 落度 明显 增大 ， 其 工作性 大 大提 高 ， 这 对 于混凝 土 的运输 、 浇 筑及成 型 质量具 有 重要作 用 综上所 述 ， 二 次 搅 拌 工 艺 在 减 少 5 水 泥 用 量 的情 况下 ， 能 达到 采用 传 统 搅 拌 工 艺 不 减少 水 泥 时 的强度等级 ， 并可使再生混凝土的工作性和耐久性 有所提高可见 ， 二次造壳搅拌工艺可 以改善再 生 混凝 土 的性 能 ， 具有 稳定 的技 术效 果 参考 文献 ： 1 施惠生 ， 刘金 为再 生混凝 土微 观结构特 征及其 耐久 性改善技术 J 水泥工程 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 6 7 7 1 2 水 中和 ， 潘 智 生 ， 朱 文琪 ， 等 再生 骨料 混凝 土的 微观 结构特征 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 3 ， 2 8 ( 1 2 ) ： 9 9 1 O 2 3 孙成城 ， 袁东 ， 宋建学 二次搅拌 工艺对 再生混凝 土强 度的影响研究 J 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 1 2 5 1 2 8 4 V i v i a n W Y T a m，G a o X F ，T a m C MMi c r o s t r u c t u r a l a n a l y s i s o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o nc r e t e pr o du c e d f r o m t wo s t a g e m i x i n g a p p r o a c h J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 2 0 0 5， 3 5 ( 6 )：1 1 9 51 2 0 3 5 张学兵 ， 方 志 ， 匡成钢 ， 等 制备工艺 对再 生骨料 混凝 土性能的影响 J 工业建筑 ， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 1 0 1 1 0 6 6 Mu J i n g b o ，C u i Y a q i a n S t u d y o n e f f e c t o f r e c y c l e d a g - g r e ga t e c o n c r e t e wi t h s e c o n da r y ma n u f a c t u r i n g mi x i ng a p p r o a c h A 6 t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n C o n t e m p o r a r y Pr o bl e ms o f Ar c h i t e c t u r e a n d Co n s t r u c t i o n， F a c ul t y o f Ci v i l Eng i n e e r i ng VSB Te c h ni c a l Un i v e r s i t y o f Os t r a v a，2 01 4 7 王卫 中， 冯忠绪 混凝土搅拌工艺方案 比较 J 工程 机 械 ， 2 0 0 6( 1 1 )： 6 26 5， 1 1 5 责任 编辑 ： 佟启 巾