再生细骨料对混凝土性能的影响研究.pdf

2 0 1 3年 第5期 (总 第 2 8 3 期) Nu mb e r 5 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 3 0 5 0 1 7 再生细骨料对混凝土性能的影响研究 冯庆革 l a ,b 。邵江 协 ，周文安 协 ，张顺 伯 。朱惠英 ，李贞 ( 1 广西大学 a 环境学院；b 工程防灾与结构安全重点实验室 ，广西 南宁 5 3 0 0 0 4 ； 2 广西建筑科学研究设计院 ，广西 南宁 5 3 0 0 1 1 ) 摘要 ： 研究 了再生细骨料对再生混凝土表观密度 、 抗压强度以及抗氯离子渗透性能的影响。 结果表明， 新拌再生混凝土的表 观密度与再生细骨料掺量之间存在较好的线性关系， 表观密度随着再生细骨料掺量的增加而逐步减小。 水灰比为 0 5 5 时 ， 再生混 凝土的抗压强度低于普通混凝土， 水灰比为 O 3 5 时 ， 再生细骨料掺量为 3 0 时混凝土抗压强度最高， 且各掺量下均高于普通混凝 土。 不加任何矿物掺合料的情况下， 各龄期的电通量变化规律与相应龄期的强度变化规律基本一致。 再生混凝土的强度越高， 其抗氯 离子渗透性能越好。 关键词： 再生细骨料；再生混凝土；表观密度 ；抗压强度 ；取代率；抗氯离子渗透 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 6 2 0 3 R e s e a r c h on t h e e f f e c t o f t h e f i n e r e c y c l e d a g gr e g a t e on t h e p e r f o r m a n c e o f c o n c r e t e F E NG Q i n g - g e ， S HAOJ i a n g l a ， Z HOUWe n a ， 】 la ， Z HANGS h u n ， Z HUHu i - y i n g ， L I Z h e n ( 1 a Co l l e g e o f E n v i r o n me n t ； b Ke y L a b o r a t o r y o f Di s a s t e r P r e v e n t i o n a n d S t r u c t u r a l S a f e t y Mi n i s t ry o f E d u c a t i o n， Gu a n g x i Un i v e r s i ty， Na n n i n g 5 3 0 0 0 4 ， Ch i n a ； 2 Gu a n g x i I n s t i t u t e o f Bu i l d i n gRe s e a r c handDe s i g n， Na n n i n g 5 3 0 0 1 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e e ff e c t o f fi n e r e c y c l e d a g g r e g a t e S s u b s t i tut i o n p r o p o r t i o n o n t h e a p p a r e n t d e n s i ty， c o mp r e s s i v e s t r e n g t h and r e s i s t i n g c h l o r i d e p e r me a b i l i t y o f r e c y c l e d wa s s t a d i e d T h e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e a p p a r e n t d e n s i ty wa s l i n e a r l y r e l a t e d t o d i ff e r e n t s u b s t i tut i o n p e r c e n t a g e o f fi n e r e c y c l e d a g g r e g a t e s T h e gra d u a l l y gro wi n g a p p a r e n t d e n s i ty h a p p e n s a s the gra d u a l l y i n c r e a s i n g s u b s t i tut i o n p e r c e n t a g e The c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o fr e c yc l e d c o n c r e t e wa s l owe r t h an t h e o r i g i n a l c o nc r e t e wi t h W C= 0 5 5 Th e c o mpr e s s i v e wa s h i g h e r t h a n t h e o rig i n a l c o n c r e t e a t a l l s u b s t i tut i o n pe r c e n t a g e s wi t h W C=0 3 5： a n d i t wa s h i g h e s t whe n t h e s u bs t i tut i o n p e r c e n t a g e o f fin e r e c y c l e d a g g r e g a t e s wa s 3 0 Th e r e g u l a r i t i e s of d i e l e c tri c flu x o f r e c y c l e d c o n c r e t e a t e a c h a g e we r e b a s i c a l l y a c c o r di n g wi t h t he o n e s o f c o mpr e s s i v e s tr e n g t h a t h o mo l o g o u s a g e wit h o u t b l e n d i n g mi n e r a l a d mi x tur e T h e h i g h e r t h e c o mp r e s s i v e s tre n gth o f RC wa s ， t h e b e e r t h e r e s i s t i n g c h l o r i d e p e r me a b i l i ty wa s K e y wo r d s ： fi n e r e c y c l e d a g gre g a t e s ； r e c y c l e d c o n c r e t e ； a p p a r e n t d e n s i t y ； c o mp r e s s i v e s t r e n gth； s u b s t i tut i o n p e r c e n t a g e ； r e s i s t i n g c h l o r i d e p e rm e a b i l i ty 0 引 言 近年来 ， 随着我国经济的迅猛发展 ， 城市化进程 的不 断加快 ， 建筑垃圾 已成为 固体废弃处理领域 的一个热门且 十分棘手的问题。 其中 ， 废弃混凝土 的资源化回收利用对于 促进建筑行业 的可持续发展 、 缓解 天然砂石骨料 的开采危 机和构建节约型社会具有重要的意义l】 - 2 。 将废弃混凝土进 行破碎 、 分级以及强化处理后制备再生骨料， 用于配制再 生混凝土 ， 是实现废弃混凝土高效回收利用 的重要途径 。 然而， 再生骨料的性能特征与天然骨料之间存在较大的差 别 ， 导致再生混凝土的性能普遍偏低 ， 因此研究再生骨料 与再生混凝土性能之间的关系是具有现实意义 的。 目前 ， 国 内外对再生粗骨料的研究 以及应用都 比较广泛 ， 而再生 细骨料却不是如此 ， 主要原因是专家学者普遍认为再生细 骨料的高吸水率会严重影响再生混凝土 的机械性能 。 本 试验采用机械剥离工艺 ， 将道路废弃混凝土块制备成再生 细骨料 ， 并利用其配制再生混凝土 ， 研究不同水灰 比下再 生细骨料对再生混凝土表观密度 、 抗压强度和抗氯离子渗 透性能的影响。 1 试验设计 1 1 试验材料 1 1 1 水泥 采用扶绥新宁海螺水泥有限责任公 司生产 的 P O 4 2 5 级水泥 。 其化学和矿物组成 、 物理及力学性能数据分别见 表 1 、 2 。 1 1 2 天然骨料 本试验选用 广西大都 混凝 土集 团有 限公 司库存 的天 收稿日期 ： 2 0 1 2 1 1 1 9 基金项 目： 广西科学研究与技术开发计划( 桂科攻 1 1 1 0 7 0 1 6 1 1 ， 1 2 l 1 8 0 1 4 1 B， 1 2 1 1 8 0 2 3 2 ) 62 表 1 水泥熟料的化学和矿物组成 化学组成 矿物组成 成分 含量 成分 含量 然骨料。 粗 骨料 为粒径 5 2 0 ml l l 的碎石 ；细骨料 为河 砂 ， 属细砂 ， 粒径 0 1 6 5 r u i n ， I I I 区级配。 具体性能如表 3 所示 。 1 1 3 再生细骨料 再生骨料以南宁市内某道路拆除时的废弃混凝土为 原 料 ( 强度 2 5 3 5 MP a ， 无钢 筋 等杂 质 ) ， 经二 次 破 碎处 理 、 人工筛 分而得 ， 原生混凝 土骨料为碎石 。 生产 出的再 生 细骨料属粗砂 ， 粒径 0 1 6 5 l n l n ， I 区级配 。 具 体性能如 表 4所示 。 1 1 4 高效减水剂 高效减水剂是配制性能优 良的混凝土必不可少 的外 加剂 。 本试验为配制满足拟定工作 性能的再生混凝土 ， 采 用萘系高效减水剂 ， 固含量为 3 0 。 1 1 5 拌和水 本试验所用 的拌和水均为 自来水。 1 2试 验 方 法 本试验 以道路废弃混凝土为原料 ， 将经过一级破碎后 的骨料进行机械剥离处理 ， 然后人工筛选出 0 1 6 5 l n m粒 径范围的再生细骨料 。 参考 J G J 5 5 2 0 l 1 普通混凝土配合 比设计规程 设计 配合 比， 配制普通混凝土和再生混凝土。 测定再生混凝土和普通混凝土的表观密度 、 7 、 2 8 d以及 9 0 d 的抗压强度和抗氯离子渗透性能。 各性能测试方法分别参 照 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ( 普通混凝土拌合物性能试验方法标 准 、 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验方法标 准 和 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能 和耐久 性 能试验方法标准 进行 。 表 2 水泥的物理及力学性能 表 3 天然骨料性能 2结果与讨论 由于再生细骨料 的表观密度跟天然 细骨料有一定 的 差别 ， 因此 ， 掺人再生细骨料会对混凝土 的表观密度产生 一 定的影响。 为了探讨再生细骨料的掺量与再生混凝土表观 密度之 间的关系 ， 试验选取 了两个水灰 t L ( w c = o 3 5 、 0 5 5 ) ， 再生细骨料取代率 为 0 、 3 0 、 5 0 、 7 0 。 在各 掺量下试验 的混合细骨料级配处于 U区范围内。 结合相关文献 ， 本试验采用表 5 所 示的配合 比， 砂率 为 3 7 ， 控制坍 落度( 1 8 0 1 0 ) 1T t n ， 测试再生混凝 土的表 观密度和不 同养护龄期 的抗压强度 。 2 1 再生细骨料取代率对再生混凝土表观密度的影响 试验中， 对新拌再生混凝土的表观密度进行 了测试 。 测 试结果见表 5 和图 1 。 由图 1 可知， 随着再生细骨料掺量的增大， 高低水灰比 情况下拌合物的表观密度均有所降低。 经拟合后发现， 再生细 骨料掺量与再生混凝土表观密度之间的线陛关系十分明显， 尤 其是低水灰比下 ， 线性相关系数 值超过 0 9 6 ， 高低水灰 比 下的线性拟合方程分别为 ， 一0 1 l + 2 4 4 0 、 一 0 1 5 x + 2 4 5 9 。 由上可知 ， 在不加任何掺合料 的情况下 ， 新拌再生 混 凝土的表观密度受再生细骨料 的影响 ， 且随着再生细骨料 掺量的增加 ， 拌合物表观密度呈现降低 的趋势 ， 但变化较 小 。 经分析可得 ， 导致新拌再生混凝土表观密度降低 的主要 表 5 掺再生骨料的混凝土理论配合比和机械性能 注： 配合 比中粗细骨料用量为未包括其含水率的净重 ； 粗骨料均为天然骨料 ， 再生细骨料掺量采用等质量取代。 6 3 g 、 稍 取 代率 ， 图 1 拌合物表观密度与再生细骨料掺量关系 原因是再生细骨料砂浆含量高、 吸水率大， 密度小于天然 细骨料。 因此 ， 随着再生细骨料掺量的增加 ， 拌合物的密度 必然会随之下降。 2 2 再生细骨料取代率对再生混凝土抗压强度的 影响 本试验选用 7 、 2 8 、 9 0 d 抗压强度来表征再生混凝 土的 力学性能 。 分别研究 了 W C = 0 5 5 和 0 3 5时混凝 土的强度 性质。 根据表 5的结果 ， 分别绘制 了 W C = 0 5 5 和 0 - 3 5 时再 生混凝土各龄期抗压强度与再生细骨料掺量的关系图 ， 如 图 2所示 。 8 0 日 7 0 6 0 盟 5 0 40 3 0 取 代率 ( a ) W C=O 5 5 O 2 0 4 0 6 0 8 0 取代 率 ， ( b ) W C=0 3 5 图 2 W C= 0 5 5和 W C= 0 3 5抗压 强度 与再 生细 骨料 掺量 关 系 由图 2 ( a ) 可知 ， W C = 0 5 5 时 ， 各掺量下再生混凝土各 龄期的抗压强度均低于基准抗压强度 ( 即再生细骨料取代 率为 0时的混凝土抗压强度) ， 但降低幅度较小。 当养护龄 期为 7 d 时， 再生混凝土的抗压强度随着再生细骨料掺量的 增加 不断减 小 ； 2 8 d 时 ， 5 0 掺量下混凝 土强 度最低 ； 9 0 d 时， 5 0 掺量下混凝土强度最高， 其余掺量下略低。 由图 2 ( b ) 得 ， W C = 0 3 5 时 ， 再生混凝土 7 d 抗压强 度 在再生细骨料掺量为3 0 是最高， 其他取代率下稍有降低 ， 但都高于基准混凝土强度 ； 2 8 d 抗压强度也在 3 0 掺量下 达到最高， 其余掺量下偏低且低于基准混凝土强度 ； 9 0 d 强 度相对稳定 ， 同样是在 3 0 掺量下达到最高 。 由于再生细骨料高的吸水率和吸水速度 ， 在混凝土的 6 4 配制过程 中 ， 为 了保证其工作性 的一致 ， 附加 了其达到饱 和状态所需要 的水量 ， 使得实 际用水量增加 ， 这样就增加 了过渡 区的水膜厚度 ， 使有效水灰 比更高 ， 水泥水化过程 中除 了产生 C S H， 还有大量稳定 性极差 的游离 C a ( O H) ， 存在 ， 容易在水泥石和集料界面处富集并形成粗大晶粒 ， 成 为强度最薄 弱的环节 ， 削弱与骨 料的黏结力 ， 同时再生 骨 料孔 隙率高 ， 承受 轴向力 容易形 成应力 集中 ， 且水化过 程 中随养护龄期 的增长伴随较大 的体积收缩 ， 尤其是 当再生 细骨料掺量较大时 ， 因而 0 5 5 水灰 比下强度会 降低 ； 而表 面附着的砂 浆颗粒亲水性强 ， 能很快被水湿润 ， 吸附新 的 水泥颗粒也能填补破碎和研磨造成的缺陷 ， 加速界面 区的 水化 ， 促使形成更加致密的结构 ， 增强界面黏结 力。 此外 ， 再生骨料 吸附的水分 ， 在水化后期也会参与水化反应。 这些 因素的共同作用 ， 使得 0 3 5 水灰 比下 ， 掺再生细骨料的混 凝土 9 0 d 抗压强度均高于基准 ， 最高可达 1 0 6 2 。 2 3 再生细骨料取代率对混凝土抗氯 离子渗透性 的影响 为了评价再生混凝土的抗 氯离子侵蚀性能 ， 试验选用 A S T MC 1 2 0 2 方法 ， 测定 了 W C = 0 5 5 、 0 3 5 下的各龄期的再 生混凝土试块的 6 h的总电通量 ，以电通量的大小来衡 量 其抗氯离子渗透性 。 导电量越大 ， 其抗渗性也越差。 由图 3 ( a ) 可见 ， 7 d的电通量随 R F A掺量 的增加逐渐 增大 ， 2 8 d 时 5 0 掺量下最高 ， 9 0 d时 3 0 掺量下最高。 总 的来说 ， 各龄期下的电通量一 掺量关系曲线 的变化规律基本 一 致 ， 且各 电通量均大于基准 。 图 3 ( b ) 可知 ， 随着 R F A掺量的增加 ， 各龄期的电通量呈 升高趋势 ， 至 5 0 ,4 和 7 0 掺量时相当 ， 3 0 ,4 掺量时最低 ， 且均 低于基准 。 对比图 3 ( a ) 、 ( b ) 可清晰地看 出， 两者在 0 3 0 掺量 范围内曲线的变化规律刚好相反。 当掺量为 3 0 o t , ， 0 3 5 水灰 比下再生混凝土的抗氯离子渗透性能较好， 且优于基准混凝土。 U 、 20 40 60 8O 取代 率 ( a ) W C= 0 5 5 0 20 40 60 80 取代 率 ， ( b ) W C= 0 3 5 图 3 W C = 0 5 5和 W C = 0 3 5时再生细骨料掺量与电通量关系 下转第 6 8页 0 O 0 0 0 0 O O 0 0 0 0 0 O O O O 0 5 O 5 O 5 O 5 4 3 3 2 2 1 1 咖 嘲 0 O 0 0 O 0 O O 0 0 O 舳 们 加 舳 加 5O 日 40 3 o 营 2 0 1 0 0 水 化 时 I 司 d 图 8 粗骨料取代率 1 0 0 时矿物掺合料对再生混凝土强度的影响 从 图 8 所示 的试验结果 可以看 出， 当再生骨料的取代 率达到 1 0 0 时 ， 掺加粉煤灰后 ， 再生混凝土的强度 同样有 不 同程度 的降低 ， 当采用 粉煤灰 与硅灰 复掺以后 ， 再生混 凝 土的强 度基本 上接近或超过了单掺粉煤灰的再生混凝 土的强度 ， 尤其是 2 8 、 6 0 d强度均超过 了单掺粉煤灰的再生 混凝土。 3结 语 ( 1 ) 再生混凝土的抗压强度随着再生骨料取代率 的增 加表现出逐渐减小的趋势 ， 不过在取代率为 7 0 时 ， 再 生 混凝土 的抗压强度最高 ， 这可能是此时再 生骨料与天然骨 料两者形成的级 配较优 ， 也可能是 由于试验结果 的随机性 造成的。 ( 2 ) 由于所掺加 的粉煤灰是 I I 级灰 ， 属于低钙灰 ， 其活 性 比较低 ， 所以在再生混凝土中单掺粉煤灰时其早期强度 上接第 6 4页 结合 2 2 节 中各水灰 比下的强度规律来看 ，各再生细 骨料掺量下 的电通量与强度变化规律形成 了较好 的对应 ， 均说明在不加任何矿物掺合料的情况下 ， 再生混凝土的强 度越高 ， 其抗氯离子渗透性越好。 3结 论 ( 1 ) 再生细骨料掺量与新拌再生混凝土表观密度之 间 存在较好的线性关系 ， 表观密度随着再生骨料掺量的增加 而减小 ， 水灰 比越小 ， 降低幅度越明显 。 ( 2 ) 高水灰 比下 ， 各龄期再生混凝 土抗压强度均低 于 基准混凝土 ， 且 随着再生细骨料掺量的增大而略显降低 ； 低 水灰 比下， 再生混凝土 7 、 9 0 d 抗压强度均高于基准混凝土 ， 且在再生细骨料掺量为 3 0 时达到最高 ， 2 8 d 时 3 0 掺量 下略高于基准混凝土， 其他掺量下的强度均低于基准混凝土。 ( 3 ) 不加任何矿物掺合料的情况下， 各龄期的电通量 变化规律与相应龄期的强度变化规律基本一致。 再生混凝 土的强度越高， 其抗氯离子渗透性能越好。 参考文献 ： 【 1 】艾红梅， 卢普光， 燕芳， 等 废弃混凝土再生水泥技术的研究进 展【 J 】 混凝土， 2 0 1 2 ( 7 ) ： 5 8 5 9 2 1 车乘乘， 孙家瑛， 陈福旦 再生细骨料混凝土塑性收缩开裂性能 试验研究【 J 】 混凝土， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 8 1 8 3 6 8 均有不 同程度 的降低 。 ( 3 ) 在再生混凝土 中复掺粉煤灰 和硅灰后 ， 再生混凝 土的 7 d强度 略低 于单掺粉煤灰的再生混凝土 的强度 ， 但 是 2 8 、 6 0 d 强度均超 过了单掺粉煤灰 的再生混凝土 。 可见 硅灰 中的大量超细颗粒结合粉煤灰颗粒可 以有效改善胶 凝材料 的颗粒级配 ， 使得浆体 的微观结构趋 于致密 ， 再 生 混凝土的强度明显提高。 参考文献： 【 1 I E V ANG E L I S T A L， D E B RI T O J C e me n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 1 0 ( 3 2 ) ： 9 【 2 肖建庄， 刘琼 ， 等再生混凝土细微观结构和破坏机理研究l J J 青 岛理工大学学报， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 2 4 3 0 【 3 】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 【 4 I陈德玉， 吕淑珍， 等 掺合料对再生混凝土强度和耐久性的影B NJ 粉煤灰综合利用， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 8 - 1 0 【 5 l 李志刚， 张腱 ， 等 再生骨料和矿物掺合料对再生混凝土强度的 影响J _1 氏温建筑技术， 2 0 0 9 ( 1 1 ) ： 1 - 4 作者简介 ： 联 系地 址 联 系 电话 李滢 ( 1 9 7 4 一 ) ， 女 ， 副教授 ， 工学硕士 ， 研究方向 ： 主要 从事再生混凝土技术研究。 青海省西宁市城北区亍大路 2 5 1 号 青海大学土木工 程学院 ( 8 1 0 0 1 6 ) 1 3 51 9 7 8 9 6 09 3 】周明辉 ， 李连君 再生骨料混凝土强度的试验研究与分析【 昆 凝土 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 9 9 1 0 1 【 4 王惠芬， 秦守婉 ， 肖昭然 掺再生骨料干混砂浆试验研究l J 1 混凝 土 ， 2 0 1 1 ( 7 ) ： 1 1 2 1 1 4 5 J杨晓光 ， 郝永池 ， 薛勇 再生骨料基本性 能的研究【 J 1 混凝 土 ， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 6 7 6 8 6 余斌 ， 熊进刚 ， 扶名福 ， 等 再生粗集料混凝土基本性能的试验 研究fJ 1 四川建筑科学研究， 2 0 0 9 ， 1 0 ( 5 ) ： 2 0 0 2 0 4 【 7 J S AG I E C RE N T S I L K K， B RO WN T， TA YL OR A H P e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e ma de wi t h e o mme r e i , d l y p r o du c e d c o a r s e r ec y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e 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 1 ( 3 1 ) ： 7 0 7 71 2 【 8 】 E T X E B E R R I A M， V A Z Q U E Z E ， M A R l A ， e t a 1 h d l u e n c e o f a m o u n t o f r e c y c l e d c o a r s e a g gre g a t e s a n d p r o d u c t i o n p r o c e s s o n p r o pe r t i e s of 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 J C e me n t a n d c o n c r e t e r e s e a r c h， 2 0 0 7 ( 3 7 ) ： 7 3 5 7 4 2 【 9 】 E V A N G E L I S T A L ， D E B R I T O J M e c h a n i c a l b e h a v i o u r of c o n c r e t e m a d e w i t h fi n e r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e s J C e m e n t C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 7 ( 2 9 ) ： 3 9 7 4 0 1 作者简介 ： 冯庆革( 1 9 6 7 一 ) ， 男， 教授 ， 博士 ， 研究方向 ： 环境材料。 联 系地址 ： 广西南宁市大学东路 1 0 0 号 厂西大学环境学院( 5 3 o 0 0 4 ) 联系电话 ： 1 3 3 1 7 8 0 9 9 5 5