含浆量对再生混凝土性能及强度的影响.pdf

文章编号：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 0 ) 0 卜0 0 2 0 0 4 ：纂掰麟 含浆量对再生混凝土性能及强度的影响 I n fl u e n c e o f P u l p Co n t e n t o n Re c y c l e d Co n c r e t e P e r f o r ma n c e a n d S t r e n g t h 李雯霞 ( 1 酒泉职业技术学 院，酒泉7 3 5 0 0 0； 2 同济 大学 先进土木工程材料教育部重 点实验室 ，上海2 0 0 0 9 2 ) 摘要：再生集料表面包裹着一层硬化水泥砂浆、导致再生混凝土的强度变化较复杂。利用集料的吸水率指标来探讨如何利用 吸水率、取代率来推算合浆量以及不同含浆量的再生集料对混凝土 7 d 、2 8 d强度；再生混凝土的强度与灰水比的线 性 关 系和 工作性 能的影 响 。 关键词 ：再 生集料 ；含浆 量 ；再 生混凝 土强度 ；线性 关 系；工作性 能 中 图 分类 号 ：TU5 2 8 0 41 文 献 标识 码 ：A Ab s t r ac t ： Re c y c l e d a g g r e ga t e s ur f a c e wr a p pe d wi t h a l a y e r o f h a r d e ne d c e me nt mo r t a r ， t h e c ompl e x c ha n g e s i n t he s t r e n gt h of r e c y c l e d c on c r e t e a r e r e s ul t e d Th e p a pe r pr ob e s t h at p ul p c on t e nt i s c a l c ul a t ed wi t h wat e r a bs or p t i o n a nd r e p l a c e me n t of r e c yc l e d a g g r e ga t e ，e f f e c t o f r e c y cl e d a g g r e ga t e co n t a i ni ng di f f e r e nt pu l p co n t e n t o n 7 d，28 d c o nc r e t e s t r e ng t h ，t he r e l at i o n s h i p of r e c y c l e d c o n c r e t e s t r e ng t h wi t h c e m e n t wa t e r r a t i o a nd wo r ka b i l i t y K e y wor d ： r e c y cl e d a g g r e ga t e, pu l p c o nt e nt ； r e c y c l e d c o nc r e t e s t r e n gt h, l i ne a r r e l a t i o ns hi p, wo r ka b i l i t y, 0前 言 、 同配合比再生混凝土与采用天然集料配制的普通混凝 土，在性质上存在差异，这主要是因为再生集料具有不同 特性所引起。大量研究表明，再生集料具有以下特性 ： ( 1 )表面粗糙 ，棱角多； ( 2)含有大量的水泥砂浆； ( 3 ) 存在多种杂质，如玻璃、土壤、沥青等； ( 4 )在 生产再生集料的过程中，由于损伤积累导致再生集料内部 有大量的原生裂纹发生。再生集料的这些特性对再生混凝 土的力学性能影响很大，特别是再生集料表面包裹的一层 硬化水泥砂浆严重影响再生混凝土抗压强度。关于再生集 料混凝土的研究已见诸较多文献 。 。本文就再生集料中 浆含量对再生混凝土抗压强度的影响作试验探讨。 1 试验 1 1 试验材料 水泥为 4 2 5 R普通硅酸盐水泥，其表观密度为 3 1 0 0 k g m 。砂为普通河砂，细度模数为 2 7 。天然粗集料为 连续级配的碎石，最大粒径为 3 1 5 m m。再生集料由上海 某道路废弃混凝土经破碎、清洗、分级等处理再按一定比 例混合形成不同粒径的混凝土碎块，其表面较天然粗集料 基金项目 ： 地震灾区建筑垃圾资源化技术及其示范生产线( 2 o 0 8 B A K _4 8 B 0 1 ) 2 0 CD 三 1 2 01 0 粗糙，形状大致介于卵石和碎石之间。水为普通自 来水。 粗集料的基本性能见表 1 所示。 表 1 粗集料的基本性能 由表 1 可见，再生集料与天然粗集料的性能存在一定 的差异，主要表现在密度低、吸水率高、压碎指标大，表 明再生集料空隙率高，强度低，这主要是由于其表面附着 有大量水泥砂浆的缘故。 1 2 试验 方 法 天然粗集料和再生粗集料采用相同级配。粗集料的总 质量相同 ( 4 k g )，测试粗集料中再生集料取代率 ( R) 为 0 、2 0 、4 0 、6 0 、8 0 、1 0 0 集料的吸水率。 测试再生集料中硬化沙浆的吸水率。测试方法按 J G J 5 2 2 0 0 6 普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准执行， 并且采用同一批集料试样进行试验。试验用的集料级配严 格按照表 2 集料级配来分别称取试样。 表 2 集料级配 粒径范围 m m 级配 51 0 1 0 2 0 2 0 3 1 5 6 4 4 5 0 混凝土配合比设计：试验采用再生集料掺量占混凝土 粗集料的质量比例分别为 0 、2 0 、4 0 、6 0 、8 0 、 1 0 0 六个批次的混凝土试块，每批次共十组混凝土，混 凝土单位用水量依次增加。粗集料的颗粒级配、砂率、胶 集比均保持一致。按照国家标准 普通混凝土力学性能试 验办法( G B J 8 l 一 8 5 ) 规定，采用机器拌和，将混凝土拌 和物制成 1 5 0 m m X 1 5 0 m m1 5 0 m m的立方体试件，共 3 6 0 组，每组试件均为 3 个。在标准情况下( 温度 2 0 3 q C， 相对湿度 9 0 以上) 养护，测混凝土块 7 d 、2 8 d的抗压 强度。混凝土外加剂添加量在0 2 0 一1 3 0 之间，以调整 新拌混凝土的工作性能。为获得最佳颗粒级配，天然集料 和再生粗集料应用于混凝土前，先过筛分级， 使用时根据 连续粒级或单粒粒级的技术要求将不同粒径范围的集料颗 粒按表 3 均匀混合。混凝土配合比见表4 。 表 3 粗集料级配 注：M为配制混凝土用的粗集料的总质量，R为再生集料掺量 表 4 混凝土的设计配合比 编号 水泥 水 砂子 粗集料 注 ：由于掺入的减水剂用量不l司，砂 的含水率不f司，实际水量与表 中不l司 2实验结果与分析 2 1再生集料取代率与浆含量的关系 在粗集料级配相同，用不同取代率的再生集料代替同 质量的天然集料，测集料的吸水率。由图 1 可见随着再生 集料取代率的增加，粗集料的吸水率增大。不同取代率再 生集料吸水率增大的原因是由于再生集料的表面包裹着一 层硬化水泥砂浆，取代率越大，粗集料中再生集料的含量 越多，集料中浆含量就越大，吸水率就越高。图 1 还显示 不同取代率再生集料与吸水率之间呈强线性相关， 其相关 系数可达 O 9 9 9 6 ，再生集料取代率与吸水率这种强线性关 系，也可推断出集料中的砂浆含量与吸水率也有同样的线 性关系。这就可说明天然集料、再生集料的吸水性具有线 性加和关系。为此，文章进行了以下推导： 天然集料的百分含量为 N ，再生集料的百分含量为 R ，则 N + R = I 。本试验用再生集料表面硬化砂浆占再生 集料的百分含量为 ( 为定值) ，则每批样品中，砂浆含量 为 R X仅。 R d W +( 1 - R ) W 。 - W ( 1 ) W 一硬化砂浆吸水率； W 。一天然集料吸水率；W 一 对应于再生集料取代率为R时的吸水率 ；R 一再生集 料取代率； 一再生集料浆含量。 该方程可变形为： W _ = =g w t ( 2 ) 已知：W = 1 4 9 ( 见表 5 ) ，W = 1 4 6 1 ( 见表 6 ) 由此 例的累加性， 代人表5和表6 试验数据，得：0 =4 1 8 2 。 8 7 6 5 *4 3 2 1 0 集料取代率， 图 l 再生集料取代率 一 吸水率的关系 表 5 再生集料不同取代率与吸水率的变化关系 序号沙浆吸水饱和悖沙浆绝干， g 沙浆吸水率 平均吸水率 ： ! 二 ! ： 二 ! ： ! 二 ! R ( w 一 wt ) R 2 0 ( w 一 W t ) R 4 o ( w 一 W t ) = 二 ! = 二 ! = ! 二 ! R 6 0 ( w 一 w t ) R 8 0 ( w 一 W t ) R 1 0 0 ( w 一 Wt ) W 2 0一W t + W 4 0一W t + W 6 0一W t +W s 0 一W t + W l 0 0 一W t ： 一 ( wm W t ) 2 0 + R 4 o + R 6 0 + R 8 0 + R l o 0 ) W 2 o +w4 0 +w 6 0 +w8 0 +w1 0 0 -5 wt ( w m Wt ) 2 0 + R 4 0 + R 6 0 + R 8 0 + R 1 0 0 ) 1 2 0 1 0 粉煤灰 2 1 撇撇撇撇栅撇撇撇撇 将同配比 1 0 0 再生集料用高温煅烧至 3 0 0 C，球磨 机再磨的实验方法测得再生集料的含浆量为 3 8 - 8 ，与计 算值相近，公式计算的数据可靠。利用 可计算出不同取 代率再生集料中砂浆含量占集料的总质量百分率见表 7 。 表 7 不同取代率的再生集料砂浆含量 再生集料取代率 o 2 0 4 0 6 0 8 O l o o 含浆量 o 8 4 6 1 6 7 7 2 5 2 3 3 2 8 5 4 1 1 5 吸水率 1 4 9 2 6 3 6 9 4 8 0 5 8 8 7 0 2 2 2 含浆量与工作性能、抗压强度的关系 由于不同掺量的再生集料含浆量不同，在实验中观察 到：同一组混凝土配比中随着水灰比的增大，高效减水剂 的掺入量减少，甚至不加高效减水剂也能得到较好的工作 性能。同一配比的混凝土随着再生集料掺入量的增加，高 效减水剂的用量增多，新拌混凝土的黏性增大，含浆量多。 这是由于同一配比的混凝土随着再生集料掺入量的增加， 再生集料表面包裹的硬化砂浆的含量增多，使得集料的吸 水率增大，以及集料粗糙的粒形效应、棱角效应，导致在 配合比相同的情况下，再生混凝土的流动性比普通混凝土 差，但黏聚性和保水性较好，其塌落度随再生集料使用 比例的增加而降低。这个结果与早期国外的研究结果 较 为接近。其原因是由于再生集料的表面部分或全部包裹一 层硬化砂浆，表面粗糙，棱角较多，孔隙率大，从而增大 了拌合物内部的摩擦力及拌合物的吸水率，使混凝土的流 动性能降低，黏聚性和保水性增强。再生集料表面的硬化 砂浆含量越大，这种现象越明显。再生混凝土流动性变差， 可通过再生集料预吸水方法或加入减水剂方法得到改善。 实验测试结果显示，同一配比的再生混凝土的表观密度较 普通混凝土低，再生集料的掺入量越多，砂浆含量越大， 导致同质量、同粒径、同级配的再生集料比天然碎石集料 表观密度小，新拌的再生混凝土的表观密度会降低。再生 集料掺量为 1 0 0 的再生混凝土的表观密度较普通混凝土 降低了 5 2 0 。 实际灰水比 图 2 再生集料掺入量、灰水 比与 7 d抗压强度的关系 2 2 CD 月 1 20 1 0 1 61 71 81 9 2 o 2 1 2 ， 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 ； 7 2 8 2 9 3 0 实际灰水比 图 3 再生集料掺入量、灰水 比与 2 8 d抗压强度的关系 图 2 、图 3给出了混凝土 7 d ，2 8 d 抗压强度随再生 集料掺人量、灰水比的变化关系。由图3 中可见，对于相同 灰水比，同一配比的情况，混凝土的2 8 d抗压强度变化 总趋势是随着再生集料掺人量的增加而降低，而且降低程 度较文献【 3 】 配合比相同的情况下小。图 2 显示出7 d 强度 的变化，当C W 2 0 4 0 天然集料 8 0 1 0 0 。当 C W 2时六批试块的强度大小关系为再生集料掺量为 2 0 4 0 6 0 天然集料 8 0 1 0 0 。从图 3中可看出对于 2 8 d强度在任何 C W时六批试块的强度大小关系都表现 为再生集料掺量 2 0 4 0 6 0 天然集料 8 0 1 0 0 ， 强度最高的是再生集料掺量为 2 0 的混凝土，再生集料 掺量为 6 0 的混凝土 2 8 d强度与同配比天然集料的混凝 土相近， 掺量为 8 0 ，1 0 0 的再生混凝土比同配比天然 集料的混凝土强度低。强度的这种变化是由于再生集料掺 量不同，粗集料的浆含量不同，对混凝土强度有影响。再 生集料取代率越高，粗集料中硬化砂浆的含量就越大，反 映在强度曲线上就是再生集料取代率对强度的影响。这种 影响是再生集料的特性所决定的。因为再生集料表面包裹 着一层硬化砂浆，使集料的物理表面凹凸不平容易与水泥 石之间形成较大的物理黏结强度，较高的表面活性易于同 水泥浆反应形成较高的化学黏结强度；再生集料与新混凝 土水泥石有相近的弹性模量，因而在受力时于界面处将产 生较小的应力差，在黏结界面受力产生微裂缝的趋势减少； 再生集料的高吸水率会降低混凝土水泥浆的有效水灰比， 能够导致水泥石的强度增加，这些特性对再生混凝土的强 度是有利因素，可适当提高再生混凝土的强度。但另一面， 由于表面包裹的这层硬化砂浆使得再生集料的坚固性较天 然集料低，压碎指标大，再生集料在破碎时内部产生较多 微裂缝，再生集料上的旧浆体与新浆体之间的界面过渡区 容易产生裂缝，这些因素对再生混凝土的强度会产生不利， 会使再生混凝土的强度降低。再生混凝土强度是升高还是 “ 勉 船 甜 加 弛 船 B d ， 曛 口 锅 甜 柏 船 降低决定因素是集料含浆量的多少， 再生集料掺量小，含 浆量少，再生集料表面粗糙程度要远远高于天然集料的粗 糙程度，再生集料与水泥浆的咬合更加紧密，界面黏结强 度高，混凝土的强度增加，也使得该批次混凝土强度更高。 含浆量过大，再生集料的压碎指标要远高于天然集料 ( 1 5 4 8 0 )，在这种情况下，集料的强度对混凝土强度的影 响起主要作用，因此再生集料掺量为 1 0 0 、8 0 批次混 凝土强度更低。从实验中可得出同配比的再生混凝土含浆 量低于 2 0 的集料对混凝土强度有利，再生集料部分代 替天然集料同样可得到高强度再生混凝土。 2 3含浆量对再生混凝土的强度与灰水比的线性关系的影响 图4 ，图5 为同配比不同含浆量 ( 再生集料掺量不同) 再生混凝土7 d 、2 8 d 强度与灰水比的线性关系。两图中显 示同配比不同含浆量 ( 再生集料掺量不同) 再生混凝土的强 度与灰水比之间都具有良好的线性关系，只是 7 d 时各条 线的斜率和截距不同，2 8 d 时各线趋于平行。表 8 和表 9 分别为再生集料不同含浆量 7 d 、2 8 d 强度与灰水比线性 方程参数，两表中各线的相关系数 R均在 0 9 8 以上，即混 凝土强度与灰水比之间均满足B o l o m e y 线性公式 ( f c ， 2 8 d =A m c m w+ B) ， 只是其中的常数 A和 B各不相同 ( 即斜 率和截距不同)。由表 8和表 9可见，不同含浆量的再 生混凝土强度公式中的常数 A呈现一定的规律性，即随 5 2 4 8 4 4 蚕 4 o 营3 6 3 2 罱 2 8 2 4 2 0 7 d 抗压强度与灰水比的线性关系 实际灰水比 图 4 不同浆含量的再生混凝土 7 d抗压强度与灰水比线性关 系 2 8 d 抗压强度与灰水比线性关系 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 实际灰水比 图 5 不同浆含量的再生混凝土 2 8 d抗压强度与灰水比线性关系 集料含浆量的增大，其斜率 A逐渐减小。表 9数据中同 配比混凝土 2 8 d强度公式中斜率变化规律：再生集料掺 量 2 0 4 0 0 6 0 8 0 1 0 0 。这与再生混凝土强度 变化一致。说明集料含浆量对再生混凝土的强度有较大的 影响，在配比设计时要考虑。同时也给我们指出再生混凝 土的配合比设计也可用普通混凝土的方式进行计算配比， 只需进行系数的效正。其原因是含浆量少，再生集料表面 粗糙程度要远远高于天然集料的粗糙程度，再生集料与水 泥浆的咬合更加紧密，界面黏结强度高，混凝土的强度会 增加， 再生混凝土强度比天然集料混凝土高；含浆量过大， 再生集料的压碎指标要远高于天然集料 ( 1 5 4 8 0 )， 在这种情况下，集料的强度对混凝土强度的影响起主要作 用。再生混凝土强度会比天然集料混凝土低。研究结果表 明：再生粗集料的含浆量不超过 2 5 为宜。 表 8 同配比混凝土 7 d线性方程参数分析 表 9 同配 比混凝土 2 8 d线性方程参数分析 3结 论 ( 1 ) 再生集料浆含量和吸水率呈线性关系，随着浆 含量的增大，吸水率线性增大； 通过理论计算与试验实测 相结合，提供了一种计算再生集料浆含量的方法，本试验 用再生集料中砂浆含量为4 1 8 2 。 ( 2 ) 再生混凝土的强度和灰水比呈线性关系，这和天 然集料混凝土的趋势一致；回归系数 A 、B与浆含量有一 定的关系，其具体范围需通过大量试验数据回归确定；再 生集料品质对再生混凝土 7 d 强度的线性关系影响较2 8 d 明显。 ( 3 ) 再生集料的浆含量对混凝土强度有两个方面的影 响，一方面， 再生集料压碎指标高于天然集料，强度较低， 对混凝土的强度不利；另一方面，再生集料表面粗糙度高 于天然集料，与水泥浆体的咬合更为紧密，对混凝土的强 1 2 0 1 0 粉煤灰 2 3 勰 勰 B d 暖 堰日 N 度有利。再生混凝土强度的提升与降低与这两方面之间的 相互作用有关。研究结果表明：再生粗集料的含浆量不超 过 2 5 为宜。 参考文献 【 1 T o r b e b C HR e c y d e d a g g r e g a t e c o b c r e t e J il Ma t e ria l a n d S t r u c t u r e ， 1 9 8 6 ，l 9 ( 5 ) ：2 0 1 - 2 4 6 【 2 】T a v a k o l i MS o r o u s h i a n P S t r e n g t h 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 ma d e u s i n g fie l d d e mo l i s h e d c o n c r e t e a s a g g r e g a t e J iI A C I Ma t e r J ，1 9 9 6 ，9 3 ( 2 ) ：1 8 2 - 1 9 1 【 3 】T a v a k o l i M，S o r o u s h i a n PDr y i n g s h ri n k a g e b e h a v i o r 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 J 】 A C I C o n c r I n t ，I 9 9 6 ，1 8 ( 1 1 ) ：5 8 6 1 4 L i mb a c h i y a M C，L e e l a w a t T ，E h i r R KU s e o f 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 i n h i g b 一- s t r e n g t h c o n c r e t e J Ma t e r S t r u c ，2 0 0 0 ，3 3 ( 1 1 ) ： 5 7 4 5 8 O 5 S a g o e - -C r e n t s i l KK，B o w nT ，T a y 1 o r AHP e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e ma d e wi t h c o mme r c i a l l y p r o d u c e d c o a r s 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 J 】 2 0 0 1 ，3 l ( 5 ) ：7 0 7 - 7 1 2 6 】邓寿昌，张学兵，罗迎社废弃混凝土再生利用的现状分析与研究 展望 J 】 混凝土，2 0 0 6 ( 1 1 ) ：2 0 - 2 4 作者简介： 李雯霞 ( 1 9 7 0 )，女，副教授，同济大学访问学者，主要研 究方向为建筑垃圾资源， E - Jma i l ： j u q u a n l i we n x i a 5 2 6 6 1 2 6 ,c o rn 通讯地址： 酒泉职业技术学院建筑工程系 7 3 5 0 0 0 收稿日期： 2 0 0 9年 7月 2日 ( 上接第1 9 页) 2 3脱硫石膏对普通硅酸盐水泥( P 0 ) 性能的影响 根据以上试验的结果 ，取较好的脱硫石膏掺量值 ( 2 1 0 、1 9 0 ) ，及较好的天然石膏掺量值 ( 2 3 0 、 2 1 0 ) ，并分别采用两种混合材组合配比进行配料，分别 测试各试样性能，结果见表 4 。 表4 不同 石膏掺量的普通硅酸盐水泥性能 从表4可知，在调凝剂加入量相同的情况下，以脱硫 石膏为调凝剂的水泥的初凝和终凝时间要比以天然石膏为 调凝剂的水泥的初凝和终凝时间延长。同 型硅酸盐水泥 相比，延长时间更加明显，最长可延长 4 0 ra i n ，但各项 技术指标仍满足国家水泥标准的要求。对于调凝剂加入量 相同的水泥，无论是脱硫石膏还是天然石膏，从抗压强度 来看，采用不掺原状灰的混合材的水泥均比掺原状灰的水 泥强度高，最高可高出5 4 MP a 。在石膏及其他原材料掺 量相同的情况下，以脱硫石膏为调凝剂的水泥强度比以天 然石膏为调凝剂的水泥强度高，对比P 0 1 、P O 7 及 P O 2 、 P 0 8两组试样，以脱硫石膏为调凝剂的水泥强度分别比 以天然石膏为调凝剂的水泥强度高 7 6 M P a 、5 8 M P a 。 3结 论 ( 1 ) 在调凝剂加入量相同的情况下，以脱硫石膏为 2 coAL AsH 1 20 10 调凝剂的水泥的标准稠度用水量，要比以天然石膏为调凝 剂的水泥的标准稠度用水量略为减少。 ( 2 ) 掺入脱硫石膏的水泥比掺入天然石膏的水泥凝结 时间长，同型硅酸盐水泥相比，普通水泥延长时间更加 明显，最长可延长 4 O m i n 。 ( 3 )与天然石膏相比，用脱硫石膏制成的水泥强度 稍高，平均高出4 7 MP a 。 ( 4) 从现有实验结果来看，用脱硫石膏生产的水泥 各项质量指标均能达到水泥标准的要求，脱硫石膏完全可 以代替天然石膏作水泥调凝剂，脱硫石膏在水泥中适宜的 加入量为 1 9 0 2 1 0 。 ( 5 ) 脱硫石膏水泥调凝剂对水泥及混凝土工作性、耐 久性的影响尚需进一步研究。