再生粗骨料在混凝土中的应用研究.pdf

2 0 1 3年 第 4期 (总 第 2 8 2期 ) Nu mb e r 4 i n2 0 1 3 ( T o ml No 2 8 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M AT ERI A I， AND ADM DJ I CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 3 0 4 0 1 8 再生粗骨料在混凝土中的应用研究 周卫峰 ( 1 天津大学 管理与经济学部 ，天津 3 0 0 0 7 3 ；2 天津市市政工程研究院，天津 3 0 0 0 7 4 ) 摘要： 为了解再生粗骨料对混凝土基本性能的影 响， 通过再生粗骨料混凝土与普通混凝土在工作性 、 立方体抗压强度 ， 抗氯 离子渗透性及收缩率方面的对比试验得 出结论： 与普通混凝土相 比， 再生粗骨料混凝土的力学性能和耐久性稍低 ， 但通过优化配 合比设计可以达到与普通混凝土相近的水平 。 关键词 ： 再生粗骨料 ；抗压强度 ；氯离子迁移系数；收缩率 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 6 4 0 3 S t u d y on a p p l i c a t i o n o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e i n c o n c r e t e ZHOU We i f e n g ( 1 C o l l e g e o f Ma n a g e me n t a n d E c o n o mi c s ， T i a n j i n U n i v e r s i t y ， T i a n j in 3 0 0 0 7 3 ， C h i n a ； 2 T i a n j i n Mu n i c i p a l a n dH i g h w a y E n g i n e e r i n g R e s e a r c hI n s t i t u t e ， T i a n j i n 3 0 0 0 7 4 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： I n o r d e r t o s t u d y t he e f f e c t o fr e c y c l e d c o ars e a g g r e g a t e o n t h e b a s i c p e rfo r ma n c e ofc o nc r e t e， we c a r r i e d o u t c o mpa r i s o n t e s t b e t we e n the r e c y c l e d c o ars e a g g r e g a t e c o n c r e t e a n d o r d i n a r y c o n c r e t e in c u b e c o mp r e s s i v e s e n g t h ， r e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i o n p e r me a b i l i ty a n d s h r i n k a g e r a t e ， w e c o u l d g e t th e c o n c l u s i o n tha t th e r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e c o n c r e t e W as s l i ght l y l o w e r th a n o r d ina r y c o n c r e t e i n m e - c h a n i c a l p r o p e r t i e s and d u r a b i l i ty， b ut we c o u l d a c h i e v e t h e s i mi l a r p e rf o r manc e wi th o r d ina r y c o n c r e t e b y the d e s i g n o f mi x p r o p o r t i o n Ke yw o r d s ： r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e ； c u b e c o mp r e s s i v e s t r en g t h ； c h l o r i d ei o nmi g r a t i o nc o e ffi c i e n t ； s h r i n k a g e r a t e 0 引言 随着我 国城镇化进程的发展 ， 建筑垃圾排放量逐年增 长， 大部分建筑垃圾未经任何处理， 被运往郊外或城市周 边进行简单填埋或露天堆存 ， 这不仅浪费了土地和资源， 还污染 了环境 ； 另一方面 ， 随着人 口的 日益增多 ， 建筑业对 砂石骨料 的需求量不断增长。 长期以来 ， 由于砂石骨料来源 广泛易得， 价格低廉， 被认为是取之不尽、 用之不竭的原材 料而被随意开采 ， 严重破坏了 自然环境。 生产和利用建筑垃 圾再生骨料对于节约资源、 保护环境和实现建筑业的可持 续发展具有重要意义。 由废弃混凝土制备的骨料称为再生混凝土骨料( 简 称再生骨料) 。 通过简单破碎和筛分工艺制备的再生骨料 颗 粒棱角多 、 表面粗糙 、 组 分中还含有硬化水 泥砂浆 ， 再 密度小、 空隙率大、 压碎值高 1 。 这种再生骨料制备的再生 混凝 土水 量较大 、 硬化后 的强度低 、 弹性 模量低 ， 而且抗 渗性、 抗冻性、 抗碳化能力、 收缩、 徐变和抗氯离子渗透性 等耐久性能均低于普通混凝土。 由于废弃混凝土质量差 异较大 ， 通过简单工艺制备的再生骨料性 能差异也较大 ， 不便于再生骨料 的推广应用2 。 为 了提高再生混凝 土的性 能 ， 须对简单破碎获得 的低 品质再生骨料进行强化 处理 ， 即通过改善骨料粒形和除去再生骨料 表面所 附着 的硬化 水泥石 ， 提高骨料的性能。 强化后的再生骨料不仅性能显 著提高 ， 而且不 同强度等级废混凝土制备 的再生骨料性能 差异也较小 ， 有利于再生 骨料 的质量控制 ， 便于再生混凝 土的推广应用 。 1 试验原材料和试验方法 加上混凝土块在破碎过程中因损伤累积在内部造成大量 1 1试验原材料 微裂纹 ， 导致再生骨料 自身的孔隙率大 、 吸水率大 、 堆积 ( 1 ) 水泥： 采用 P O4 2 5 级水泥， 其部分性能见表 1 。 表 1 水泥试验数据 ( 2 ) 矿粉： 采用 $ 9 5 级矿粉， 其部分性能见表 2 。 ( 3 ) 粉煤灰： 采用 F 类 I I 级粉煤灰， 其部分陛能见表 3 。 收稿 日期：2 0 1 2 1 0 1 9 6 4 ( 4 ) 天然粗骨料： 采用 5 2 5 mm连续级配天然碎石， 其 部分性能见表 4 。 表 2 矿粉试验数据 表 3 粉煤灰试验数据 表 4 天然粗骨料试验数据 ( 5 ) 再生粗骨料 ： 采用改善性 能的再生粗骨料 ( 改善初 骨料 的性能 ， 其部分性能见表 5 。 选再生骨料粒形 、 除去其表面所附着的硬化水泥石 ) ， 提高 ( 6 ) 天然河砂 ： 采用 I I 区中砂 ， 其部分性能见表 6 。 表 5 再生粗骨料试验数据 表6 天然河砂试验数据 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 进行， 采 表观密度 堆积密度 含泥量 泥块含量 细度 用 R C M法， 测算混凝土氯离子迁移系数作为抗氯离子渗 ( k g m ) ( k g m ) 模数 透能力 。 塑 ： ： ：! ( 4 ) 混凝土的干缩率试验： 依据 G B T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 普 1 2 试验方 法 通混凝土拌合物性能试验方法标准 进行试验 ， 采用接触 ( 1 ) 混凝土坍落度及表观密度试验 ： 混凝 土的抗压强 法 。 测定 混凝土 收缩 时 以 1 0 0 m mx l O 0 m mx 5 1 5 mr n的棱 度的测定按 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 普通混凝土拌合物性能试 柱体试件为标准试件， 按规定的时间间隔分别测量其变形 验方法标准 进行 ， 其 中表观密度试验用 5 L容量筒测量 。 读数 。 。， ( 2 ) 混 凝 土 抗 压 强 度 童 试 验 结 果 与 讨 论 按 首 q 4 -t 通混凝土拌合物性能试验方法标 2 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 。 。 准 进行 ， 抗压强度试件尺寸为 1 5 0 mmx 1 5 0 mm 1 5 0 mm。 2 1 配合 比设 计 ( 3 ) 混凝土氯离子抗渗试验： 依据 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 本试验所采用的配合比设计强度等级为 C 5 0 ， 如表 7 。 表 7 配 合 比设计 注： 再生粗骨料取代天然粗骨料分别按 O 、 3 0 、 5 0 、 7 0 和 1 0 0 等体积取代计算 ； 减水剂的掺量是按胶凝材料的质量百分 比计算。 2 2 再生粗骨料对新拌混凝土性能的影响 由图 1 可知， 在用水量及外加剂用量相同的情况下， 通过试验室试配， 可得出再生粗骨料对新拌混凝土坍 与基准混凝土相比， 再生粗骨料混凝土的坍落度减小 ， 流 落度和表观密度的影响如图 1 、 2 所示。 动性变差 ， 同时由于骨料表面粗糙 ， 自重轻 ， 增加 了再生混 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 蜜 5 O 0 4 3 O 时 间 mi n 图 1 再生粗骨料对混凝土坍落度的影响 吕 、 柱 锲 懈 再生粗骨料比例， 图 2 再生粗骨料对新拌混凝土表观密度的影响 凝土拌合物的摩擦阻力， 由于再生粗骨料初始吸水率较低， 所 以对 出机混凝土坍落度影 响较小 ， 但 由于随着时间的延 长 ， 再生粗骨料 的吸水率增加 ， 随着再生骨料掺量 的增加 ， 混凝土的坍落度损失逐渐增加。 由图2可知， 采用等体积骨 料替代条件下 ， 新拌混凝土表 观密度随着再生骨料掺量 的 增加而减小。 因为再生骨料表观密度较天然骨料小， 当等体 积 骨料替代时 ， 质量较小 ， 随着取代率不断增加 ， 导致新 拌 混凝土的表观密度随之减小 。 2 -3 再生粗骨料对混凝土立方体抗压强度的影响 从图 3可知， 与普通混凝土的抗压强度相 比， 再生混 凝土的早期抗压强度略高于普通混凝土， 后期强度低于普 通混凝土 ， 且后期强度随着再生骨料掺量的增加而降低。 分析原因认为是水泥水化早期 ， 由于再生粗骨料表面较普 通粗骨料粗糙 ， 导致水 泥浆与界面结合力较大 ， 因此再生 6 5 7 0 至 6 0 、 酸 5 0 墨 4 o 3 O 7 28 龄期 ， d 图 3再生粗 骨料 对 混凝土 抗压 强度 的影 响 粗骨料混凝土早期强度较高。 水泥水化后期 ，水泥浆体具 有相对较高的强度， 且与骨料界面黏结牢固， 昆 凝土破坏 从强度相对较低的骨料开始， 再生粗骨料由于在生产过程 中内部存在缺陷 ， 且空隙率高 ， 从而导致再生粗骨料混凝 土后期强度低 于普通混凝土。 2 4 再生粗骨料对混凝土氯离子迁移 系数的影响 依据 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 采用 R C M法， 测算再生骨料混凝土氯 离子迁移系数 ， 如图 4 所示 。 籁 渣 褪 城 再 生粗 骨料 比例 图 4 再生粗骨料对混凝土氯离子迁移系数的影响 由图4可知， 随着再生骨料掺量的增加 ， 混凝土氯离 子迁移系数增大 。 分析原 因认为是再生粗 骨料 中含有一定 的水泥砂浆 ， 并且在机械破碎 中因损伤积累使其 内部存在 大量微裂纹， 孔隙率较高， 吸水性大， 渗透性大 ， 从而增加 了氯离子扩散通道 ， 混凝土氯离子迁移系数随再生骨料掺 量增加而增大。 有研究表明， 通过掺加粉煤灰可以改善混凝 土的渗透性 ， 这是 由于加入 的粉煤灰填补 了再生骨料中的 裂纹或者是骨料与骨料之间的间隙， 使混凝土骨料与水泥砂 浆的界面更加严密， 从而使抗氯离子渗透性得到加强 。 但本试验 中粉煤灰的量 固定 ， 主要测不 同取代率再生骨料 混凝土的氯离子扩散性。 结果表明， 混凝土氯离子渗透性随 再生骨料掺量增加而增大 。 2 5 再生粗骨料对混凝土收缩率的影响 混凝 土的收缩是指其不受荷载作用 ， 在恒温条件下 出 现的随时间缓慢变形 的现象 ， 是混凝土重要 的长期力学性 能之一同 。 图5给出了不同取代率再生骨料混凝土收缩率 试验结果。 6 5 呈 4 褂 3 z 1 O 5 0 1 O O 1 5 0 2 0 0 龄期 ， d 图 5 再生粗骨料对混凝土收缩率的影响 由图5可知， 与普通混凝土收缩率相比， 随着再生骨 66 料掺量的增加， 混凝土收缩率增大。 分析原因认为是再生粗 骨料在生产过程 中内部存在缺陷， 且有大量老 旧的水泥砂 浆附着其上， 孔隙率较高， 并且再生骨料的弹性模量较低， 混凝土失水时 ， 导致毛细孔张力变大 ， 干缩也较大。 3结论 ( 1 ) 对于改善性能的再生粗骨料混凝土 ， 其新拌混 凝 土工作性 能 和硬化 后 的抗 压强 度可 满足大 部分施 工 部位要求， 可用于对抗氯离子渗透和收缩要求较低的工 程 部位。 ( 2 ) 改善性能 的再生粗骨料对混凝土坍落度损失影 响 较 大 ， 对 于实 际应用容易产生质量事故 ， 需要进一步改进 配合比设计 ， 延长工作性保持时间； 再生粗骨料对新拌混 凝土表观密度影响也较大 ， 如果实际供应仍按原配合 比普 通粗骨料质量计量 ， 容易造成骨料量偏多 ， 需水量增大 ， 坍 落度过小。 ( 3 ) 改善性 能的再 生粗骨料对抗压强度 的影 响较小 ， 对早期强度略有提高， 后期强度略有降低。 ( 4 ) 改善性能的再生粗骨料对混凝土氯离子迁移 系数 的影响较大 ， 容易造成混凝 土结构破坏 ， 尤其是沿海腐蚀 环境 ， 需慎重使用。 ( 5 ) 改善性能的再生粗骨料对混凝土收缩率的影 响较 大， 容易产生混凝土缺陷， 导致裂缝的产生， 所以应更加注 重施工后 的养护 。 参考文献： 1 S H AHI D M， HU S S AI N R Me c h a n i c a l p r o p e 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 C L AP L a mb e A c a d e mi c P u b l i s h i n g ， 2 0 1 1 【 2 】 徐亦冬， 周土琼， 肖佳 再生混凝土骨料试验研究 J 建筑材料学 报， 2 0 0 4 ， 7 ( 4 ) ： 4 4 7 4 5 0 【 3 】肖建庄， 孙振平， 李佳彬 废弃混凝土破碎及再生工艺研究【 J J 建 筑技术， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 1 4 1 1 4 _4 【 4 王武祥， 刘立 ， 尚礼忠 再生混凝土集料研究 昆 凝土与水泥制 品 ， 2 0 0 1 ( 4 ) ： 2 8 2 9 【 5 】肖开涛， 林宗寿 再生混凝土氯离子渗透性研究J 山东建材 ， 2 0 0 4 ， 2 5 ( 1 ) ： 3 1 3 3 【 6 】I E WI C Z A， K L I S Z C E WI C Z A I n f l u e n c e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e o n me c h a n i c al p r o p e rt i e s o f H S HP C 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 0 2 ( 2 4 ) ： 2 6 9 2 7 9 7 17 Z H A N G Y a - m e i ， S U N W， Y A N H a n - d o n g H y d r a t i o n o f h i【g h v o l u m e f l y a s h c e m e n t p a s t e s J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 0 ( 2 2 ) ： 4 4 5 4 5 2 作者简介 ： 联系地址 联系电话 周卫峰 ( 1 9 7 1 一 ) ， 男 ， 正高级工程师， 博士后 ， 研究方向 工程项目管理与道路结构和材料。 天津市河西区平山道 3 9 号( 3 0 0 0 7 4 ) 1 3 8 21 1 7 50 0 5