道路高性能再生混凝土的制各及性能研究.pdf

全 国中文核心期刊 ? * m # 自 新鲤 建蟓 中 国 科 技 核 心 期 刊 照路意li f t | I ： 再生混凝土B 3 $ 1 备及胜链研究 卢新帆， 何勤， 高必新， 庄莹， 朱柄玲 ( 中国新型建筑材料工业杭州设计研究 院， 浙江 杭州3 1 0 0 0 3 ) 摘要： 采用正交设计方法， 研究了不同因素对道路高性能再生混凝土力学性能的影响。结果表明， 胶凝材料总用量对再生混凝 土2 8 d 抗压强度的影响显著； 而水胶比则对再生混凝土2 8 d 弯拉强度影响显著。 道路高性能再生混凝土的强度并未因为使用再生 集料而显著降低， 其原因是再生集料对混凝土的力学性能同时具有一定 的有利作用 。 关键词： 再生集料； 道路高性能再生混凝土； 正交设计； 制备； 力学性能 中图分类号： X 7 8 1 5 ； T U 5 2 8 3 7 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 2 ) 0 8 0 0 4 5 0 3 S t u d y o n p r e p a r a t i o n a n d p r o p e r t i e s o f h i g h p e r f o r ma n c e r e c y c l e d c o n c r e t e f o r p a v e m e n t L U Xi n f a n ， HE Q i n ， G A 0 B i x i n ， Z HU A NG Y i n g ， Z HU B i n g l i n g ( C h i n a N e w B u i l d i n g Ma t e r i a l s I n d u s t r y H a n g z h o u D e s i g n R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Ha n g z h o u 3 1 0 0 0 3 ， Z h e j i a n g ， C h i n a ) 随着公路与城市道路交通量和汽车载重量的日益增加， 水泥混凝土路面结构的损坏日趋严重， 通常3 - 5年就出现不 同程度的病害， 如断板、 唧泥、 错台等 。如何将道路废弃混 凝土转化为集料再利用， 最大限度地发挥材料的使用性能， 是 摆在各国政府和广大科技工作者面前的一个重大课题。本文 针对道路用再生集料混凝土的基本性能，结合当今的研究热 点“ 高性能混凝土技术” ， 采用正交设计方法研制开发用于重 建的道路高性能再生混凝土， 其具有良 好的物理力学性能， 旨 在为再生混凝土技术在路面工程中的应用提供理论和技术依 据，为旧水泥混凝土路面改造工程中的废弃物循环再利用提 供处置措施。 1 试验 1 1 原材料 海螺牌4 2 5 级普通硅酸盐水泥， 实测2 8 d 抗压强度4 8 5 M P a ， 抗折强度 7 9 M P a ； 浙江宁波北仑电厂产级粉煤灰； 再 生粗集料以宁波市某路面翻修时废弃的混凝土为集料源， 采 用锷式破碎机进行破碎， 符合 5 i 5 m m连续级配要求， 技术 指标见表1 ； 细集料为河砂， 表观密度2 6 1 g c m ， I 1 区连续级 配， 细度模数 2 7 4 ， 含泥量 1 0 ； 减水剂为上海花王化学有限 公司生产M i g h t y 一 1 0 0 高效减水剂。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 2 2 3 作 者简介 ： 卢新帆 ， 男， 1 9 5 6年生， 浙江东 阳人 ， 高级工程师。地址： 杭 州市中山北路 4 5 0号。 表 1 再生粗集料的技术指标 1 2 试验方法 粗细集料的性能按J T G E 4 2 -2 0 0 5 公路工程集料试验规 程 进行测试。 新拌混凝土与硬化混凝土的物理力学性能按J T G E 3 0 - - 2 0 0 5 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 进行测试， 其中 立方体抗压强度所用试件尺寸为1 0 0 m m x l 0 0 m m 1 0 0 m m ， 弯拉强度所用试件尺寸为1 0 0 m m x l 0 0 m m x 4 0 0 m m ， 试验结果 均已乘相应的换算系数( 抗压强度为0 9 5 ， 弯拉强度为0 8 5 ) 。 2 道路高性能再生混凝土的制备 2 1 制备工艺 道路高性能再生混凝土配合比的设计方法原则上与普通 混凝土一致， 但考虑到再生集料的特殊性质， 其配合比设计又 有其特殊性。由于再生集料有较大的吸水率以及集料表面粗 糙的粒形效应和棱角效应， 导致在配合比相同的情况下， 再生 混凝土存在坍落度小、 经时损失大的问题。为此， 本又在综合 国内外研究成果的基础上， 采用了 “ 基于自由水灰比的配合比 设计方法” ， 将再生混凝土的拌和用水量分为2 个部分， 一部 分为集料所吸附的水分 ， 这部分水在拌合物中并不能起到 润滑和提高流动度的作用； 另一部分为拌和用水量 ， 这部 分水分布在水泥浆中， 赋予新拌混凝土流动性。 集料所吸附的 N E W BUI L DI NG M ATE R I AL 5 45 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 卢新帆， 等： 道路高性能再生混凝土的制备及性能研究 水分可按再生集料 1 5 m i n 吸水率计算得到或按经验确定。 此 外， 为了使再生集料能够预先均匀吸水且操作方便， 参照净 浆裹石工艺与轻集料混凝土的制备工艺3 1 ， 采用的搅拌制度 为： 先将胶凝材料与粗细集料干拌3 0 s ， 然后加入总水量 l 2 的水再搅拌6 0 s ， 最后再加入剩余 1 2 的水及外加剂搅拌 1 5 0 s ， 出料制得再生混凝土。 2 2 正交试验设计 本研究选用L 9 ( 3 4 ) 正交表， 考察因素分别为水胶比、 胶凝 材料总量、 砂率。具体配合比中考虑J T G F 3 0 - - 2 0 0 3 公路水 泥混凝土路面施工技术规范的要求，粉煤灰掺量固定为 1 5 ， 减水剂为0 6 ， 附加用水量 按 1 5 吸水率考虑， 考 核指标为2 8 d 抗压强度 ， 与2 8 d 弯拉强度 尼 ， 具体因素、 水平及试验结果分析见表2 、 表 3 。 表 2 正交试验配合 比及试验结果 表 3 方差分析 注 ： 表示非常显著 。 4 6 新型建筑材料 2 0 2 8 由试验结果可知， 虽然再生集料属于低品质集料， 但通 过将粉煤灰作为矿物掺合料用于再生混凝土中， 充分利用粉 体的优化组合和活性激发技术以及界面强化效应， 可使再生 混凝土具有优越的物理力学性能。 由 极差与方差分析可知，各因素对道路高性能再生混凝 土2 8 d 抗压强度的影响顺序依次为： 胶凝材料用量一水胶比 一 砂率，且胶凝材料用量对抗压强度影响显著； 2 8 d 弯拉强度 的影响顺序依次为： 水胶比一砂率一胶凝材料用量， 且水胶 比对弯拉强度影响显著。 2 3 道路高性能再生混凝土与普通混凝土 力学性能的 比较 考虑水泥混凝土路面施工一般要求坍落度为 3 0 5 0 m m ， 同时考虑经济性， 选用表 2 中的2 配合比与天然集料配 制的基准混凝土进行对比， 通过调整砂率使基准混凝土的坍 落度与2 # 配合比一致。 道路高性能再生混凝土与基准混凝土 的具体配合比见表4 ， 物理力学性能见表5 。 表 4 2种混凝 土的配合 比 k g m 表 5 2 种混凝土的物理 力学性能 由表5 可知， 2 种混凝土的强度相差不大， 2 8 d 的强度均 大于6 0 M P a ， 弯拉强度大于5 0 M P a 。 由于再生集料属于低品 质集料， 因此， 通常认为随着再生集料掺量的增加， 再生混凝 土强度会逐渐降低， 若仅使用再生粗集料且掺量控制在 3 0 以内时， 则强度降低不多； 若完全使用再生粗集料， 则会使混 凝土的强度有较大幅度的降低 。 但由本文的试验结果可知， 道路高性能再生混凝土并不完全符合上述规律， 当完全使用 再生粗集料替代天然粗集料时， 道路高性能再生混凝土的强 度降低并不显著， 分析原因在于再生集料同时能对道路高性 能再生混凝土的强度产生以下有利影响阁 。 ( 1 ) 再生集料中有大量的废弃水泥浆存在， 这些废弃水 泥浆中有C a ( 0 H ) 存在， 而C a ( O H ) 可以起到碱性激发剂的 作用， 加速混凝土内粉煤灰早期活性的激发； 此外， 废弃水泥 浆中可能仍有未水化水泥存在， 未水化水泥遇水后可以继续 水化， 从而对混凝土的强度增长有一定的贡献6 1 。 ( 2 ) 与轻集料相似， 再生集料的微孔、 微管系统在新拌混 凝土中具有吸水和供水作用， 吸水作用使得集料附近处于局 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 卢新帆， 等： 道路 高性 能再生混凝土的制备及性能研究 部低水灰比状态， 因此减少了集料下部由于内分层作用而形 成的“ 水囊” ， 避免了界面处C a ( O H ) 的富集和定向排列， 提 高了集料与水泥的界面粘结力； 供水作用可起到“ 内养护” 的 作用， 使得集料附近的水泥能够充分水化， 从而增加了集料表 面附近水泥石的密实性； 此外， 在“ 内养护” 作用下， 粉煤灰能 够完全参与水泥的水化反应， 生成低钙型的水化硅酸钙凝胶， 包裹在集料周围， 填充了集料与水泥石之间的间隙， 增加了集 料与水泥石之间界面的密实度7 1 。 ( 3 ) 再生集料与新拌水泥浆体之间的相容性好， 彼此有可 能发生化学反应， 此外， 再生集料表面粗糙， 界面咬合力强， 对 于改善界面过渡区的性质有 J 8 1 。 3 结语 ( 1 ) 通过将粉煤灰应用于再生混凝土中， 充分利用粉体的 优化组合以及界面强化效应， 可配制出强度等级C 6 0 、 坍落度 满足施工要求的道路高性能再生混凝土。 ( 2 ) 在所研究的因素中， 对道路高性能再生混凝土2 8 d 抗 压强度的影响顺序依次为： 胶凝材料用量一水胶比 一砂率， 其 中胶凝材料用量影响显著； 而对 2 8 d 弯拉强度的影响顺序则 依次为： 水胶比 一砂率一胶凝材料用量， 其中水胶比影响显著。 ( 3 ) 道路高性能再生混凝土的强度并未因为使用再生集料 J ( 上接第 2 7页) 发色基团局部浓度过大造成的。而两者复配使用后， 发色基团 浓度降低， 易在混凝土中分散均匀， 且萘系改性减水剂最佳掺 量区间宽泛， 不易泌水、 离析， 有效阻止混凝土表面色斑产生。 3 结语 ( 1 ) 水泥净浆流动度试验表明， 脂肪族减水剂对水泥净浆 的分散程度优于萘系减水剂， 但水泥净浆测试饱和点明显， 说 明脂肪族减水剂最佳掺量区间狭窄。 ( 2 ) 萘系减水剂、 脂肪族减水剂和木质素磺酸钠可以进行 复配使用， 并且当F D N ： S A F 0 7 ： 0 3 、 木质素磺酸钠掺量为胶 凝材料质量的0 0 5 0 1 5 时， 对混凝土表观无明显影响。 ( 3 ) 萘系改性减水剂具有敏感性低、 减水率高、 比萘系减 水剂表现出更好的混凝土保坍和增强能力，并可消除单纯使 用脂肪族减水剂对混凝土造成的表观污染等综合性能。 参考文献： 1 张承志 商品混凝土 M】 北京 ： 化学工业出版社， 2 0 0 8 ： 1 1 5 1 1 6 2 李崇 智 ， 李永 德 ， 冯 乃谦 2 1世纪 的 高性 能减水 剂 IJ 混 凝 土 ， 而显著降低，其原因是再生集料对混凝土的力学性能具有一 定的有利影响。 参考文献： 1 李华 ， 缪昌文， 金志强 水 泥混凝土路面修 补技术【 M 北京 ： 人民 交通 出版社 ， 1 9 9 9 【 2 尹健 高性能快速修补混凝 土的研 究与应用 D 】 长沙 ： 中南大学， 2 o o 3 3 沈建生， 徐亦冬， 周士琼 ， 等 再生混凝土配合 比试验研 究 J 新型 建筑材料 ， 2 0 0 7 ( 8 ) ： 1 8 2 0 4 徐亦冬 ， 姜珂 ， 周士琼 再生骨料 与再生混凝土 技术新动 向与评 述 新型建筑材料 ， 2 0 0 5 ( 9 ) ： 3 4 3 7 5 】 郭 昌生 ， 徐 亦冬， 卢新 帆 不 同龄期 再生骨料对 再生混凝土性 能 的影响 J 1 新型建筑材料 ， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 7 8 8 0 6 】 刘顺妮 水泥一 混凝 土体系环境影响评价及其应用研究 D 】 武汉 ： 武汉理工大学 ， 2 0 0 3 7 】 张勇， 丁庆 军， 于发洲 ， 等 轻集料混凝土 的界面结构研 究 J 混凝 土 ， 2 0 0 2 ( 1 0 ) ： 2 9 3 1 1 0 姜浩 新老混凝土粘结界面层微细观结构的改善方法和机理【 D 】 汕头： 汕头大学 ， 2 0 0 1 A 3 1 田培， 刘 加平 ， 王玲 ， 等 混凝 b J n N手册 M】 北 京： 化 学工业出 版社 ， 2 0 0 9 ： 1 - 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