再生骨料的化学强化对再生混凝土力学性能的影响.pdf

2 0 1 6年第 1期 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 0 1 6 No 1 J a n u r a r y 再生骨料的化学强化对再生混凝土 力学性能的影响 丁天平 ， 刘冠 国 ， 胡玉兵 ， 秦 鸿根 。 ( 1 江苏省无锡市航道管理处 ， 2 1 4 0 3 1 ； 2 苏交科集团股份有限公司， 南京 2 1 1 0 0 0 ； 3 东南大学材料科学与工程学院 ， 南京 2 1 1 1 8 9 ) 摘要 ： 再 生骨料性 能一般低 于天然骨料 ， 为 了提 高再 生骨料 的性 能， 本文研究 了再 生混凝 土骨料 的强化技术 ， 探讨 了再生骨料的化学强化技术对再生混凝土力 学性能 的影响 。 研 究表 明， 再生骨料 通过 化学浆液强化后 的性 能可 以得到一 定的提升 。 其 中采 用硅 藻土强化后延期成 型的混凝 土各 项力学性 能提 升最为明显。 在 配制 中低 强度 混凝 土 时可以采用再 生骨料替代天然骨料 ， 来获得更好 的经济效益和社 会环 境效益。 关键词 ： 再生骨料 ； 强化技术 ； 再生 混凝土 ； 力学性 能 Ab s t r a c t ：Ge n e r a l l y ，t h e p e r f o r ma n c e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e i s l o we r t h a n t h a t o f n a t u r al a g g r e g a t e ，i n o r d e r t o i m p r o v e t h e p e r f o r ma n c e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e ，t h e r e i n f o r c e me n t t e c h n o l o g y o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g gre g a t e i s s t u d i e d ，e x p l o r i n g d i ff e r e n t c h e mi c al s l u r r y r e i n f o r c e d me tho d t o i mp mv e t h e p e r f o rm a n c e of r e c y c l e d a g gre g ate nl e r e s u l t s s h o w tha t a f t e r r e i n f o r c e d b y c h e mi c al s l u r r y ， t h e p e r f o r ma n c e 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 h a s b e e n s i g n i fi c a n t l y i mp r o v e d Af t e r r e i n f o r c e d b y d i a t o ma c e o u s e a r t h c h e mi c al s l u r r y ， the e n h a n c e d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e s h o ws t h e mo s t o b v i o u s u p gra d e W h e n c o mp o u n d me d i u m a n d l o w s t r e n g t h c o n c r e t e ，r e c y c l e d a g gre g ate c a n s u b s t i t u t e n a t u r al gre g ate ， t o g e t a b e t t e r e c o n o mi c a n d e n v i r o n me n t a l b e n e fi t s Ke y wo r d s ： Re c y c l e d a g gre g ate ；R e i n f o r c e d t e e h n o l o g y ； Re c y c l e d c o n c r e t e ； Me c h a n i c al p r o p e r t i e s 中图分 类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 1 0 4 0前 言 在各项工程建设 中， 混凝土作为重要 的建筑材 料 ， 每年都有着巨大的消耗量。尤其是近几年来 ， 我 国混凝土 的产量持续保持在世界 总产量 的一半 以 上 ，仅用于生产混凝土的砂石材料每年就超过 1 0 0 亿 t m 。目前 ， 在我 国对老旧建筑物的拆除和改造过 程 中产生 的大量建筑 垃圾 的处理 方法大部分 都是 直接随意堆放和填埋 ， 这样不但浪费资源 、 占用土 地 ， 还给 自然环境带来 了严重的污染。将废弃混凝 土通过破碎加工成再生骨料用于混凝土 中 发展绿 色混凝土 以减轻其对 自然 和社会环境 的不利影响 ， 是 实施 “ 可持续 发展” 战略中不 可缺少的一项 重要 措施 2 1 。 美 国 C Y C L E A N公 司采用 微 波 技术 ， 1 0 0 地 回 收利用再生旧沥青混凝土路面料 ， 其质量 与新拌沥 青混凝土路面料相 同。 而成本降低 了 1 3 ， 同时节约 了垃圾清运和处理费用 ， 大大减轻 了城市的环境污 染 3 J 。日本在 1 9 7 7年就相继在各地建立了以处理混 凝土废弃物为主的再生产工厂 ， 生产再生骨料和再 生混凝土 。 德 国 L o w e r S a x o n g的一条双层混凝土公 路采用了再生混凝土，该混凝土路面总厚度 2 6 c m， 底层混凝土 1 9 c m采用再生混凝土 ：面层 7 c m采用 天然骨料配制的混凝土嘲 。而荷兰在 2 O世纪 8 0年 代就制定了有关利用再生骨料制备素混凝土 、 钢筋 混凝土和预应力钢筋混凝土 的技术规范 6 1 。经过多 年研究 ，其废弃混凝土的利用率 已达到较高水平。 我国建设部在 1 9 9 7年将“ 建筑废渣综合利用” 列入 科技成果重点推广项 目 。 再生骨料 内部缺 陷多 ， 强度偏 低 ， 用再 生骨料 制成 的再生混凝土坍落度小 ， 坍落度损失大 ， 再生 混凝土收缩徐变大 ， 容易出现裂缝和预应力损失等 问题 。再生骨料一般包括两部分 ： 天然骨料和硬化 水泥浆体8 1 ， 为提高再生骨料的物理力学性能 ， 人们 提出了对再生骨料进行强化 ，其强化方法包括 ： 除 去附着水泥浆的机械研磨法f 9 】 、 湿处理法 ； 强化附 着水泥浆的聚合物乳液浸泡法【 “ 】 、 火山灰浆液浸泡 法 。本文结合无锡锡澄运河三级航道整治工程 中 的废弃混凝土再生利用 。 采用不同化学浆液对再生 骨料进行化学强化 ， 并研究其对再生混凝土力学性 能 的影 响 。 一 1 一 2 0 1 6年第 1 期 混凝 土与水 泥制 品 总第 2 3 7期 1 原材料与试验方法 1 1 试验原材料 胶凝 材 料 ： 本 试 验所 用 水 泥为 南 京某 水 泥 厂生 产的 P I I 5 2 5级水泥 。 各项性能均满足相应标准要 求 。所用的粉煤灰为镇江某 电厂生产的 I级粉煤 灰 ； 所用的矿渣粉为 $ 9 5级矿渣微粉。水泥、 粉煤灰 和矿渣微粉的化学成分列于表 l 。 表 1 胶凝材料的化学成分 材料 S i O 2 C a O 水 泥 2 3 5 5 6 0 7 8 粉煤灰 5 4 8 8 4 7 7 矿渣微粉2 8 1 5 3 4 5 4 细骨料 ： 本试验所用细骨料为天然河砂 ， 根据 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 1 1 建设用砂 对砂的基本性能进行 检验 ， 表明该砂为非活性细骨料 ， 细度模数为 2 9 2 ， 中砂 ， 级配合格。 粗骨料 ： 再生粗骨料为现场废弃的 C 2 5混凝土 经过机械破碎 、清洗与分级处理后 ，再筛分 出 5 1 6 ra m 和 1 6 3 1 5 ram这 两个 粒级 然后 按 照一 定 的 比例混合复配形成 5 3 1 5 mm连续级配的再生粗骨 料。压碎指标值为 1 4 4 ， 磨耗率为 2 4 5 。 减水剂 ： 本试验所用外加剂为 H T H P C型聚羧 酸系减水剂 ， 减水率 3 O 。 。 水 ： 自来水 。 1 2 试 验方 法 1 2 1 试 验方案 本试验强化再生骨料的几种化学 强化试验方 案列于表 2中。所设计 的几种化学浆液 以水泥为 主 ， 分别掺入硅灰 、 硅藻土、 苯丙乳液或聚乙烯醇溶 液等 。考虑到强化效果和性价比因素的综合影 响， 具体所采用的无机粉体及有机聚合物掺量各有不 同。 所用化学浆液 的水胶 比为 1 ： l ， 试验 中根据具体 情况可作适当调整 。 表 2 再生骨料化学强化试验方案 本试验结合工程实际。 对再生骨料应用设计了 全再生粗骨料的 C 3 0再生混凝土 ， 要求混凝土初始 坍落度为( 1 8 0 2 0 ) m m， 试验配合 比见表 3 。 一 2 一 表3 C 3 0再生混凝土试验配合比 k e C m 注： 表中水灰 比 W B为 0 5 2 。 粉煤 灰和矿渣 微粉产量均为 1 5 ， 砂率为 4 2 ， 减水剂掺量为 1 。 1 2 2试验方 法 再 生 骨料 进 行化 学强 化 ， 实验 室化 学 强 化方 法 是将配制好 的化学浆液均匀喷洒在搅拌状态 的再 生骨料表 面 ， 使骨料表 面被充分浸润 然后静 置晾 干 ， 这种方法可以减少生产成本 、 提高生产效率。同 时 。 试验还采用直接成型和延期成型两种骨料强化 技术进行对 比试验 ： 直接成型就是将再生骨料喷淋 浆液后直接成型再生混凝土 ： 而延期成型就是将再 生骨料喷淋浆液后在室内自然条件养护 3 d 。 再成型 再生 混凝 土 混凝土工作性试验依据 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 中的规定进 行 。混凝土力学性 能试验依据 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中的规定进 行 。按标准成型混凝土试件 ， 并测试混凝土不同龄 期的力学性能。 2 试 验 结果 与分析 2 1 化学 强化 对再 生骨料 性 能 的影 响 本 试 验按 表 2所 选 择 的 四种 方法 强化 4组 再 生骨料 ， 浆液 喷淋 后室 内 自然 养护 3 d ， 并 晾干 ， 进 行 再生骨料的性能试验 ， 其试验结果( 7 d ) 见表 4 。 表 4 化 学 强 化 后 再 生 骨 料 性 能 试验结果表明， 与未强化 的再生骨料相 比， 其表 观密度相差不大 而再生骨料 的强度明显提高。 吸水 率明显降低。其中掺硅灰的水泥浆液强化的再生骨 料压碎指标值降低了 1 9 2 ， 1 h吸水率降低了 3 3 ； 掺苯丙乳液的水泥浆液强化的再生骨料压碎指标值 降低了 1 4 O ， l h吸水率降低了 1 6 4 ；掺硅藻土的 水泥浆液强化效果与掺硅灰的水泥浆液相近。 它一 卯 加 其一 一 一 S一 L 一 加 L 一 一 葺 I 一 一 2 0 1 6年第 1 期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 7期 表 7 强 化 后 混 凝 土 的力 学 性 能 2 4 性价 比分 析 对 三组 性 能较 好 的化 学 强 化 再 生 骨 料 的成 本 费用进行计算 ， 结果列于表 8中。 试验结果表 明， 对拆 除重建的水工结构物或其 他混凝土工程 ， 就地利用废弃混凝土 ， 并根据需要 进行适当的化学强化 ， 其经济性是很 明显 的 ， 本文 的几 种 强 化 方 法 以掺 硅 藻 土 的水 泥 浆 液 性 价 比最 高 其次是掺苯丙乳液的水泥浆液和掺硅灰的水泥 浆液。 、 对江苏等土地和骨料资源较为紧缺的地 区。 天 然骨料运输费用很高 ， 废弃混凝土运输 、 掩埋处理 费用极高 ， 并会造成环境污染。因此 ， 提倡充分利用 废弃混凝 土再生骨料资源 ， 具有 良好 的技术经济效 益和生态环境效益。 表 8 1 t 再生骨料化学强化费用 注 ： 再生骨料费用 主要是 短途运输 、 破碎加工成再 生粗骨料 和清 洗费用 ： 原 材料价格 为 ： 水泥 3 0 0元h 、 硅灰 1 5 0 0元 t 、 硅藻 土 5 0 0元 t 、 苯丙乳液 7 0 0 0 元 t ： 天然粗 骨料 费用含运输通常不低于 6 0元 t 。 3结论 ( 1 ) 再生骨料的性能 由于其表面包裹或部分包 裹一层砂浆 。 其性 能一般低于天然骨料 。 再生骨料 的强化有利于其强度的提高和吸水率的降低 ， 并使 得再生混凝土的性能提升。 ( 2 ) 改性 水泥浆化学强化再生骨料 时 ， 采用延 期成型法强化效果较明显 ： 苯丙乳液强化后的混凝 土抗折和劈拉强度提升较抗压强度提升更为明显。 ( 3 ) 对 比不 同化学浆液强化 ( 延期 成型法 ) 效 果 ， 掺硅藻土 的水泥浆液的强化效果最佳 。 其再生 混凝土不但具有较高的抗压强度 ， 抗折和劈拉强度 的提升也 比较 明显 ，流动性能也有明显 的改善 ， 总 体性价比较高。 ( 4 ) 对拆 除重建 的水工结构物或其他混凝 土工 程 ， 就地利用废弃混凝土 ， 并根据需要进行化学强 化经济性明显 ， 具有 良好 的技术经济效益和生态环 境效益。 爹 考 文 献 ： 【 1 】 水 中和 构建可持续 的混凝 土原材料新体系【 J 中国建 材， 2 0 1 4 ( 1 ) ： 2 0 2 2 【 2 】肖建庄 再生混凝土【 M 北京 ： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 7 3 】 石 峰， 宁利中， 刘晓峰， 等 建 筑 固体废 物资 源化综 合利用 J 水资源与水工程学报， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 3 9 4 1 4 】 陈道普 废弃混凝土的回收利用再生混凝土【 J 】 河南 建材。 2 0 0 3 ( 2 ) ： 2 0 2 2 一4一 【 5 王东海， 廖耀 明，杨子江 废弃混凝土的再 生利 用研 究 J 节能 2 0 0 6 ( 1 1 ) ： 4 4 4 6 6 】 吴 贤国， 郭劲松 ， 李 惠强， 等 建筑废 料 的再 生利用研 究 J 】 建筑技术与应用。 2 0 0 4 ( 1 ) ： 2 1 2 3 【 7 】 宋 瑞旭， 万朝均， 王 冲， 等 高 强度再 生骨料 和再生 高性 能 混凝土试验研究 J 混凝土， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 2 9 - 3 1 【 8 】 D e J u a n M S ， G u t i r r r e z S t u d y o n t h e i n fl u e n c e o f a t t a c h e d mo r t a r c o n t e n t o n t h e p r o p e r t i e s 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 J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 2 ) ： 8 7 2 8 7 7 【 9 T a t e y a s h i k i H ， S h i ma H ， Ma t s u m o t o Y ， e t a 1 P r o p e r t i e s o f c o n c r e t e wi t h h i g h q u a l i t y r e c y c l e d a g g r e g a t e b y h e a t a n d rub - b i n g m e t h o d J P r o c e e d i n g s o f J C I ， 2 0 0 1 ， 2 3 ( 2 ) ： 6 1 - 6 6 1 0 K a t z A T r e a t m e n t s f o r the i m p r o v e me n t of r e c y c l e d a g g r e g a t e J J o u r n a l o f Ma t e ri a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 4 ， 1 6 ( 6 ) ： 5 9 7 6 0 3 【 1 1 Z h u Y G ， K o u S C ， P o o n C S ， e t a1 I nflu e n c e o f s i l i c a - b a s e d wa t e r r e p e l l e n t o n t h e d u r a b i l i t y p r o p e rt 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 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 1 3 ， 3 5 ( 1 ) ： 3 2 3 8 1 2 】 K o n g D ， L e i T ， Z h e n g J ， e t a 1 E f f e c t a n d m e c h a n i s m o f s u r f a c e - c o a t i n g p o z z a l a n i e s ma t e ri als a r o u n d a g gre g a t e o n p r o p e a i e s a n d I T Z m i c r o s t r u c t u r e o f r e e y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e f J 】 C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri al s ， 2 0 1 0 ， 2 4 ff) ： 7 0 1 7 0 8 收稿 日期 ： 2 0 1 5 1 1 1 0 作者简介 ： 丁天平 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 高级工程师 。 通讯作者 ： 秦鸿根 ( 1 9 5 5 一 ) ， 男 ， 教授级高工 。 联 系电话 ： 1 3 5 0 5 1 8 5 0 5 2 E- ma i l ： q i n h o n g g e n 1 2 6 c o m