混凝土用再生胶凝材料的试验研究.pdf

全国中文核心期刊 新 童巍 中 国 科 技 核 心 期 刊 f # ； 。 混凝士用再生胶凝材料韵试验研究 彭春元 ， 余斌 ， 彭涓 。 ， 张小鹏 ， 黄冲 ， 谢欢愉 ， 陈机构 ， 李文 ， 罗新建 ( 1 广 州大学 土木工程学院， 广东 广州5 1 0 0 0 6 ； 2 广州穗业混凝土有限公司， 广东 广 州5 1 1 4 8 3 ； 3 兰州石化职业技术学院 ， 甘肃 兰州7 3 0 0 6 0 ) 摘要 ： 通过破碎机、 筛分机和球磨机等设备将混凝土废弃物加工成再生胶凝材料， 并对其细度、 需水量比、 胶砂流动度比、 活性 指数进行了对比分析。结果表明， 再生胶凝材料性能基本符合G B T 1 5 9 6 -2 0 0 5 对 级粉煤灰的要求。再生胶凝材料对混凝土的坍 落度无影响， 能满足混凝土力学性能要求。当C 3 0 和 C 4 0混凝土中的再生胶凝材料掺量分别为 1 1 和 1 9 时， 粉煤灰替代率分别 约为 4 0 和 1 0 0 。 研究成果对节省混凝土原有胶凝材料用量 、 扩大混凝土掺和料来源、 实现混凝土废弃物综合利用具有参考价值。 关键词： 再生胶凝材料； 坍落度； 力学性能 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 1 2 0 0 5 2 0 4 Ex p e r i me n t a l r e s e a r c h o f r e c y c l e d g e l l e d m a t e r i a l i n c o n c r e t e P E NG C h u n y u (m ， YU Bi n ， P E NG J u a n ， Z HANG Xi a o p e n g ， HU ANG Ch o n g I ， X I E Hu a n y u ， C HE N J i g o u ， L I We n ， L U O X i n j i a n ( 1 Gu a n g z h o u Un i v e r s i t y o f C i v i l En g i n e e rin g Co l l e g e ， Gua n g z h o u 5 1 0 0 06 ， Gu a n g d o n g ， C h i n a； 2 Gu a n g z h o u S u i y e C o n c r e t e L i mi t e d， Gu a n g z h o u 5 1 1 48 3， Gu a n g d o n g ， Ch i n a ： 3 L a n z h o u P e t r o c h e mi c a l C o l l e g e o f Vo c a t i o n a l T e c h n o l o g y， L a n z h o u 7 3 0 0 6 0， Ga n s u ， C h i n a ) Abs t r a c t ： T h e c o n c r e t e wa s t e wa s p r o c e s s e d i n t o t he r e c y c l e d g e l l e d ma t e r i a l t h r o u g h t h e c r u s h e r ， s i e v e ma c h i n e a n d b a l l c rus h e r ， a n d i t s f i n e n e s s ， wa t e r r e q u i r e me n t r a t i o ， mo r t a r flu i d i t y r a t i o a n d a c t i v i t y i n d e x we r e c o mp a r e dTh e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e p r o p e r t i e s o f t h e r e c y c l e d g e l l e d ma t e r i a l w e r e b a s i c a l l y i n l i n e w i t h t h e n a t i o n a l s t a n d a r d o f g r a d e I I fl y a s h r e q u i r e me n t s T h e r e c y c l e d g e l l e d ma t e r i a l h a d n o e f f e c t o n t h e c o n c r e t e s l ump， me e t i n g c o n c r e t e me c h a n i c a l p r o p e rt i e s r e q uir e me n t s W h e n t h e C3 0 a n d C4 0 c o n c r e t e r e c y c l e d g e l l e d ma t e ria l d o s a g e we r e 1 1 a n d 1 9 ， t h e fly a s h s u b s t i t u t i o n r a t e s we r e a bo u t 40 a n d 1 0 0 ， r e s p e c t i v e l y Th e r e s e a r c h a c hi e v e me n t s h a d c e r t a i n r e f e r e n c e v a l u e o n t h e a mo un t o f s a v i n g t h e o rig i na l c o n c r e t e g e l l i n g ma t e ria l s ， e x p a n d i n g c o n c r e t e a d mi x t u r e s o u r c e s a n d a c h i e v i ng t h e c o mp r e h e ns i v e u t i l i z a t i o n o f t h e c o n c r e t e wa s t e Ke y wo r d s ： r e c y c l e d g e l l e d ma t e ri a l ， s l u mp ， me c h a n i c a l p r o p e r t i e s 0 引言 在我国， 每年浇注混凝土 l 5 亿 2 0 亿IT I ； 与此同时， 城市 改造建设也会拆除部分老化的建筑与结构，导致混凝土解体 量越来越多。 保守估计， 我国每年产生1 亿t 左右的废弃混凝 土， 而全世界废弃混凝土年产生量高达 l 0 亿t 以上ll l。 混凝土 基金项目： 广州市 2 0 1 4 年科技慧民专项( 2 0 1 4 Y 2 0 0 1 9 0 ) ； 广州市科技创新平台项 目( 1 5 1 8 0 0 0 5 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 7 1 0 ； 修订 日期 ： 2 0 1 5 0 8 2 0 作者简介 ： 彭 春元 ， 女 ， 1 9 6 6年 生， 湖南衡 山人 ， 副研 究员 ， 主 要研究 方 向为固废 利用及再生混凝土。E m a i l ： p c y 2 1 6 3 C O B。 5 2 新型建筑材料 2 0 1 5 1 2 用矿物掺合料( 矿渣粉、 粉煤灰、 硅灰等) 的加入不仅可以节省 水泥， 还在定程度上改善混凝土的工作性， 提高混凝土的性 能翻 。 因此， 矿物掺合料被广泛应用于混凝土生产中。 目 前我国 正在建设中的重大工程， 如高铁、 桥梁、 隧道和水利工程对于 优质矿物掺合料需求巨大， 已 经出现供不应求的局面， 尤其$ 9 5 以上矿渣粉、 I 级粉煤灰等掺合料， 一些重大工程因无法保障 供应而不得不延缓施工进度1 3 。因此， 一方面要有效地使用现 有胶凝材料， 同时也要扩大胶凝材料的来源， 寻找能够替代现 有胶凝材料的活性材料。 研究表明， 利用废弃混凝土制备再生 骨料的同时， 还可以生产再生胶凝材料( 即将废弃的混凝土经 过破碎、 筛分后从中分离出粉料， 经球磨后制备出能够替代天 然矿物掺合料的活性粉末) ，从而达到废弃混凝土零排放， 做 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 彭春元， 等： 混凝土用再生胶凝材料的试验研究 2 试验 2 1 原材料 水泥： 广州鸿丰P 1 1 5 2 5 R水泥， 标准稠度用水量2 5 6 ， 基本物理力学性能见表2 。 表 2 水泥的基本物理力学性能 矿物粉： s 9 5级， 唐山新型建材有限公司； 粉煤灰， 级， 珠江电厂。粉煤灰和矿渣粉的技术指标见表 3 。 表 3 矿 渣粉与粉煤 灰的技术指标 细骨料： 标准砂； 广东西江河砂( I I 区中砂) 。 粗骨料： 广东惠州5 2 5 m m连续粒级碎石。 聚羧酸减水剂： 广州洛美建材有限公司生产， 主要技术指 标见表4 。 表 4 聚羧酸减水剂的主要技术指标 水： 自来水。 2 2 试验方法 以水泥为基准， 将粉煤灰及各种不同粉料进行细度、 需水 量比、 胶砂流动度比、 活性指数测试， 通过对比分析， 探讨再生 胶凝材料在混凝土中应用的可能性。 试验方法主要参照G B ff 1 5 9 6 -2 0 0 5 用于水泥与混凝土中的粉煤灰 ； G B T 1 7 6 7 1 1 9 9 9 T J 泥胶砂强度检验方法( I S O法) 和G B T 2 4 1 9 -2 0 0 5 水泥胶砂流动度测定方法 。 以 不掺再生胶凝材料的混凝土配合比为基准， 再生胶凝材 料占 胶凝材料质量5 2 5 掺入到混凝土中， 替代混凝土中粉 煤灰， 探讨再生胶凝材料掺量对混凝土坍落度与力学性能的影 响。 试验方法主要参照G B ,q 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 和 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 。 3 试验结果及分析 3 1 再生胶凝材料的性能试验结果及分析 表5 是采用标准砂进行的各种粉料的性能测试结果。 表 5 各种粉料的性能测试结果 从表5 可以看出， 各种粉料的粗细程度为： 水泥粉最细、 再生细粉颗粒最粗、 废块料再生胶凝材料和废渣料再生胶凝 材料的细度基本相同， 但稍高于G B T 1 5 9 6 -2 0 0 5 对 级粉 煤灰要求；而试验用粉煤灰的细度介于水泥与再生胶凝材 料之间。 各种粉料的需水量比相差不大。 试验用粉煤灰胶砂 流动度高于水泥， 这是由粉煤灰内的微珠效应所致。再生细 粉和废渣料再生胶凝材料的胶砂流动度较低，废块料再生 胶凝材料胶砂流动度稍高但仍低于试验用粉煤灰。再生细 粉和废块料再生胶凝材料的活性指数均低于试验用粉煤 灰，但废渣料再生胶凝材料活性指数与试验用粉煤灰相差 不大。再生胶凝材料经过粉磨工艺后， 颗粒变细致使潜在活 性得以发挥。这是因为磨细加工本身就是使材料机械活化 的有效方法之-4 。值得注意的是， 试验中发现废渣料再生 胶凝材料的掺量需降低到水泥质量的2 0 ( G B rI 1 1 5 9 6 -2 0 0 5 5 4 新型建筑材料 2 0 1 5 1 2 要求为3 O ) 才能进行胶砂成型， 使测得的活性指数与试验 用粉煤灰持平。 这主要是因为废渣料堆积时间较长， 成分相比 废弃混凝土块料复杂， 其中不乏含较多泥浆等组分， 其需水 量较大， 活性较低。 3 2 再生胶凝材料掺量对混凝土性能的影响 以满足实际混凝土结构工程需要所设计的 C 3 0 ( 用在 某住宅二层柱) 和C 4 0 ( 用在某桥梁柱预制梁) 混凝土配合 比为基础( 见表6 ) ， 坍落度设计值为( 1 8 0 + 3 0 ) m m， 用不同比 例废块料再生胶凝材料替代粉煤灰对混凝土坍落度的影响见 表 7 。 表 6 基准混凝土的配合比 k g 强度等级 水泥 矿渣粉煤灰河砂 碎石 水 减水剂 C3 0 1 7 0 9 5 1 1 0 7 1 3 1 1 1 5 1 5 0 6 0 0 C 40 2 4 0 1 0 0 8 0 6 6 0 1 1 2 0 1 4 0 7 1 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 彭春元， 等： 混凝土用再生胶凝材料的试验研究 表 7 再生胶凝材料掺量对混凝土坍 落度 的影响 编 号囊 馨 坍 落 度 编 号凝 材 料 替 代 率 编 号凝 材 料替 代 率 掺量， ra m m m 掺量 m m C3 0- 0 0 0 1 9 5 C 4 0 一O O O 2 o 0 C3 0 5 5 1 7 0 1 6 5 C 4 0 -5 5 2 6 2 2 0 5 C 3 0 8 8 2 7 3 1 8 5 C 4 0 8 8 4 2 0 1 8 5 C3 0 一l 1 1 1 3 7 5 21 O C 4 0 1 1 l 1 5 7 8 21 5 C3 0 -1 5 1 5 51 1 9 0 C 4 0 1 5 1 5 7 8 8 2 0 0 C3 O 一1 9 1 9 6 4 8 6 0 C4 0 1 9 1 9 9 9 8 2 0 0 C3 0 - 25 2 5 8 5 2 2 0 C4 0 - 2 5 2 5 1 31 0 4 0 注 ： 再生胶凝材料掺量按占胶凝材料质量计 。 由表7 可以看出， 随着再生胶凝材料掺量的增加， 粉煤灰 替代率逐渐增大。针对 C 3 0 和C 4 0 混凝土的坍落度要求， 再 生胶凝材料的最佳掺量分别为1 1 和 1 9 ， 此时粉煤灰替代 率分别达到 3 7 5 和9 9 8 ，随后进一步增加再生胶凝材料 掺量时，混凝土坍落度明显下降。因此再生胶凝材料对C 3 0 混凝土的粉煤灰替代率在4 0 左右比较合适， 而对C 4 0 混凝 土， 粉煤灰替代率可以提高到1 0 0 。 当C 4 0 混凝土中再生胶 凝材料掺量增到2 5 时， 已替代掺和料中的部分矿渣， 使胶 凝材料体系的颗粒级配受到影响， 整体偏粗， 矿渣及粉煤灰构 成的复合细颗粒填充效应与分散效应降低，所以混凝土流动 性降低， 坍落度急剧减小。 按照表6 配比， 用不同比例废块料再生胶凝材料替代粉 煤灰，再生胶凝材料掺量对混凝土7 d 、 2 8 d 抗压强度、 2 8 d 抗 折强度和2 8 d 劈裂抗拉强度的影响见表8 。 表 8 再生胶凝材料掺量对混凝土强度的影响 从表8 可以看出， 所有掺再生胶凝材料的混凝土 2 8 d 抗 压强度均满足相应强度等级要求，且随着龄期由7 d 延长到 2 8 d ， 强度亦随之提高。 掺再生胶凝材料的C 3 0 混凝土7 d 和 2 8 d 抗压强度均低于基准混凝土。但C 4 0 混凝土的7 d 抗压 强度均高于基准混凝土； 当再生胶凝材料掺量超过8 时， 2 8 d 抗压强度也普遍高于基准混凝土。 因此， 再生胶凝材料有利 于C 4 0 混凝土强度的提高。 由表8 还可以看出， 无论是否掺再生胶凝材料， 同样强度 等级的混凝土抗折强度均高于劈裂抗拉强度； 混凝土强度等级 由C 3 0 提高至C 4 0 时， 抗折强度提高幅度大于劈裂抗拉强度。 C 3 0 混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度随着再生胶凝材料掺 量的提高均稍有下降。 再生胶凝材料对C 4 0 混凝土抗折强度 和劈裂抗拉强度的影响在1 0 M P a 范围内波动； 当再生胶凝材 料达到C 4 0 混凝土要求的最佳掺量( 1 9 ) 时， 其抗折强度和 劈裂抗拉强度较基准混凝土仅降低0 4 M P a 。 4 结论 ( 1 ) 再生胶凝材料除细度稍低外， 需水量、 胶砂流动度和 活性指数均基本符合G B T 1 5 9 6 -2 0 0 5 对 级粉煤灰的要 求， 可以尝试取代粉煤灰制备混凝土。 ( 2 ) 为满足C 3 0 和C 4 0 混凝土的坍落度要求， 再生胶凝 材料的最佳掺量分别为 1 1 和1 9 ， 此时C 3 0混凝土的粉煤 灰替代率在4 0 左右，而 C 4 0混凝土的粉煤灰替代率接近 1 0 0 。 ( 3 ) 随着龄期的延长， 掺再生胶凝材料的混凝土抗压强度 亦随之提高， 且2 8 d 抗压强度均满足设计强度等级要求； 掺再 生胶凝材料的C 3 0 混凝土 7 d 和2 8 d 抗压强度均低于基准 混凝土； C 4 0 混凝土的7 d 抗压强度均高于基准混凝土， 当再 生胶凝材料掺量超过 8 时， 2 8 d 抗压强度也普遍高于基准 混凝土。因此， 再生胶凝材料有利于C 4 0 混凝土强度的提高。 ( 4 ) 与基准混凝土类似， 掺再生胶凝材料的混凝土抗折强 度均高于抗劈裂强度； C 3 0混凝土的抗折强度和劈裂强度随 着再生胶凝材料掺量的提高呈小幅下降； 再生胶凝材料对C 4 0 混凝土抗折强度和劈裂强度的影响较小。 参考文献 ： 【 1 何勤 ， 谢曦， 刘凤源， 等 国内外废弃混凝 土分 离回收及应用技术 叨 新型建筑材料 ， 2 0 1 3 ( 1 O ) ： 3 8 4 0 2 】 雷文 晗， 赵大军 ， 程志勇 石 灰石粉作 为混凝土矿 物掺合料 的应 用研 究进 展f J 1 _ 粉煤灰综合利用， 2 0 1 3 ， 5 3( 4 ) ： 5 3 5 6 【 3 水 中和 构建可 持续 的混凝土 原材料 新体系 f J 1 中 国建材 ， 2 0 1 4 ( 1 ) ： 2 O 一2 2 【 4 】 崔 自治 粉煤灰活化措施研究【 J 新 型建筑材料 ， 2 0 0 2 ( 9 ) ： 2 2 2 5 A I 亡 t ， D l l l I nl 卜I T D I I C 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m