影响再生混凝土和易性的初步试验分析.pdf

2 0 1 2年 第 2期 (总 第 2 6 8期 ) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 6 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATER【 AL AND ADM I NI CLE d o ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 2 0 2 5 影响再生混凝土和易性的初步试验分析 秦拥军，祁忠科，罗超 ( 新疆大学 建筑工程学院，新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 4 7 ) 摘要： 再生混凝土的使用有利于环境保护， 并有良好的经济社会效益； 和易性为混凝土工作性能的主要指标。 通过正交试验分析水灰 比、 再生粗骨料取代率、 粉煤灰等量取代水泥用量、 砂率等因素对再生骨料混凝土和易性的影响， 试验结果表明水灰比对再生混凝土和易 性影响最大， 其次为砂率、 粉煤灰等量取代水泥用量、 再生粗骨料取代率； 通过试验给出满足再生混凝土工作性能的参考配合比。 关键词： 再生粗骨料；再生混凝土；和易性 ；正交试验 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 8 1 0 2 Pr e l i m i na r y e x per i men t al an al y s i s o f t he i nf l ue nc e of r e c yc l e d c onc r e t e wor k a bi l it y Q J _Y o n g -j u n ， O I Z h o n g - k e ， L U OC h a o ( De p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Xi n j i a n g Un i v e r s i t y ， U r u mq i 8 3 0 0 4 7 C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e Il S C o fr e c y c l e d C o n c r e t e i s f a vo r a bl e t o t h e e n v i r o nme n t p r o t e c t i o n a nd the e c o no mi c a n d s o c i a l be n e fi t s Th e ma i n i n d e x f o r the wo r k i ng p e rfo r ma nc e o f c o n c r e t e i s wo r k a b i l i ty Th r o u g h o r t h o g o n a l t e s t s ， We g e t t o k no w the wa t e r c e me n t r a t i o， r e c y c l e d c o a r a g g r e g a t e r e p l a c e r a t e ， fly a s h i s o me t r i c s u b s t i t u t e c e me n t c o n t e nt s an d s a n d r a t i o S e ff e c t s o n 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 a n d wo r k a b i l i ty T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e b i g g e s t i n fl u e n c e f a c t o r o f Re c y c l e d c o n c r e t e w o r k a b i l i ty i s t h e wa t e r c e me n t rat i o ； t h e n s and r a t i o ， f l y a s h i s o me t r i c s u b s t i t u t e c e me nt c o n t e n t s and r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e r e p l a c e r a t e Be s i d e s ， t h r o u g h t h e t e s t s we g e t the mi x i n g r e f e r e n c e r a t i o t ha t C an me e t the wo r k i n g p e rfo r man c e o f the r e c y c l e d c o n c r e t e K e y wo r d s ： r e c y c l e d c o a r s e a g gre g a t e ； r e c y c l e d c o n c r e t e ； w o r k a b i l i ty； o r t h o g o n a l t e s t O 引言 将废弃的混凝土块经过破碎、 清洗、 分级后 ， 按一定的比例 混合形成再生骨料 ， 部分或全部代替天然骨料配置而形成的新 混凝土称为再生混凝土。 随着城市化进程加快， 混凝土的需求量 迅速增加， 对废弃混凝土进行合理的回收利用 ， 既可解决天然 骨料紧缺问题 ， 又节省大量废弃混凝土处理费用， 有利于保护 环境 ， 获得 良 好的社会效益。 混凝土的工作性能取决于混凝土的 和易性 ， 通过分析水灰比、 再生粗骨料取代率、 粉煤灰等量取代 水泥用量、 砂率等对再生骨料混凝土和易性的影响试验研究， 找 出满足再生混凝土工作性能的参考配合比。 1 试验材料及方法 1 1 试验材料 水泥： 采用青松牌 P 0 3 2 5 级水泥， 其化学成分和各项性 能指标满足规范要求。 砂 ： 细度模数 2 8 ， 中砂， 级配为 I I 区， 含水率小于 0 5 ， 含 泥量小 于 3 O ； 石 ： 卵石， 粒径 5 3 7 5 mm， 含泥量小于 1 0 ； 再生粗骨料 ： 为废弃混凝土经人工破碎、 清洗、 筛分而成， 粒径为 5 3 7 5 mi l l 。 再生粗骨料与天然粗骨料基本物理性能指 标见表 1 。 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 8 1 6 基金项目：国家大学生创新性试验计戈 0 项 目( 1 0 1 0 7 5 5 2 6 ) 表 1 再生粗骨料与天然粗骨料基本物理性能指标 粉煤灰： 采用乌鲁木齐地区电厂的粉煤灰， 粉煤灰的化学 成分见表 2 。 表 2 乌鲁木齐 电厂的粉煤灰的化学成分 化学成分S i O 2 A 1 2 0 3 F e 2 O C a O Mg O S O ， N a ： O K ： O 含量 6 4 6 4 1 3 2 3 1 6 6 6 0 7 2 5 7 0 8 4 1 O 2 1 8 3 水： 为一般饮用水。 1 2 试 验 配合 比设计 本试验中再生混凝土配合比设计方法参照普通混凝土配 合比的设计方法， 其中再生粗骨料吸水率为天然粗骨料吸水率 的 3 倍之多， 故在配合比设计中， 总用水量不可直接按照普通 混凝土配合比设计规程中的要求进行选定， 需考虑其吸水率大 的特点， 即需增加用水量。 具体是将混凝土的拌和水用量分为两 部分 ， 一部分为被骨料完全吸收的水分， 这部分水在拌合物中 不能起到润滑和提高流动性的作用， 把它称为附加水 ， 它是骨 料吸水至饱和面干状态时的用水量； 另一部分为拌和用水量， 这 部分水分布在水泥砂浆中， 提高拌合物的流动性 ， 并且在混凝 81 土凝结硬化时， 这部分水除有一部分蒸发外， 其余的要参与水 泥的水化反应。 1 3正 交试验 本试验采用正交试验的方法， 研究了各因素对再生混凝土 和易性的影响程度。 ( 1 ) 确定因素： A 水灰比； B 一 再生骨料取代率； c 一 粉煤灰等 量取代水泥用量 ； D 一 砂率。 ( 2 ) 确定每个因素所取的水平： 将选定的A、 B、 c、 D 4 个因 素分别设置 3个水平， A= 0 5 、 0 5 5 、 0 6 ， B _ 0 、 5 0 、 1 0 0 ， C - 0 、 1 0 、 2 0 ， D= 0 3、 O 3 5 、 0 , 4 。 ( 3 ) 制定因素水平表： 每个因素选定 3个水平， 具体的正交 试验方案及计算结果见表 3 。 表 3 正交试验表格 编 号 丽 丽 砂 编 号 两 两 历 趸 面 泵 粗 骨 料粗 骨 料 缈 ( k g ，m ， ) 1 4混凝 土 的搅拌及 试验 方 法 再生混凝土搅拌是采用机械搅拌 ， 每一组试验均是将称取 的水泥、 砂、 石、 粉煤灰倒入至强制式搅拌机中干拌 6 0 S ， 再加 入拌和水搅拌 1 2 0 s ， 搅拌好后将混凝土取出， 测量坍落度。 2 试验结果与分析 2 1试验 结果 具体试验结果见表4 ， 对正交试验结果分析是采用极差分析 的方法， 极差越大代表此因素对再生混凝土和易性影响越大， 是 主要的影响因素。 表 4 正交试验结果 根据试验结果得到： 4 个因素对再生混凝土和易性影响主次 为： 水灰比砂率一粉煤灰等量取代水泥用量一再生骨料取代率， 考虑再生混凝土和易性的最优配合比方案为水灰比为0 5 5 ； 再生骨 料取代率为 5 O ； 粉煤灰等量取代水泥用量为2 O ； 砂率为3 0 0 。 2 2 各影响 因素对再生混凝土和易性 的影响分析 2 2 1 水灰 比 水泥浆的稠度由水灰比决定， 水灰比作为配合比设计中的 主要参数 ， 它决定了混凝土的总用水。 再生混凝土中， 当水泥浆 用量一定时， 若水灰 比过小 ， 水泥浆表现干稠， 拌合物流动性 小 ， 增大水灰比， 水泥浆变稀， 从而降低黏聚性， 减小颗粒间的 8 2 内摩擦力， 增大拌合物的流动性 ， 伴随着坍落度值也会增加。 但 若水灰比过大 ， 使水泥浆的黏聚性变差， 出现保水能力不足 ， 导 致严重的泌水、 分层、 流浆、 使混凝土强度和耐久性降低。 2 2 2 砂率 砂率是指混凝土中砂的质量占砂、 石总质量的百分比。 砂率 的变动会使骨料的孔隙率和骨料的总表面积有显著改变 ， 因而 对再生骨料混凝土拌合物的和易性产生显著影响。 砂率过大 时， 骨料的总表面积及孔隙率都会增大， 若水泥浆量固定不变 ， 相对的水泥浆就显得少了， 减弱了水泥浆的润滑作用， 而使混 凝土拌合物的流动性减小 ； 砂率过小时， 又不能保证在粗骨料 之间有足够的砂浆层， 也会降低混凝土的流动性 ， 且黏聚性和 保水性变差， 造成离析， 流浆。 掺入粉煤灰的浆体可以弥补细集 料中的细屑不足， 中断砂浆泌水渠道的连续性。 2 2 3 粉煤灰等量取代水泥用量 粉煤灰取代水泥目的在于节约水泥用量和改善混凝土的 工作性能。 粉煤灰颗粒多为圆形颗粒， 结构非常光滑， 掺人粉煤 灰可以减小水泥浆体与集料表面的摩擦。 粉煤灰体积要比水泥 体积大 3 0 左右， 更多的浆体能够包裹并润滑集料颗粒 ， 从而 改善再生混凝土的流动性和保水性。 2 2 4 再生粗骨料取代率 由于再生骨料来自破碎的混凝土， 骨料表面附裹着硬化水泥 浆及砂浆， 硬化的水泥砂浆表面粗糙， 孔隙率大， 在破碎工程中还 存在大量的微裂缝， 因此再生骨料的吸水率远远大于天然骨料的 吸水率， 若不加入附加用水量， 大部分的水分被骨料表面吸附。 再 生混凝土的流动陛将会随着骨料取代的增加， 坍落度会降低， 并且 变化趋势非常显著。 本试验中考虑到再生骨料的吸水率， 根据吸水 率确定附加用水量。 加入附加用水量的再生骨料混凝土较普通混 凝土坍落度较小， 由于再生混凝土中的再生粗骨料表面粗糙， 棱角 居多， 增加了混凝土骨料之间的内摩擦力， 使混凝土的坍落度降低。 3 结论及 改进 建议 3 1 结论 ( 1 ) 再生骨料破碎过程中微裂缝 ， 孔隙率大的原因， 再生骨 料的吸水率较天然粗骨料大。 下转第 8 5页 表 9 配合比A 、 B组成 +3 d 平 均抗折 强度 +2 8 d 平 均抗折强 度 +6 0d 平均抗折强度 - * _9 0 d 平均抗折强度 十3 d 平均抗压强度 +2 8 d 3 z 均抗压强度 +6 0 ( 砰 均抗压强度 +9 0 d 平均抗压强度 粉磨) 图 1 配合比A 、 B胶砂强度 强度试验结果如图 I 所示 ， 配合比A、 B的二次粉磨和一次粉 磨的胶凝材料均不存在安定问题。 配合比A初凝 9 0 mL n ， 终凝 2 9 5 mi n ； 配合比B初凝 8 7 mi n ， 终凝 3 6 7 rai n 。 由图 1 所示强度结果， 可以发现： ( 1 ) 配合比A的强度普遍比配合 比B强度高 ， 这也印证了 正交试验结果 ， 矿渣含量对强度贡献最大 ， 激发剂配合比对强 度贡献其次 ， 脱硫石膏贡献最小。 当矿渣影响水平 3 ( 4 0 ) 和激 发剂影响水平 1 ( 激发剂 A ： 激发剂 B = 2 7 8 ： 2 2 2 ) 组合时 ， 也即配 合比A时， 强度较高。 ( 2 ) 从图中可以发现， 二次机械粉磨后的配合比普遍较一 次机械粉磨的要高， 这说明， 钢渣等矿物粉磨越细， 越容易被激 上接第 8 0页 ， 2 3 营建国， 李金玉， 林莉， 等 高强混凝土抗冻性的研究 J 建筑材料学 报， 1 9 9 9 ， 2 ( 4 0 ) ： 2 9 2 2 9 7 【 2 4 张二龙 复合纤维混凝土力学及耐久性能试验研究【 D 石家庄 ： 河北 工业大学， 2 0 0 7 2 5 A L D H AMA S ， S U E N A G A T ， B A N NO T Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c a r b o n r e i n f o r c e d c e me n t c o m p o s i t e s J I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f C e m e n t C o m p o s i t e s a n d L i 出 w e i g h t C o n c r e t e ， 1 9 8 6， 8 ( 1 ) ： 2 1 - 3 3 2 6 陈惠苏， 孙伟， 穆儒 掺不同品种混合材高强混凝土和钢纤维高强混 凝土在冻融、 冻融一 氯盐同日 寸 作用下的耐久性能 J 】 混凝土与水泥制 品， 2 0 0 0 ( 2 ) ： 2 3 2 7 f 2 7 1 伟， 钱红萍， 陈惠苏 纤维混杂及其膨胀剂复合对水泥基材料的物 上接第 8 2页 ( 2 ) 影响再生骨料和易性的主要 因素主次为： 水灰比一骨 料取代率一粉煤灰等量取代水泥用量一砂率。 ( 3 ) 再生混凝土和易性最优配合比方案为水灰比为 0 5 5 ； 再生骨料取代率为 5 O ； 粉煤灰等量取代水泥用量为 2 0 ； 砂 率为 3 0 。 3 2 建议 ( 1 ) 增加再生骨料混凝土的工作性能， 适当加入外加剂( 如 减水剂) 能够提高再生混凝土的流动性， 和易性得以改善。 ( 2 ) 在处理再生骨料时， 对再生骨料做清洗处理， 除去再生 骨料表面包裹的水泥砂浆， 使再生骨料的吸水率 ， 含泥量能够 充分的改善。 发活性， 强度表现出来也越高。 3结 论 ( 1 ) 正交试验结果表明， 各矿物成分对强度贡献最大的是 矿渣组分， 其次是激发剂复掺比例， 然后就是脱硫石膏组分； 在 矿粉含量不能进一步提高的条件下， 一定的激发剂比例对胶凝 材料强度起 着重要影响 。 ( 2 ) 各矿物之间存在着活性互相激发， 利用合理的配合比 设计， 可得到早强、 高强等不同规格的胶凝材料， 从而拓展该胶 凝材料在不同领域中的应用。 ( 3 ) 各矿物组分拌和后二次粉磨能提高胶凝材料的强度和 安定性 ， 这是由于钢渣等机械激发进一步提高矿物活性所致。 参考文献 ： 1 孙家瑛钢渣微粉对混凝土抗压强度和耐久性的影响f J 建筑材料学 报， 2 0 0 5 ， 8 ( 1 ) ： 6 3 6 7 2 】朱明， 胡曙光， 丁庆军 钢渣用作水泥基材料的问题研讨 武汉理工 大学学报 ， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 6 ) ： 4 8 5 2 f 3 3 胡术刚， 牛海丽， 吕宪俊 脱硫石膏综合利用研究 混凝土， 2 0 0 9 ， ( 5 ) ： 9 5 9 8 4 孙家瑛， 耿健 无熟料钢渣水泥稳定再生集料性能研究与应用 J 1 建 筑材料学报， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 1 ) ： 5 2 5 7 5 】秦毅， 朴应模 环保型无熟料高炉矿渣水泥透水性混凝土的特性I J 混凝土， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 5 2 5 6 6 吴昊泽， 赵华磊， 丁亮， 等 碳酸化预养护钢渣制备钢渣水泥的性能 试验研究 J 水泥， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 6 - 1 0 作者简介 联 系地址 联 系电话 陈福旦( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 绿色建材研究。 浙江省宁波市鄞州区钱湖南路 1 号 浙江大学宁波理工 学院 S D 1 0 3 室( 3 1 5 1 0 0 ) 1 3 5 6 60 1 28 7 5 理的影响 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 2 ( 2 ) ： 5 7 - 6 3 2 8 】 姚武， 冯伟 聚 耐久性的研究 J 工业建筑 2 0 0 3 ( 1 1 ) ： 3 7 4 0 【 2 9 】 贺东青 层布式混杂纤维 凝土干缩、 抗冻性能试验研究与分析【 D 】 武汉： 武汉理工大学， 2 0 0 7 作者 简介 ： 联 系地址 ： 联系电话 杨宇林( 1 9 7 2 一 ) ， 男， 高级工程师 ， 从事材料研究。 沈阳市皇姑区崇区东路 6 l 号 辽宁省建筑材料科学研究 所 ( 1 1 0 0 3 2 ) 0 2 4 8 6 61 3 5 7 5 参考 文献 ： 1 J G J 5 2 2 0 0 6 ， 普通混凝士用砂、 石质量及检验方法标准 s f 2 2 彭 J 、 芹， 马铭彬土木工程材料 M I 重庆： 重庆大学出版社 ， 2 0 0 2 3 张亚梅 ， 等 再生混凝土配合比设计初探【 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 2 ， 1 ( 2 ) 4 史巍， 侯景鹏再生混凝土技术及其配合比设计方法【 J 1 建筑技术开 发， 2 0 0 1 ， 2 8 ( 8 ) 5 5 j 长 嘴 ， 等再生国疑土配合比 卡 初 郴 混凝士与水泥制品， 2 0 0 2 ( 1 ) 作者简介： 秦拥军( 1 9 7 0 一 ) ， 男 ， 副教授， 硕士， 主要从事施工管理、 建 筑材料、 土力学地基基础等教学科研工作。 联系地址： 乌鲁木齐市延安路 1 2 3 0 号 新疆大学( 南区) 建筑工程学 院( 8 3 0 0 4 7 ) 联系电话 ： 1 3 9 9 9 2 5 7 8 8 0 8 5