再生混凝土配合比设计实验和研究.pdf

6 低温建筑技术 2 0 1 5年第 3期( 总第 2 0 1 期 ) DO I ： 1 0 ， 1 3 9 0 5 j c n k i d w j z 2 0 1 5 0 3 0 0 3 再生混凝土配合 比设计 实验和研究 潘平 ( 浦东新区建设工程安全质量监督站。 上海2 0 0 1 2 7 ) 【 摘要】 用再生骨料配制混凝土， 其配合比和普通混凝土有不少差异， 文中在实验的基础上， 对再生混凝 土配合比设计中附加用水、 粉煤灰取代水泥等对混凝土性能的影响进行了相关研究， 并对再生混凝土配合比设计 提出了相关建议。 【 关键词】 再生粗骨料； 再生混凝土； 配合比； 附加用水 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号1 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 0 6 0 3 伴随着城市化的进程， 废弃混凝土作为城市这个 综合生命体的“ 代谢产物” ， 其产生量也迅速增加， 如 何对废弃混凝 土进行 “ 再生 资源化利用 ” ， 用再生 骨料 来替代天然骨料， 并进行有效利用 ， 既可 以减少混凝 土工程对天然砂、 石的依赖， 又保护了生态环境， 是未 来发展 的趋 势 ， 也 是城 市发展 的必 然要 求 。然 而 再生骨料与天然骨料 在性能上 存在显 著差异 ， 所 以在 进行配合比设计时， 除参考普通混凝土配合 比设计的 影响因素外 ， 还需要考虑再生骨料的吸水性 、 表观密 度 和替代率等其 它因素影 响 ， 为此课题 组针对 再生 骨 料 和再 生混凝 土进行 了相应研究 。 1 再生粗骨料的特性 ( 1 ) 再生骨料表观密度和堆积密度。再生骨料 来源较 复 杂 ， 同天然砂 石相 比， 其 表 面还包 裹着 相 当 数量 的水泥砂 浆等 ， 其表 面粗糙 、 棱 角较 多 ， 骨料 表面 粘附着不少水泥砂浆， 其孔隙率大、 吸水率也高， 再加 上混凝土块在加工、 破碎、 解体过程中， 会形成一定损 伤， 因此再生骨料 内部存在着大量的微裂纹， 从而导 致再生骨料的表观密度 比普通骨料低 ， 吸水率高和吸 水迅速等特点， 单纯的再生骨料其级配不如天然骨 料 ， 因此其堆积密度也 较小 。课题 组在 浦东 随机抽 取 了天然骨料和再生骨料生产企业 的粗骨料 ( 编号为 A、 B、 c、 D、 E、 F 、 G、 H， 再生粗骨料取代率为 6 0 ) 各八次 经试验结果如表 1 所示 。显示再生骨料 的堆积密度为 天然骨料 的 9 6 ， 堆积密度的 8 9 。 ( 2 ) 粗糙 程 度 。再生 骨 料 比天然 骨料 粗糙 ， 在 加工过程 中 ， 部分石 子 ， 因受力 而沿 着裂 纹开裂 ， 产生 了新的粗燥面， 棱角效应明显增加， 同时通过破碎、 筛 分 ， 原有 骨料 中的软质 颗粒 、 不 良砂浆 面会 被重 新整 形 ， 增加 了粗糙 程度 、 增 强 了棱 角效 应 ， 改善 了粒形 ， 并通过一 系列 的加 工 ， 再 生骨料 的性能得 到 了相应 优 化 ， 使再生粗骨料 可以满足配制混凝 土的要 求。 表 1 粗骨料技术指标 检验 天然骨 再生骨 A B c D E F G H 融 骨料 项目 料平均 料平均 天然骨料 ( 3 ) 压碎指标 。再生粗骨 料的压碎 指标是衡 量 其在逐渐增加荷载情况下抵抗压碎的能力 ， 压碎指标 值越小， 证明其坚固性能越好， 而再生粗骨料的压碎 指标值高于天然骨料 ， 因而再生粗 骨料 的坚 固性 明显 低 于天然 骨料 ， 从 实验 数据 看 ， 再 生粗 骨料 压碎 指标 值平均为 1 3 8 8 ， 远大于天然骨料的2 4 6 ， 主要原 因是再生粗骨料表面水泥砂浆含量较高， 导致其容易 破碎。 普通混凝土用砂、 石质量及检验方法标准 对 的混凝 土要求 ， C 4 0C 6 0粗 骨料 的压碎指标 ， 从 实验 数据看不能满足要求， 因此对一般再生粗骨料的应用 范围应予以限制 ， 即 C 4 0 。但可以满足 C 3 5混凝土对 粗骨料的要求( 压碎指标 1 6 ) ， 因此再生粗骨料一般 可用于 C 3 5混凝土中。 ( 4) 含泥量。再从 表 1可 以看 出， 经 过加工 ， 再 生粗骨料的平均含泥量 2 2 2 ， 和 天然骨 料的含泥 量 2 4 6 相当， 普通混凝土用砂 、 石质量及检验方法标 准 中对 C 5 5一 C 3 0中粗骨料的含泥量 1 ， 因此再生 粗骨料在用于混凝土 中时 ， 可进行适 当清洗 除泥 。 ( 5 ) 工作性能 。在未考虑 再生骨 料吸水 特性情 况下拌制的再生混凝土， 其流动性小 ， 坍落度较普通 混凝土小， 粘聚性和保水性较普通混凝土好； 如果对再 【 基金项目 上海市建设和管理委员会资助项 目( 再生混凝土规模化应用研究 沪建建管 2 0 l 3 0 ( 3 1 - 0 0 6 ) 潘平 ： 再生混凝土配合比设计实验 和研究 7 生粗骨 料 的吸水 特 性予 以考 虑 ， 增 加 附加用 水 ， 再 生 混凝土可以达到与普通混凝土相似的流动性和坍落 度， 其粘聚性和保水性较普通混凝土好。 2 配 合比设计 设计 的有关问题 2 1 强度计算 混凝土强度等级不大于 C 6 0等级时， 混凝土水胶 比宜按下式计算 。 ： ，v， W B=_ ，L ( 1 ) ， 0+ O l b 式 中 ， O l 0 c 为 回归 系数 ； 为胶凝材料 ( 水泥与 矿物掺合料按使用比例混合 ) 2 8 d胶砂强度 ， MP a ； 试 验方法应按现行 国家标准 B T 1 7 6 7 1 水泥胶砂强度 检验方法( I S O法) 执行。 2 2 配合比计算 再生混凝土应采用体积法进行配合 比计算 ， 不宜 采用质量法， 这主要基于不同等级、 不同取代率 的再 生粗骨料配制的再生混凝土， 其干表观密度可在较大 范 围内变动考 虑的。 + + + 一 ZR A + + 一 m o +0 01 = 1 P Pf Pg PE A 9 。Pw ( 2 ) 2 3附加用水 问题 再生混凝土不能机械地套用普通混凝土配合 比 的设计方法， 应考虑再生粗骨料吸水率 比较大 的问 题 ， 可对再生粗骨料进行预湿处理， 保证再生混凝 土 良好的工作性能。预湿处理用水量 z l W ， 可按 AW = 5 m 眦 ， 也可根 据再生 骨料 的具 体情 况 通过 试验 确定 。(m 胁 为再生 骨料 的质量 ， k g ) ， 从 实验数 据看 粗骨料采用预湿处理的再生混凝土获得 比较高的强 度和良好的工作性能( 采用预湿处理的 F组粗骨料 6 O 分钟坍落度达到 7 5 m m， 2 8 d强度达到 3 6 3 1 M P a ) 。 2 4微粉含量 微粉含量是 指 再 生 骨料 中粒径 小 于 7 5的组 分。 在再生骨料生产过 程 中不 可避免 的产生 ， 是再 生骨 料 生产的副产品。再生骨料 的微粉含量的高低很大程 度上影响再生骨料 的堆积密度， 含泥量， 吸水率。随 着微粉含量 的增加 ， 比表 面积增 加 ， 吸水 、 蓄水 作用 增 加 ， 对 混凝 土 的工作 性 能有很 大影 响 ， 进 而对混 凝 土 的硬化性能产生影 响。 2 4 1 同等用水 量 情况 下 ， 微 粉含 量 对再 生 混凝 土 性能 的影 响 ( 1 ) 工作性能。同等用水量 的实验可看 出， 微 粉含量多对于混凝土工作性能是不利的， 主要原因是 微粉的比表面积大， 吸水 、 蓄水能力强 ， 使得拌合水量 降低 ， 而不能达到要求的工作性能 ， 因此加入微粉 的 同时， 要采取相应措施， 如加入减水剂或增加用水量 等来保证混凝土 的流动性 、 粘聚性 和保水性 ， 见 图 1 。 4 2 00 道1 0 0 越 8 O 犍 6 0 蜜 4 o 皇 2 0 基准0 2 4 6 8 1 0 微粉含量， 图 1 微粉含量对坍落度的影响 ( 2 ) 强 度 。实验 数据 显示 ， 用再 生粗 骨 料配 制 的混凝土强度较基准混凝土高， 在混凝 土拌制过程 中 ， 增加微粉含量 ， 再 生混凝 土 的强 度有小 幅度增 大 。 主要是因为由于微粉的蓄水效应 ， 导致混凝土有效水 灰 比降低 ， 在一定程度 上增 大了再 生混凝 土的强度 。 2 4 2 保持同等坍落度情况下， 微粉含量对再生混 凝 土的影 响 同等坍落度实验发现混凝土早期强度没有十分 显著的变化趋势， 后期强度明显下降见图 2 。因而对 于后期 强 度 ， 再 生骨 料 中微粉 的颗 粒尺 寸较 大 ， 不 能 够起到微集料效应 ， 去填充混凝土中的孔隙。但在不 能起到积极作用的同时， 微粉影响了混凝土的流动性 能， 也就影响了混凝土的密实性。从数据看 ， 少量微 粉对强度没有不利影响， 但随着微粉含量的增加 ， 大 量微粉吸附的水分会蒸发形成毛细孔洞， 这些对强度 都会产生不利影响， 同时对工作性能产生严重不利影 响， 因此要对再生混凝土的微粉含量应进行控制， 保 证在合理范围内， 以保证再生混凝土的质量。 3 5 董3 0 釜2 5 2 O 1 - _ _ - k - 1 、 一 一 、 一 _ 、 、 1 2 3 4 5 6 7 微粉含量， 图 2 微粉含量对强度的影响 - -7 d 2 8 d 2 5 粉煤灰的掺量 为找 出粉煤灰掺量对 再生 混凝 土的影 响 ， 课题 组 进行了相应实验 ， 分别用 1 0 3 0 的粉煤 灰取代 等 量水泥， 采用相同的水胶 比， 再生粗骨料的取代率为 6 0 ， 细集料采用河砂 。 从图3 看 ， 当粉煤灰取代率为0时( 1 试样) ， 新拌 混凝土的坍落度为 6 7 m m粘聚性和保水性较好 ， 3 0 的水泥用粉煤灰取代( 6 试样) ， 流动性方面， 新拌混 凝土的坍落度达到 8 9 m m， 粘聚性和保水性与粉煤灰 取代率为 0时( 1 试样) 相差不大， 粉煤灰取代率与坍 落度的提高基本呈线性关系。因此 ， 在混凝土的配合 8 低温建筑技术 2 0 5年第 3期 ( 总第 2 0 1 期 ) 比设计中， 用等量的粉煤灰取代水泥， 可明显改善再 生混凝土的流动性， 得到相似的坍落度值 ， 而粘聚性 和保水性不会受太大的影响。但同时必须注意， 粉煤 灰的取代量过高会使混凝土早期强度大幅下降， 因此 对粉煤灰的掺量必须要严格加以控制。 l o o 9 O 8 O 7 0 6 0 5 0 4 0 0 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 粉煤灰取代率， 图3 粉煤灰取代率与坍落度的关系 3 再 生混凝土的特性 ( 1 ) 再 生混凝 土施工 过程 中的泵送与 浇捣性 能 良好 ， 施工工艺与普通混凝土基本相同 。 ( 2 ) 再生混 凝 土 2 8 d强 度可 达设 计 要求 ， 但稳 定性稍差。需在生产和施工环节注意。课题组经实 验 ， 显示用再生粗骨料 3 0 ， 7 0 和 1 0 0 取代天然 骨 料， 再生混凝土的强度均低于普通混凝土。即使对再 生粗骨料附加吸水特性进行考虑， 其强度仍低于普通 混凝土， 且随着再生粗骨料取代率的提高， 其配制的 再生混凝土强度降低越多， 变异越大。通过多组实验 显示 ， 未 考虑再 生粗 骨料 吸水 特性 时 ， 再 生混 凝土 比 普通混凝土强度降低约 1 0 一1 5 ； 考虑再 生粗骨 料 的附加 吸水 特性 时 ， 再 生 混凝 土 的 强度 降 低 2 0 2 5 ， 但其降低程度随水灰比的增大而减小， 见图4 。 4 0 3 8 3 6 3 4 3 2 3 0 天然 3 O 5 O 7 0 1 0 0 替代率， 图4强度 比较 图( W B= 0 4 7 ) ( 3 ) 再生 混凝 土收 缩较 大 ， 徐 变增 大 。再 生粗 骨料表面较普通骨料粗糙 、 棱角也多， 再生粗骨料的 组成 中， 包含着不少 已经硬化的水泥浆体， 浆体的孔 隙率较其它部分要大， 因此浆体本身的吸水率大 ， 且 在加工过程中， 不可避免受到冲击 ， 而形成不规则 的 裂纹 ， 因此 与天 然骨 料相 比， 再 生粗 骨料 的 吸水速 度 要快、 吸水率大。空隙率大、 吸水多的骨料 ， 必然在干 燥失水后 ， 其干缩性增大 ， 会增加混凝土 的徐变 。 ( 4 ) 耐 久性 及抗渗 性能 ： 再 生混凝 土 的耐久 性 能如 表 2所示 。从表 2可 以看出 ， 随着取代率的增加 ， 再生混凝土的抗碳化能力较普通混凝土大。目前实 验室的数据 初步 显示 再 生混 凝 土 的耐久 性能 较 普通 混凝土差 ， 但是从工程 实践角度 尚需要进一 步证实 。 表 2 再生混凝土耐久性能 4结 语 ( 1 ) 再生粗骨料来源的多样性， 决定了再生粗 骨料性 能的不稳 定性 。实验结 果也 显示 ， 再 生骨 料性 能呈现比天然骨料较大的变异性和离散性 ， 因此在配 制再生混凝土的过程中， 必须再生粗骨料的质量予以 严 格控 制 ， 以减少 质量 的离 散型 ， 保 证 再生 粗骨 料 的 质量 ， 从而确保再生混凝土的质量的稳定性。 ( 2 ) 从总体来看 ， 再生粗骨料完全可 以用于 C 3 5 及以下 强度等级的混凝 土 ， 其制备 的混凝 土可完 全满 足要求。用部分再生粗骨料和部分天然粗骨料混合 的方法， 来配制混凝土， 混凝土的工作性能和强度等， 完全 可以达到天然骨 料所配制 的混凝 土。 ( 3 ) 用再生粗骨料配 制混凝 土 ， 其配合 比没计 ， 与普通混凝 土配 合 比设 计 的方 法类 似。 因再 生 粗骨 料具有较大的吸水率 ， 表面水泥砂浆含量较高 ， 在配 制时 ， 可用 附加用 水 的方法 加 以解决 ， 同时再生 混凝 土生 产 中可加入 适 量微粉 、 粉煤 灰等 ， 并采 取相 应措 施 ， 严格 控制 ， 可使 再生 混凝 土 的流 动性 、 粘 聚 性 、 保 水性满足施工要求， 其强度同时满足设计文件要求。 参考文献 1 陈道普 废弃混凝土的回收利用再生混凝土 J j 河南建 材， 2 0 0 3 ， ( 2 ) ： 2 02 2 2 杜婷 建筑垃圾 再生骨料 混凝土 性能及 强化 试验研 究 D 武汉 ： 华中科 技大学 ， 2 0 0 1 3 李惠强 ， 杜婷 ， 吴贤国 建筑垃圾资源化循环再生 骨料混凝土 研究 J 华 中科技大学学报 ， 2 0 0 1 ， 2 9 ( 6 ) ： 8 38 4 4 马嵘 ， 姚民乐 ， 詹锋 论再生混凝土在生态建筑中 的意义 J 嘉兴学院学报 ， 2 0 0 3 ， 1 5( 6 ) ： 2 O一 2 2 5 柯国军， 张育霖， 贺涛， 等 再生混凝土的实用性研究 J 混 凝土 ， 2 0 0 2， 1 5 0 ( 4) ： 4 74 8 6 J G J 5 5 2 0 1 1 ， 普通混凝土配合 比设计规程 S 7 水 中和 ， 邱晨 ， 赵正 齐 ， 等 再生 混凝土骨料 含水状态与 新拌 混凝土的性能 J 国外建设科技 ， 2 0 0 3， 1 6 0 ( 2 ) ： 2 93 1 收稿 日期 2 0 1 41 1 1 4 【 作者简介 潘平 ( 1 9 6 1一) ， 男 ， 上 海人 ， 教授 级高工 ， 研究 方 向： 工程质量 、 建筑材料 、 工程监督等。 目 ， 髓摊蜜 日 d 芑 嘿坦辗