再生细骨料强化对混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 5 年 第 7期 (总 第 3 0 9期 ) N u mb e r 7 i n 2 0 1 5 ( T o ta l N o 3 0 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATE R1 AL AND ADM NI CI 尼 d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 7 0 1 6 再生细骨料强化对混凝土性能的影响 郭远新， 李秋义 。 岳公冰，王晓飞， 孔哲 ( 青岛理工大学 蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心 ， 山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ) 摘要 ： 分别采用颗粒整形物理强化方法 、 有机硅防水剂化学强化方法和物理 一 化学复合强化方法对简单破碎再生细骨料进行 强化处理后制备再生混凝土 ， 重点研究强化处理前后再生细骨料对混凝土力学性能和耐久性能的影响。 研究表明， 经过强化处 理的再生细骨料混凝土的抗压强度、 抗渗透性能和抗碳化性能均有显著的提高， 其 中在二次物理强化处理后再生混凝土的抗压 强度达到最高值 ， 接近于天然河砂混凝土的抗压强度 ， 在二次物理强化和化学浸渍复合强化处理后再生混凝土的氯离子扩散系数 减小到 3 9 8 1 0 m s ， 在二次物理强化处理后其 3 、 7 、 l 4 、 2 8 d的碳化深度分别较天然河砂混凝土仅增加0 6 、 0 3 、 0 2 、 0 3 I n m。 关键词： 再生细骨料； 强化； 再生混凝土； 抗压强度； 抗渗透 ； 抗碳化 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 6 3 0 5 I n f l u e n c e o f r e c y c l e d f i n e a g gr e g a t e re i n f or c e d i n p r o p e r t i e s o f c o n c ret e GU O Y u a n x i n， L I Q J u y i ，Y UE Go n g b i n g， WANG Xi a o f e i ， KONG Z h e ( Co l l a b o r a t i v e I n n o v a ti o n C e n t e r o f E n g i n e e r i n g C o n s t r u c t i o n a n d S a f e t y i n S h a n d o n g Bl u e E c o n o mi c Z o n e Qi n g d a o T e c h n o l o g i c a l Un i v e r s i ty， Q i n g d a o 2 6 6 0 3 3， Ch i n a ) Abs t r ac t： Th i s t h e s i s a d o p t e d the p h ys i c a l s t r e n g t h e n i n g me tho d o f p a r t i c l e p l a s t i c a n d the c h e mi c al s tre n g the n i n g me tho d o f o r g anos i l i c o n wa t e r r e p e l l e n t and p hy s i c al - c h e mi c a l c o mp o u n d s tre n g t h e n i ng me tho d t o s tre ng the n the s i mp l e c r u s h i n g r e c y c l e d fin e a g g r e ga t e t o p r e p a r e the r e c yc l e d c o n c r e t e， an d i t f o c us e d o n the i n f l ue n c e o f the r e c y c l e d fin e a g g r e g a t e be f o r e an d a f t e r s t r e n g t h e n i n g tre a t me n t o n the me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d d u r a bi l i t y o f c o n c r e t e Th e r e s e a r c h s h o ws tha t the c o mp r e s s i v e s tre n g th pe n e tra ti o n r e s i s t a n c e a n d c a l 一 b o n a fi on r e s i s t a n c e o f r e c yc l e d fin e a g g r e ga t e c o nc r e t e t h r o ug h s tre n g the n i n g p r o c e s s i n g a r e i mp r o v e d s i g n i fic a nt l y An d the c o mp r e s s i ve s tre n g th o f r e c y c l e d c o n c r e t e a f t e r the s e c o n d a r y p h 3 s i c a l s t r e n g t h e n t r e a t me n t r e a c h e s the h i g h e s t v a l u e， c l os e t o t h e c o mpr e s s i v e s tre n g th o f t h e c o n c ret e i n n a t u r al fiv e r s an d， a n d a l s o， the c h l o r i d e i o n d i f f u s i o n c o e f fic i e n t o f r e c y c l e d c o n c r e t e a f t e r the s e c o n d a r y p h ys i c al c h e mi c a l c o mp o u n d s tre n gt h e nin g t r e a t me n t d e c r e a s e s t o 3 9 8 X 1 0 m s， b e s i d e s ， c o mp are d wi t h the c o n c r e t e i n n a t ura l r i v e r s an d， the c arb o n a tio n d e p th o f r e c yc l e d c o nc r e t e a f t e r the s e c o n d a r y p h y s i c a l s tre n g the n tre a tm e n t o f the 3， 7， 1 4， 2 8 d we r e i n c r e a s e d o n l y i n 0 6， 0 3， 02， 0 3 mm Key wor ds： r e c y c l e d fin e a g g r e g a t e； r e i n f o r c e me n t ； r e c y c l e d c o n c r e t e； c o mp r e s s i ve s tre ng th； p e n e tra ti on r e s i s t an c e； c arb o na t i o n r e s i s t anCe 0 引言 近年来 ， 世界各国都在加强对废弃混凝 土再生利用技 术的研究 ， 再生混凝土技术已成为 国内外工程界和学术界 共同关注的热点和前沿课题 。 在我 国， 城镇 化建设 以 及 旧城的拆迁改造产生 了大量的城市垃圾和 固体 废弃物 ， 其 中废弃混凝土占了很 大比重 J 。 利用废弃混凝 土制备 出高品质的再生骨料 ， 并 将其应用 到混凝 土中 ， 不仅可 以 节省天然骨料资源 ， 而且还可以减少废弃混凝土对 环境 的 污染 ， 符合我国可 持续发展 的国策 ， 具有很好 的经济效益 和环境效益 。 再生混凝土是将废弃 的混凝 土块经破碎 、 清洗 、 分级 后 ， 按 照一定 比例混合形 成的再生骨料 ， 部分或 全部取代 天然骨料配制而成的混凝土 。 本研究采用 由废弃混凝土 经过颚式破碎机简单破碎处理后得到的简单破碎再生细 骨料 ， 分别将其通过物理强化技术 ( 采用颗粒整形设备 。 。 进行一次和二次物理强化处理) 、 化学强化技术 ( 采用浓度 为 6 的有机硅防水剂进行化学喷淋和化学浸渍处理 ， 处理时间为4 8 h ) 、 物理 一 化学复合强化技术处理后得到 不同品质的再生细骨料， 并利用这些不同品质的再生细骨 料制备再生混凝土。 试验按照 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 和 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能和耐久性 能试验方法标准 中的 试验方法 ， 测定再生混凝土的抗压强度、 抗渗透陛能和抗碳化 性能相关数据， 研究再生细骨料强化对混凝士性能的影响。 1 试验原材料 水泥 ： 山水水泥厂生产的 P O 4 2 5级水泥 ， 其 物理力 收稿日期： 2 0 1 4 1 0 0 9 基金项 目： 国家自然科学基金资JJ j ( 5 1 3 7 8 2 7 0 ) ； 山东省高校优秀科研创新团队计划资助 63 学性能指标和 X R F分析结果见表 1 和表 2 。 表 1 水泥的物理力学性能指标 矿粉： 青岛产 $ 9 5 级矿渣粉， 其 X R F 分析结果见表2 。 粉煤灰 ： 青岛四方 电厂产 I I 级粉煤灰 ， 其 X R F分析结 果见表 2 。 天然碎石 ： 青岛崂山产 5 2 5 m n l 连续级配 的花 岗岩 碎石 ， 符合 J G J 5 2 2 O 0 6 要求 。 表 2 水泥和矿物掺合料 X R F分析结果 天然河砂： 符合J G J 5 2 2 0 0 6 要求， 级配良好， 具体性 能参数见表 3 。 表 3 试验用细骨料性能参数 再生细骨料 ： 包括简单破碎再生细骨料 、 一次物 理强 化再生细骨料和二次物理强化再生细骨料 ， 具体性能参数 见表 3 。 外加剂 ： 青岛市某建材公司生产聚羧酸高效减水剂 。 水 ： 自 来水 。 2 试验方案 采用再生细骨料取代天然河砂 ， 取代率为 1 0 0 ， 胶凝 材料用量为 4 0 0 k g m ， 矿物掺合料选用矿粉和粉煤灰 1 ： 1 复掺 ， 总掺量为胶凝材料用量 的 5 0 ， 砂率为 4 0 ， 聚羧酸 高效减水剂用量为胶凝材料用量的 1 5 ， 通过调整用水 量控制混凝土的坍落度在 1 8 0 2 2 0 n l l n 范 围内。 本试验再 生混凝 土的具体试验配合 比见表 4 。 表 4 再生混凝土试验配合比 注 ： “ 简破” 表示简单破碎再生细骨料 ； “ 简破 + 喷淋” 表示简单破碎再生细骨料经过化学喷淋强化处理； “ 简破 + 浸渍” 表示简单破碎再 生细骨料经过化学浸渍强化处理； “ 一物” 表示简单破碎再生细骨料经过一次物理强化处理； “ 一物 + 喷淋” 表示简单破碎再生细骨料经过 一 次物理强化和化学喷淋复合强化处理； “ 一物 +浸渍”表示简单破碎再生细骨料经过一次物理强化和化学浸渍复合强化处理 ； “ 二物” 表 示简单破碎再生细骨料经过二次物理强化处理 ； “ 二物 +喷淋” 表示简单破碎再生细骨料经过二次物理强化和化学喷淋复合强化处理 ； “ 二 物 + 浸渍”表示简单破碎再生细骨料经过二次物理强化和化学浸渍复合强化处理。 3试验 结果与分析 3 1 再生细骨料对混凝土抗压强度的影响 试验测得 的再生细骨料混凝土不 同龄期 的抗压 强度 值见表 5 ， 对混凝土抗压强度的影 i旬 J情况如图 I 3 所示。 由图 I 3分析可以得 出以下结论 ： ( 1 ) 采用再生细骨料制备再生混凝土 ， 可见再生细骨 料混凝土 的抗压强度要低于天然河砂混凝土 ， 这与其拌和 过程中用水量多而导致水灰 比高有关 ， 究其原因是因为再 生细骨料强化处理前后 的骨料性能均要差于天然河砂。 6 4 ( 2 ) 简单破碎再生 细骨料在物理强化技术处理后 ， 由 其制备的再生 昆 凝土抗压强度显著提高 ， 并且再生混凝 土 的前期强度上升较快 ， 在二次物理强化处理后其抗压强度 接近于天然河砂混凝土 ， 其 3 、 7 、 l 4 、 2 8 、 5 6 d 抗压强度分别 较天然河 砂 混凝 土 增加 3 1 MP a 、 增 加 0 6 MP a 、 降低 1 9 MP a 、 降低 0 4 MP a 及 降低 O 8 MP a ， 这是 因为再 生细 骨料在物理强化技术处理后骨料更光滑 、 表面附着 的水泥 石颗粒大量减少、 骨料 内部存在的微细裂纹也得到有效 的 处理 ， 再生细骨料 的品质得到 显著 的提升 ， 骨 料性能 已接 近于天然河砂 。 表 5再生 混凝 土抗 压强 度 龄期 d 图 1 物理强化处理后对混凝土抗压强度的影响 龄期， d 图 2 化学强化处理后对混凝土抗压强度的影响 ( 3 ) 简单破碎再 生细骨料 在化学化技术 处理后 ， 其压 碎指标值、 吸水性能均得到一定的降低， 但由其制备的再 生混凝土抗压强度逐渐降低 ， 且化学浸渍强化处理的抗压 强度要低于化学喷淋 ， 相 比较未化 学强化 处理其 3 、 7 、 1 4 、 2 8 、 5 6 d 抗 压强度分别 降低 了8 5 、 7 3 、 7 3 、 7 4 、 4 7 MP a ， 3 7 1 4 2 8 5 6 龄期 ， d 图 3 物理 一 化学复合强化处理后对混凝土抗压强度的影响 降低幅度逐渐减缓 ， 造成这一现象的原 因是 由于再生细骨 料在化学强化处理后 骨料表 面覆盖包裹 了一层 薄薄的憎 水层， 水泥与水混合而成的水泥浆体无法与细骨料很好的 黏接在一起 ， 在压力的作用下这个不稳定 的界面会很容易被 破坏， 因此在化学强化处理后其混凝土的抗压强度反而降低。 ( 4 ) 简单破碎再生细骨料在物理 一 化学复合强化技术 处理后 ， 其各项性能指标 均得 到显著地改善 ， 但 由其制备 的再生混凝土抗压强度呈下降趋势， 主要原因是再生混凝 土的用水量较大、 水灰比高， 从而导致抗压强度较低。 3 2 再生细骨料对混凝土抗渗透性能的影响 试验 中混凝土的抗渗透性能试验采用 R C M 氯离 子扩 散试验方法， 试验所测得的再生混凝土的氯离子扩散系数 见表6 ， 再生细骨料对混凝土抗渗透性能的影响情况如 图4 6所示。 表 6 再生混凝土的氯离子扩散系数 由图 4 - 6可知 ， 采用再生 细骨料 制备再生混凝 土时， 其氯离子扩散 系数要大于天然河砂混凝土 ， 对再生细骨料 进行强化技术处理后其性能也要差于天然河砂 ， 可见再生 细骨料混凝土的抗渗透性能要差于天然河砂混凝土。 6 5 如 蚰 如 = 2 苫、 骥出 如 如 如 加 ： 2 、 骥幽 6 羹 z 键 简破 一 物 二物 物 理强化 处理方式 图 4 物理强化处理后对混凝土抗渗透性能的影响 6 呈4 霸 篓 z 键 6 薹 z 褪 3 3 再生细骨料对混凝土抗碳化性能的影响 试验测得的再生细骨料混凝土不 同时间的碳 化深度 见表 7 ， 对混凝土抗碳化性能的影响情况如图 7 - 9所示。 表 7 再生混凝土的碳化深度 龄期， d 图 7 物 理强化 处理后 对混 凝土 抗碳化 性能 的影 响 3 7 1 4 2 8 龄期 d 图8化学强化处理后对混凝土抗碳化性能的影响 j ， l 4 28 龄期， d 图 9 物理 一 化学复合强化处理后对混凝土抗碳化性能的影响 由图7 - 9分析可以得出以下结论 ： ( 1 ) 当采用再生细骨料制备再生混凝土时 ， 可见再生 细骨料混凝土 的碳 化深度较 大 ， 要远 高于天 然河砂 混凝 土 ， 这与再生细骨料 的品质有关 ， 究其原 因是 因为简单破 碎细骨料表面粗糙 、 颗粒棱角多 ， 不利 于再生 混凝土密实 度的提高 ， 而通过强化技术处理后 的再生细骨料的性能也 要 比天然河砂差 ， 导致 了再生混凝土的抗碳化性能要差 于 8 6 4 2 0 g山 ， 谨 8 6 4 2 0 g罢 谨 天然河砂混凝土。 ( 2 ) 简单破碎再生细骨料在物理强化技术处理后 ， 骨 料 的粒形得到显著地改善 ， 去除了较 为突 出的棱角和附着 在骨料表 面的硬化 水泥砂 浆 ， 再生 细骨料 的级 配更加 合 理， 由其制备的再生混凝土的碳化深度显著降低， 并且逐 渐接近于天然河砂混凝土的碳化深度 ， 其 中在二次物理强 化处理后其 3 、 7 、 1 4 、 2 8 d的碳化深度分别较天然河砂混凝 土仅增加 0 6 、 0 3 、 0 2 、 0 - 3 m n l ， 再生混凝土 的抗碳化性能 明显提高 ， 物理强化处理效果非常显著 。 ( 3 ) 简单破碎再 生细骨料在化学化 技术处理后 ， 骨料 的性能得到一定的改善， 但由其制备的再生混凝土的碳化 深度增加 ， 再生混凝 土的抗碳化性能降低 ， 造成 这一现象 的原因是 由于再 生细骨料在化学强化处理后 骨料表面覆 盖包裹 了一层薄薄的憎水层 ， 使得混凝 土的密实度降低 ， 为 C O ， 进入混凝土内部提供 了通道。 ( 4 ) 简单破碎再生细骨料在物理 一 化学复合强化技术 处理后 ， 由其制备的再生混凝土的碳化深度呈下降趋势， 这是因为强化处理后的再生细骨料颗粒棱 角大量减少 ， 骨 料表面的粗糙度降低 ， 骨料的吸水性能有较大程度的降低 ， 从而提高了再生混凝土的密实程度 ， 降低 了再生混凝土的碳 化深度 ， 对再生混凝土的抗碳化性能起到了积极的作用。 4结论 ( 1 ) 由于简单破碎再生细骨料颗粒棱角多 ， 表 面粗 糙 且附着一定量的硬化水泥砂浆 ， 骨料内部存在 因损伤而形 成 的微细裂纹 ， 即使在强化技术处 理后再生细骨料的品质 得到提升 ， 但相 比较天然河砂混凝 土 ， 由再生细骨料制 备 的再生混凝土用水量较 大 ， 抗压 强度值偏小 ， 抗渗透性 能 和抗碳化性能也较差 。 ( 2 ) 简单破碎再生细骨料在强化技术处理后各项性能 均得到较好 的改善 ， 再生混凝土的前期抗压强度增长速率 较快 ， 其中在二次物理强化处理后再生混凝土 的抗压强度 达到最高 ， 接近于天然河砂混凝土的抗压强度 。 ( 3 ) 简单破碎再生细骨料物理强化技术处 理后 ， 再 生 混凝土的氯离子扩散系数显著降低 ， 经过化学强化技术处 理再生混凝土的抗渗透性能有小幅度的降低， 在二次物理 强化和化学浸渍复合强化处理后再生混凝土的氯离子扩 散系数减小到 3 9 8 X 1 0 m。 s 。 ( 4 ) 通过化学强化技术处理后 ， 再生细骨料 的品质得 上接第 6 0页 3 胡宝清， 卢兆明 ， 刘敏 高层建筑火灾安全评价的模糊最优归 类模型 J 模糊系统与数学， 2 0 0 4 ， 1 8 ( 4 ) ： 7 7 8 5 1- 4 伍作鹏 ， 吴丽琼 钢筋混凝土建筑在火灾中的强度损失 J 消 防科技， 1 9 9 5 ( 3 ) ： 2 4 5 胡晓 建筑坍塌与建筑耐火设计探讨 J 消防科学与技术， 2 0 0 4 ， 2 3 ( 5 ) ： 4 5 3 4 5 4 6 李茂望， 王亭， 吴猛， 等 1 史风貌建筑加固试验 J - 1 低 温建筑技术， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 4 7 4 9 7 赵亚锋， 卢跃斌 建筑加固施工技术探讨 J 河南建材， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 9 6 9 7 8 李开儒 J 、 桩托换和侧限围箍在既有建筑加固中的应用 J 建 到提升， 但由其制备的再生混凝土的抗碳化性能有小幅度 的降低 ； 通过物理强化技术和物理 一化学复合强化技术处 理后再生细骨料混凝土 的抗碳化性能有所增强 ， 其 中在二 次物理强化处理后其 3 、 7 、 1 4 、 2 8 d的碳化深度分别较天然 河砂混凝土仅增加 0 6 、 0 3 、 0 2 、 0 - 3 I n to。 参考文献： I 李颖 建筑垃圾资源化利用研究 J 建筑科技开发， 2 0 0 7 ( 9 ) ： 3 233 2 嵩英雄 再生粗骨材 品鹭 再生骨材 了 夕 IJ I - 强度 耐久性6 ： 及6 寸影警 l ： 寸为突黢的研究F J 1 日本建椠学 会学衍蔼演集， 2 0 0 3 ( 9 ) ： 2 4 1 2 4 2 3 全洪珠， 立屋敷久志， 嵩英雄I 王 加 各谨 七 老用0 、 允 高强度 j夕 I J 一 1- 力 、 岛回收 L 高度化她理再生骨材 猪 性耍( 第 2赧) ( 1 2 ) c 日本建椠学 会学衍蓠演集， 2 0 0 2。 8： 1 01 71 02 0 - 4 - I S H I MA H， T A T E Y A S H I K I H， MA T S U H A S H I R， e t a1 A n a d va n c e d c o n c r e t e r e c y c l i n g t e c h n o l o g y a n d i t s a p p l i c a b i l i t y a s s e s s me n t t h r o u g h i n p u t o u t p u t a n a l y s i s J J o u r n al o f A d v anc e d C o n c r e t e T e c hno l o g y ， 2 0 0 5 ， 3 ( 1 ) ： 5 3 6 7 5 李旭平 废弃混凝土再生利用关键技术研究 D 杭州： 浙江工 业大学， 2 0 0 9 6 沈骅 再生混凝土利用现状研究 s 现代企业文化 ， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 8 1 2 1- 7 王程， 施惠生 废弃混凝土再生利用技术的研究进展 J 材料 导报 ， 2 0 1 0 ， 2 4 ( 1 ) ： 1 2 01 2 3 8 廖吞林， 王玲， 邓建， 等 废弃混凝土再生利用探讨 J 国外建 材科技， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 4 ) ： 6 7 6 9 9 李秋义 ， 李云霞 ， 朱崇绩 再生混凝土骨料强化技术研究F J 1 混 凝土 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 7 4 7 7 1 O 李秋义， 李云霞， 朱崇绩 颗粒整形对再生粗骨料性能的影响 J 材料科学与工艺 ， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 5 7 9 5 8 5 1 1 朱亚光， 李秋义， 高嵩 硅烷浸渍对再生骨料及再生骨料 混凝 土吸水性能的影响 c 第三届全国再生混凝土学术交流会 论文集， 2 0 1 2 1 2 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 s 1 3 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ， 普通混凝土长期性能和耐久性 能试验方 法标准 s 第一作者 ： 郭远新( 1 9 8 9一) ， 男 ， 硕士研究生， 主要从事再生建筑 材料研究。 联系地址 ： 山东省青岛市市北区抚顺路 1 1 号 青岛理工大学土木 工程学院( 2 6 6 0 3 3 ) 联系电话 ： 1 3 9 6 9 6 3 0 6 4 8 通讯作者 ： 李秋义( 1 9 6 3 一) ， 男， 博士 ， 教授 ， 博士生导师 ， 主要从 事建筑材料研究。 联系电话 ： 1 8 5 6 1 7 2 5 0 5 1 筑技术 ， 2 0 1 2 ( 9 ) ： 7 7 6 7 7 8 9 胡楠楠， 刘长坤 混凝土建筑加固技术的现状 J 四川建材 ， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 4 0 4 1 1 0 王铭军， 朱文耀 古代建筑三维虚拟重建方法研究与仿真 J 计算机仿真， 2 0 1 4 ( 3 ) ： 4 3 7 4 4 0 第一作者 ： 陈秀云( 1 9 7 4一) ， 女 ， 博士研究生， 副教授 ， 博士， 主要 从事建筑结构方面研究。 联系地址 ： 河南省驻马店市开源路 6号 黄淮学院建筑工程学院 ( 4 6 3 0 0 0 ) 联 系电话 ： 1 8 9 1 0 1 3 4 0 0 1 6 7