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颗粒整形对再生骨料混凝土耐久性的影响
摘要：简单破碎再生骨料粘附着大量水泥石，并且在破碎过程中产生大量微裂缝，因此简单破碎再生骨料混凝土的需水量大，导致混凝土的收缩大、氯离子渗透系数大、碳化速度快以及抗冻性差。颗粒整形不仅除去了骨料表面粘附的水泥石，而且使得再生骨料变得圆滑，混凝土需水量显著降低，混凝土的收缩性能、抗氯离子渗透性、抗碳化性能和抗冻性能均显著改善，拓宽了再生混凝土的应用领域。
关键词：再生骨料 再生骨料混凝土 简单破碎 整形
中图分类号：TU522.09 文献标识码：A 文章编号：

建筑物因达到一定的使用年限或因其他原因被拆除时，将会产生大量的废弃混凝土(abandoned Concrete)。将废弃混凝土作为一种资源，经清洗、破碎和筛分等加工处理，得到可以再次用于生产混凝土的骨料——再生骨料(Recycled Aggregate)。用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土称为再生骨料混凝土，简称再生混凝土(RecycledConcrete)。再生混凝土的开发利用符合可持续发展的要求。在过去的十多年中，各国对再生混凝土进行了大量的研究，使再生混凝土的开发利用取得了长足发展[1~2]。鉴于以前大部分研究都是针对再生混凝土的力学性能，本文主要对再生骨料混凝土的耐久性能进行试验研究。
1. 试验材料及方案
1.1材料选择
水泥：东岳水泥厂生产的PO42.5普通硅酸盐水泥。
天然砂：符合JGJ52-92要求的细度模数为2.8的中砂。
再生细骨料：包括简单破碎再生细骨料和颗粒整形再生细骨料[3~4]。其中，简单破碎再生细骨料偏粗，级配接近Ⅱ区粗砂，细度模数为3.1；颗粒整形再生细骨料为中砂，级配完全满足JGJ52-92规定的Ⅱ区级配要求细度模数为2.8。
天然碎石：符合JGJ52-92要求的天然碎石，其中，5mm～10mm骨料占30％，10mm～25mm骨料占70％。
再生粗骨料：包括简单破碎再生粗骨料和颗粒整形再生粗骨料。制备再生骨料的原混凝土为经建筑工程质检站检验后的强度等级在C20～C50之间的混凝土混合料，混凝土的龄期一般在一年左右。简单破碎再生骨料是指利用颚式破碎机将废混凝土试块破碎成最大粒径小于31.5mm的再生骨料；颗粒整形再生粗骨料是指针对简单破碎再生骨料的缺陷利用整形机对其进行处理获得的高品质再生骨料。试验结果表明，整形后再生骨料的性能较整形前有明显的提高[5~6]。两种再生骨料的级配均能满足JGJ52-92的要求。
外加剂：萘系高效减水剂。
水：自来水。
1.2 试验方案
本试验采用水泥用量分为400 kg/m3和500 kg/m3的两组配合比，见表1；混凝土骨料分别采用天然骨料、整形再生骨料和简单破碎再生骨料，具体材料组合见表2。
表1 试验配合比（kg/m3）
编号
水泥用量
细骨料用量
粗骨料用量
高效减水剂
1
400
690
1120
4
2
500
660
1070
5
表2 试验所用混凝土材料组合
组合代号*
粗骨料种类
细骨料种类
水泥用量(kg/m3)
TT400
天然碎石
天然砂
400
R＇R＇400
颗粒整形再生粗骨料
颗粒整形再生细骨料
RR400
简单破碎再生粗骨料
简单破碎再生细骨料
TT500
天然碎石
天然砂
500
R＇R＇500
颗粒整形再生粗骨料
颗粒整形再生细骨料
RR500
简单破碎再生粗骨料
简单破碎再生细骨料
注*：组合代号前一字母代表粗骨料种类，后一字母代表细骨料种类，T为天然砂石，R为简单破碎粗、细骨料，R′为颗粒整形粗、细骨料。
所有混凝土的砂率为38%，并通过改变用水量控制混凝土的坍落度为80-100mm。实际
表3 试验混凝土用水量及坍落度情况
组合代号
用水量（kg/m3）
坍落度（mm）
TT400
170.4
100
R＇R＇400
190.0
90
RR400
211.5
80
TT500
172.7
100
R＇R＇500
187.9
85
RR500
205.3
85
用水量与坍落度见表3。
2.试验结果及分析
2.1收缩实验结果分析及讨论
收缩实验按照GBJ82-85规定实验方法进行，实验数据见表4。可以看出，再生骨料混凝土的长期收缩都大于天然骨料混凝土的长期收缩。这是由于再生骨料中含有大量水泥石使其需水量增大，使再生骨料混凝土中形成较多的毛细孔，造成其长期收缩较大。此外，简单破碎再生骨料混凝土的早期收缩小于整形再生骨料混凝土的早期收缩，而其后期收缩却大于整形再生骨料混凝土的后期收缩，例如，配比R＇R＇400的3d收缩为22.8×10－5，大于配比RR400的17.05×10－5；而R＇R＇400的90d收缩为68.5×10－5 ，却小于配比RR400的75.54×10－5。这可能是由于简单破碎骨料中含有大量微裂缝，其需水量虽然大于整形再生骨料混凝土的需水量，但是早期由于微裂缝中水的存在，其收缩小于整形再生骨料混凝土的早期收缩，但当水分蒸发后，由于形成了较多的毛细孔，所以其后期收缩又大于整形再生骨料混凝土的后期收缩。
表4 再生骨料混凝土收缩试验结果（×10－5）
组合代号
TT400
R＇R＇400
RR400
TT500
R＇R＇500
RR500
龄期
3d
12.73
22.28
17.05
13.18
24.1
22.33
7d
15.91
28.66
26.6
22.26
27.27
30.31
14d
28.64
46.2
39.37
31.79
47.89
46.69
28d
38.79
49.38
52.14
41.33
55.32
54.67
45d
47.74
58.95
57.46
47.69
63.8
62.65
60d
54.1
63.73
67.04
56.87
66.99
74.23
90d
57.29
68.5
75.54
63.23
70.19
87.44
2.2 氯离子渗透实验结果及讨论
表5 RCM法测定的氯离子扩散系数（X1012m2/s）
组合代号
TT400
R＇R＇400
RR400
TT500
R＇R＇500
RR500
实测结果
7.179
14.354
24.536
6.201
13.515
21.089
从表中可以看出：天然骨料混凝土、颗粒整形再生骨料混凝土和简单破碎再生骨料混凝土的抗氯离子渗透能力成倍数下降，例如，TT400的氯离子扩散系数为7.179 X1012m2/s， R＇R＇400的氯离子扩散系数是14.354 X1012m2/s，接近TT400的2倍，RR400的氯离子扩散系数是24.536 X1012m2/s，接近TT400的3.42倍。这主要是由于在破碎过程中在骨料中留下了大量的微裂缝以及水泥石，水泥石的存在使需水量增大，加上骨料中的微裂缝，使简单破碎再生骨料混凝土的孔隙率大增，抗氯离子渗透能力大幅度下降。经过整形后，微裂缝大比例减少，需水量也下降很大，从而使混凝土的抗氯离子渗透能力有很大提高，但比天然骨料混凝土的抗氯离子渗透能力还是低。另外，随着水泥用量的增加，抗氯离子渗透能力增加。
2.3抗冻试验结果及讨论
抗冻试验采用快速冻融法，温度控制在－18～8℃。在冻融过程中没有出现相对动弹模量下降到60﹪及重量损失率达5﹪以上的情况，所以试验进行到300个循环结束。相对动弹性模量的实验数据见表6。
简单破碎再生骨料混凝土的相对动弹模量明显低于天然骨料混凝土的相对动弹模量，尤其到了后期，简单破碎再生骨料混凝土的相对动弹模量下降幅度明显增加。例如，TT400在300次循环后相对动弹模量是82.5﹪，而RR400是64.2﹪。与简单再生骨料所不同，颗粒整形再生骨料混凝土的相对动弹模量与天然骨料混凝土的相对动弹模量大体相当。R＇R＇400在300次循环后相对动弹模量是80.1﹪,说明经过颗粒整形后，再生骨料混凝土的抗冻性能明显提高，并接近天然骨料混凝土的抗冻性能。这是因为，颗粒整形去除了再生骨料上大量的水泥石和减少了微裂缝，使得再生混凝土的用水量明显减少，硬化后的混凝土中的孔隙率大幅降低。另外，再生骨料混凝土的抗冻性能随水泥掺量的增加而增强，这与天然骨料混凝土的规律是一致的。
表6 次冻融循环后试件的相对动弹模量(%)
组合代号
TT400
R＇R＇400
RR400
TT500
R＇R＇500
RR500
循环次数
50
0.982
0.976
0.948
0.986
0.981
0.962
75
0.971
0.964
0.923
0.985
0.969
0.942
100
0.956
0.940
0.890
0.970
0.952
0.924
125
0.940
0.927
0.858
0.961
0.934
0.875
150
0.955
0.910
0.827
0.950
0.940
0.858
175
0.929
0.900
0.803
0.937
0.912
0.834
200
0.897
0.853
0.787
0.904
0.882
0.801
250
0.851
0.831
0.687
0.870
0.845
0.750
300
0.825
0.801
0.642
0.866
0.823
0.689
2.4碳化实验结果及讨论
碳化实验按照GBJ82-85进行，在碳化箱中调整CO2的浓度在17﹪－23﹪的范围内，湿度在65﹪－75﹪范围内，温度控制在15oc－25oc范围内。测量碳化深度数据见表7。
表7 碳化深度（mm）
组合代号
龄期
3d
7d
14d
28d
TT400
4.10
6.93
10.24
17.63
R＇R＇400
5.75
7.91
11.18
18.76
RR400
6.48
8.78
13.96
25.60
TT500
3.16
5.00
7.00
10.06
R＇R＇500
3.11
4.79
10.05
12.95
RR500
4.93
8.13
12.94
19.54
由表中可以看出，天然骨料混凝土、颗粒整形再生骨料混凝土以及简单破碎再生骨料混凝土的碳化深度依次增加，即抗碳化能力依次降低。随着龄期的增加，简单破碎再生骨料混凝土的抗碳化能力下降幅度增大，而整形再生骨料混凝土的碳化深度一直与天然骨料混凝土碳化深度相差不大。此外，再生骨料混凝土随着水泥用量的增加，抗碳化能力增强，与天然骨料混凝土一样。
3.结论
1.简单破碎再生骨料粘附着大量水泥石，并且在破碎过程中产生大量微裂缝，因此简单破碎再生骨料混凝土的需水量大；颗粒整形不仅除去了骨料表面粘附的水泥石，而且使得再生骨料变得圆滑，混凝土需水量显著降低。
2.无论是简单再生骨料，还是颗粒整形再生骨料，所配制混凝土的收缩均大于天然骨料混凝土，但颗粒整形再生骨料混凝土的收缩比简单破碎再生骨料混凝土的收缩明显减小。
3.简单破碎再生骨料混凝土28d的氯离子渗透系数约为天然骨料混凝土的3.5倍，颗粒整形再生骨料混凝土28d的氯离子渗透系数显著降低，大约为天然骨料混凝土的2倍。
颗粒整形再生骨料混凝土的抗氯离子渗透性比天然骨料混凝土的抗氯离子渗透性相要低，但比简单破碎再生骨料混凝土的抗氯离子抗渗性提高了1倍。
4.简单破碎再生骨料混凝土的抗冻性能与天然骨料混凝土相比，有大幅度的降低；颗粒整形再生骨料混凝土的抗冻性能显著改善，与天然骨料混凝土的抗冻性能大体相当。
5.简单破碎再生骨料混凝土28d的碳化速度比天然骨料混凝土快45%-94%，颗粒整形再生骨料混凝土的抗碳化性能显著改善，仅比天然骨料混凝土的快6%-28%。