孫世民

(河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院,河南平頂山467000)

水泥混凝土誕生至今已有200多年,有無數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)因?yàn)槭褂脡勖狡谠獾綇U棄。這樣,一方面由于城市改造而產(chǎn)生的廢棄混凝土越來越多,大量廢棄混凝土造成生態(tài)環(huán)境日漸惡化,另一方面混凝土用量與日俱增,使得資源過度消耗,天然骨料日漸缺乏。再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC)就是用廢棄混凝土代替天然骨料配制的混凝土,再生混凝土可大量消化廢棄的混凝土和工業(yè)廢渣。所以,發(fā)展再生混凝土是一個(gè)迫在眉睫的任務(wù),也是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。

混凝土再生研究從20世紀(jì)50年代開始,加工技術(shù)逐漸成熟,應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大,但由于混凝土骨料技術(shù)指標(biāo)存在地區(qū)性差異,不能直接根據(jù)其它地區(qū)的配比用于平頂山地區(qū),再生骨料與天然骨料相比,具有孔隙率高、吸水性大、強(qiáng)度低等特征,因而導(dǎo)致再生骨料混凝土與天然骨料混凝土的特性相差較大,進(jìn)而導(dǎo)致再生混凝土配制強(qiáng)度低、收縮量較大、抗侵蝕性降低,并且再生混凝土骨料成本高于天然骨料。為了研究平頂山地區(qū)再生混凝土技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能,以平頂山某公司生產(chǎn)的再生混凝土骨料為研究對(duì)象,通過粉煤灰、碎磚和減水劑三摻,進(jìn)行再生骨料混凝土的試驗(yàn)研究,取得了較好效果。

1 再生混凝土國內(nèi)外技術(shù)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

近二三十年,國外對(duì)廢棄混凝土的再生技術(shù)應(yīng)用研究,主要針對(duì)再生骨料和再生混凝土的基本性能展開[1]。我國近幾年對(duì)再生混凝土的研究逐步深入,研究成果表明再生混凝土基本能滿足普通混凝土的性能要求。目前,為了解決再生骨料混凝土配制強(qiáng)度低、收縮量較大、抗侵蝕性低,再生混凝土骨料經(jīng)濟(jì)性差的問題,一些研究人員開展摻加廢棄建筑垃圾和各種外加劑的試驗(yàn)。世界各國建筑廢料的再加工通常采用建筑工地加工和專門的綜合加工廠加工兩種形式。具有代表性的工藝流程主要是采用多級(jí)破碎,經(jīng)破碎、清洗、烘干、篩分等工藝,生產(chǎn)出的再生骨料混凝土與天然骨料生產(chǎn)的混凝土性能基本相同。

2 我國再生骨料混凝土應(yīng)用中存在的主要問題

我國關(guān)于再生混凝土和再生骨料的研究起步較晚,一些高校和科研單位的研究和探索還處于零散的試驗(yàn)研究和謹(jǐn)慎使用階段,缺乏系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)規(guī)程。我國再生骨料混凝土應(yīng)用中存在的主要問題是國內(nèi)再生混凝土生產(chǎn)設(shè)備沒有成套標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)設(shè)備,生產(chǎn)工藝落后,生產(chǎn)的再生混凝土骨料一般只能用來配制中低強(qiáng)度的混凝土,并且耐久性不穩(wěn)定,經(jīng)濟(jì)性差,再生混凝土骨料成本高于天然骨料的現(xiàn)象普遍存在。

3 粉煤灰、碎磚和減水劑三摻再生混凝土應(yīng)用研究思路

為了使研究成果能夠在平頂山地區(qū)推廣使用,選用平頂山市某公司生產(chǎn)的再生混凝土骨料、粉煤灰和常用減水劑,進(jìn)行再生骨料混凝土的試驗(yàn)研究。為了能使研究成果更加符合實(shí)際,摻加一定量的碎磚雜質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析。通過進(jìn)行普通混凝土、普通再生混凝土、添加碎磚雜質(zhì)和減水劑的雙摻再生混凝土和添加粉煤灰、碎磚和減水劑的三摻再生混凝土的性能對(duì)比試驗(yàn)研究,為三摻再生混凝土的廣泛應(yīng)用提供科學(xué)的依據(jù)。進(jìn)一步用正交試驗(yàn)確定三摻材料的科學(xué)用量,針對(duì)混凝土施工中的和易性和強(qiáng)度問題,進(jìn)行坍落度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、軸心抗壓、劈拉強(qiáng)度和彈性模量等性能指標(biāo)的測定分析和再生混凝土抗?jié)B、收縮、碳化等長期性能試驗(yàn),最終確定平頂山地區(qū)三摻再生混凝土的最優(yōu)配比。

4 再生骨料混凝土的配制與試驗(yàn)研究

4.1 原材料

⑴粗骨料采用平頂山市某商品混凝土有限公司的廢棄混凝土試塊,破碎嚴(yán)格篩分,級(jí)配為連續(xù)級(jí)配,粒徑在5 mm～31.5 mm,壓碎指標(biāo)為40%,試驗(yàn)中所用再生骨料的基本性能如表1所示。細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)為2.6的河砂。

表1 再生粗骨料和普通粗骨料性能的性能比較

⑵水泥采用平頂山市某公司生產(chǎn)的P.O 42.5水泥。性能指標(biāo)如表2所示

表2 水泥物理性能指標(biāo)

⑶外加劑采用鄭州某公司生產(chǎn)的減水率達(dá)到17%的脂肪族外加劑。

4.2 配合比

研究中參考相關(guān)文獻(xiàn)用正交試驗(yàn)確定的摻加比例[2],根據(jù)正交試驗(yàn)原理調(diào)整粉煤灰、碎磚和減水劑三摻用量,設(shè)計(jì)出強(qiáng)度等級(jí)為C30的合理配合比如表3所示,采用人工振搗,控制坍落度130～160 mm,機(jī)械振動(dòng)臺(tái)成型,制作成150 mm×150 mm×150 mm試塊。

表3 混凝土配合比 kg

4.3 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)推定的平頂山地區(qū)三摻再生混凝土的合理配比,進(jìn)行坍落度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、軸心抗壓、劈拉強(qiáng)度和彈性模量等性能指標(biāo)測定分析?；谠囼?yàn)結(jié)果,對(duì)配合比進(jìn)行了多次調(diào)整,采取增加礦粉,使用聚羧酸高效減水劑并使用30%的天然骨料代替再生混凝土,其他原材料未經(jīng)改變進(jìn)行了混凝土試驗(yàn)。其中抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4,抗折強(qiáng)度見表5,劈裂抗拉強(qiáng)度見表6。

表4 抗壓強(qiáng)度 MPa

表5 抗折強(qiáng)度

表6 劈裂抗拉強(qiáng)度 MPa

試驗(yàn)結(jié)果表明,再生混凝土的早期強(qiáng)度略高于普通混凝土,而后期強(qiáng)度卻低于普通混凝土,含雜質(zhì)的再生混凝土軸心抗壓強(qiáng)度低于無雜質(zhì)的再生混凝土。早期強(qiáng)度高,主要是由于再生骨料的吸水率高于普通骨料導(dǎo)致。加水拌和后,再生骨料大量吸收水泥漿中多余的水分,既降低了粗骨料表面水灰比,又降低了混凝土拌和物的有效水灰比,再生混凝土表面包裹著水泥砂漿,使再生骨料與新的水泥砂漿之間彈性模量相差較小,界面結(jié)合得到加強(qiáng),同時(shí),再生骨料表面的許多微裂縫會(huì)吸入新的水泥顆粒,使接觸區(qū)的水化更加完全,形成致密的界面結(jié)構(gòu)。由于界面結(jié)合得到了強(qiáng)化,因再生骨料強(qiáng)度較低而導(dǎo)致的其強(qiáng)度的劣化得到了一定程度的補(bǔ)償,在配制強(qiáng)度較低的混凝土?xí)r其在早期強(qiáng)度上強(qiáng)于普通混凝土。再生混凝土的抗壓強(qiáng)度比同配合比的普通混凝土下降了10%～40%。

抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明,再生骨料混凝土的抗折強(qiáng)度比普通骨料混凝土稍低,折壓比也較小。

再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和彈性模量比普通混凝土略低,雜質(zhì)對(duì)混凝土的劈裂抗拉有影響。由于再生骨料中有大量的灰塵附著在骨料顆粒上,導(dǎo)致了其彈性模量下降,由于彈性模量低,變形大,具有較好的抗震性能和極限拉伸性能。

4.4 再生骨料混凝土的耐久性能

抗?jié)B性作為混凝土的一個(gè)重要指標(biāo),對(duì)于混凝土的耐久性有著非常重要的作用。對(duì)60 d齡期混凝土的抗?jié)B性能進(jìn)行了試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表7。

抗?jié)B性試驗(yàn)結(jié)果表明,雖然再生混凝土的抗?jié)B性能比普通骨料混凝土差,但也能滿足一般工程要求。普通混凝土的抗?jié)B指標(biāo)達(dá)到P10,再生骨料混凝土的抗?jié)B透性能比普通混凝土差,不含雜質(zhì)時(shí)再生骨料混凝土抗?jié)B指標(biāo)為P8,含雜質(zhì)時(shí)抗?jié)B指標(biāo)為P6。再生混凝土的抗?jié)B性比普通混凝土差,主要是由于由于再生骨料比天然骨料空隙率大的緣故,加入粉煤灰或礦粉可以提高再生骨料混凝土的抗?jié)B性能[4]。

表7 混凝土的抗?jié)B性能 MPa

再生混凝土的抗碳化性能比普通混凝土差的原因是再生混凝土的空隙率高于普通混凝土。

再生混凝土和含雜質(zhì)的再生混凝土的收縮率要大于普通混凝土,其主要原因是由于再生混凝土空隙率比天然骨料多,當(dāng)然其收縮的因素除骨料外與水泥品種、配合比設(shè)計(jì)、砂率、養(yǎng)護(hù)條件等也是密切相關(guān)的,可以考慮增加礦物摻合料來降低再生混凝土的孔隙率來減少再生混凝土的收縮[5]。

5 結(jié)論

通過試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和耐久性能低于普通混凝土,但通過采取摻加礦物摻合料,合理級(jí)配可以改善再生混凝土的性能,使其可以正常應(yīng)用于混凝土生產(chǎn)當(dāng)中。需要注意的問題是：再生混凝土骨料的應(yīng)用固然可以降低建筑產(chǎn)品成本,節(jié)省自然資源,但因?yàn)樵偕炷良夹g(shù)還不成熟,必然會(huì)帶來一定風(fēng)險(xiǎn),不同地區(qū)應(yīng)用再生混凝土骨料的條件不同,各地天然骨料市場價(jià)格直接影響再生骨料的應(yīng)用情況,不能不加分析盲目使用該項(xiàng)技術(shù)。所以,開展地區(qū)性再生混凝土研究,拓展再生混凝土應(yīng)用領(lǐng)域和范圍非常必要。

[1] 宋瑞旭,萬朝均,王沖,等.高強(qiáng)度再生骨料和再生高性能混凝土試驗(yàn)研究[J].混凝土,2003(2)：29-31.

[2] 郭建國,張華英.粉煤灰再生混凝土的實(shí)驗(yàn)研究[J].科學(xué)之友,2009(17)：12-14.

[3] 杜婷,李惠強(qiáng),吳賢國.再生混凝土的研究現(xiàn)狀及存在問題[J].建筑技術(shù),2003(2)：133-134.

[4] 高橋泰一,阿部道彥.廢混凝土骨料適用現(xiàn)狀與未來[J].混凝土工程(日),1995,33(2).

[5] 吳賢國,郭勁松,李惠強(qiáng),等.建筑廢料的再生利用研究[J].建筑技術(shù)與應(yīng)用,2004(1)：21-23.