矿渣再生骨料混凝土力学性能研究.pdf

2 0 1 2 年 第 5 期 (总 第 2 7 1期 ) Nu mb er 5 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅 助物料 M ATE RI AL AND ADM DCLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 5 0 2 9 矿渣再生骨料混凝土力学性能研究 陈会凡，管巧艳，刘洪波 ( 郑州航空工业管理学院 土木建筑工程学院，河南 郑州 4 5 0 0 1 5 ) 摘要： 对矿渣部分取代水泥和使用再生粗骨料取代天然粗骨料两个方面综合对混凝土力学性能的影响进行了研究。 结果表明： 再生骨料 混凝土中掺人矿渣， 可以减弱在再生骨料对混凝土强度的不利影响， 能够较为稳定的生产出 C 4 0 再生混凝土； 矿渣的掺量对再生骨料混 凝土强度影响显著， 矿渣掺量为 5 0 时， 混凝土力学性能最好； 试验数据同时显示掺较小粒径再生骨料的混凝土比掺粒径较大再生骨料 的混凝土的土力学性能好。 关键词 ： 矿渣；再生骨料 ；强度 中图分类号 ： T U5 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 2 ) 0 5 0 0 9 1 0 3 St ud y on t he me c han i c al beh a vi or o f c onc r e t e c on t ai ni ng s l ag a nd r e c y cl e d c onc r e t e a ggr e ga t e C HE NHu i f a n ， GU ANQ i a o - y an ， L I UHo n g - b o ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Z h e n g z h o u I n s t i t u t e o f Ae r o n a u t i c a l I n d u s t r y Ma n a g e me n t ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 5 ， C h i n a ) Abs t r a c t ：Th e me c h a n c i c a l be h a v i o r o f c o nc r e t e o f t h e c o n c r e t e c o n t a i n i n g s l a g a n d r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e we r e s tud i e d T h e r e s u l t s s h o we d t h a t s l a g wa s p a r t i c u l a r l y b e n e f i c i a l f o r c o n c r e t e wi th r e c y c l e d a g g r e g a t e a n d r e d uc e s s t r e n g t h l o s s e s Th at i s v e r y b e n e fic i a l t o ma ke s t a b l e p e rfo r ma n c erec y c l e d c o n c r e t e o f C 4 0 I n a d d i t i o n ， s l a g c o n t e n t h a d a l l ma j o r i n fl u e n c e o nthe s tr e n g t h o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e I t w a s d e t e r - mi ne d f h a t the mi x e s c o nt a i n i n g 5 0 s a l g g a v e t h e b e s t o v e r a l l p e rfo r ma n c e Va l u e s p r o v e d t h a t u s e d t he s ma l l r e c y c l e d c o a r s e c o n c r e a g g r e g a t e s ma k i n g r e c y c l e d c o n c r e t e i s mo r e f a v o r a b l e tha n us e d the l a r g e s i z e Key wor ds ： s l a g； r e c y c l e d c o n c r e t e d a g g r e g a t e； s t r e n g t h 0 引言 据统计 ， 工业固体废弃物中， 建筑废弃物独 占4 0 ， 其中废 弃混凝土堪称建筑废弃物排放量最大者。 将废弃混凝土破碎作 为再生骨料既能解决天然集料资源紧缺问题， 保护骨料产地的 生态环境 ， 又能解决城市废弃物的堆放 、 占地和环境污染等问 题 ， 可见废弃混凝土的再生利用有着很显著的社会效益。 利 用再生骨料是当今世界众多国家可持续战略追求 目标之一 ， 也是我国发展绿色混凝土的主要措施 ， 目前中华人民共和国 住房和城乡建设部已正式批准发布 J GJ T 2 4 O 一2 O 1 1 ， 自2 0 1 1 年 1 2月 1日起实施 再生骨料应用技术规程 ， 这表明再生骨料混 凝土在工程中的推广应用必将会收到国家政策的鼓励， 因此 ， 加快研究再生骨料混凝土的工作更为重要。 本试验以我国目前 工程中常用的C 4 0 混凝土为例， 研究了大掺量矿渣改性再生集 料混凝土力学性能的变化规律。 1试 验研 究 1 1 原材料 水泥： 河南新乡孟电水泥厂产的P O 4 2 5 级水泥， 标准稠度 用水量为 2 6 ， 初凝时间为 1 0 6 mi n ， 终凝时间为 2 9 3 mi n ， 实测 3 、 2 8 d抗压强度分别为 2 7 1 、 4 8 6 MP a ， 实测 3 、 2 8 d抗折强度分 别为 4 6 9 、 8 6 9 MP a ， 表观密度 3 0 6 g c m3 ， 化学成分见表 1 。 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 1 1 - 1 5 基金项 目：河南省政府决策项 目( 2 0 1 1 B7 9 0 ) 矿渣： 河南郑州某微粉有限公司产的高炉矿渣微粉 ， 表观 密度 2 8 6 c m3 , 化学成分见表 1 。 表 1 水泥 矿渣的化学组成 塑 璺 ! ! ! ! 水 泥 6 3 2 0 2 O 4 O 4 1 6 4 4 1 3 9 2 O 2 0 1 2 0 I 5 1 矿渣 4 0 0 0 3 2 1 4 1 4 3 0 2 8 0 6 7 5 O 2 9 O 6 1 2 1 3 细骨料： 细骨料来 自郑州新密的河砂， 堆积密度 1 4 2 6 k g m3 ， 表观密度观密度 2 5 4 0 k g m3 ， 细度模数 2 8 1 ， 其性能指标符合 我国GB T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 ( 建筑用砂 要求。 细骨料在 1 0 5烘箱 中烘干待用。 粗骨料： 试验中粗骨料采用天然骨料或再生混凝土骨料。 天 然粗骨料， 代号NA， 为郑州某建材有限公司生产的石灰石碎石， 粒径4 7 5 - 1 3 2 m r n ， 堆积密度 1 4 6 5 g c m ， 表观密度 2 6 8 g c m3 ， 其性能指标符合我国G B T 1 4 6 8 5 -2 0 0 1 ( 建筑用卵石 、 碎石 要 求。 再生骨料( R C A) 为郑州航空工业管理学院“ 高性能土木工 程材料与环境” 河南省高校工程技术研究中心实验室废弃试块 经破碎筛分得到， 再生混凝土的筛选分为两类粒径 ： 粒径采用 4 7 5 9 5 0 mm( R C A1 ) ， 9 5 0 2 6 5 m m( R C A 2 ) ， 两 种粒径 中粒径 较小的骨料主要是水泥砂浆 ， 粒径较大的是由水泥浆块及水泥 浆黏结小石块的不规则碎渣， 未破损石头数量较少。 天然骨料和 再生混凝土粗骨料的密度和吸水率数值见表 2 。 粗骨料预先在 水中浸泡 2 4 h ， 并在饱和面干的状态下使用。 91 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2骨料密度和吸水率 躺骨 度 计如下三组合： 1 0 0 普通硅酸盐水泥， 没有任何替代材料， 代号 1 0 0 0 P C ； 5 的普通硅酸盐水泥 + 5 的高炉矿渣 ， 代号 5 0 B F S ： 3 0 的普通硅酸盐水泥 + 7 0 的高炉矿渣， 代号 7 0 B F S 。 每组 胶凝材料采用 3种不同的粗骨料： 天然粗骨料， 代号 NA： 粒径为 4 7 5 - 1 6 0 mi l l 的再生骨料 ， 代号 R C A1 ； 粒径为 9 5 0 - 2 6 5 h i m的再生骨料， 代号R C A2 。 减水剂( s P ) ： 郑州某化工有限公司生产的萘磺酸钠减水剂。 根据上述胶凝材料及骨料搭配状况 ，本 试 验共 设 置 了 1 2 配合 比设 计 1 0 0 O P C - N A 、 1 0 0 O P C R C A I 、 1 0 0 O P C R C A 2 、 5 0 B F S N A 、 5 0 B F S 一 本试验 目标配制强度为 C 4 0混凝土， 各组试验混凝土水胶 R C A1 、 5 0 B F S R C A2 、 7 0 B F S N A、 7 0 B F S R C A1 、 7 0 B F S R C A2九 比均为 0 4 ( 此数据不考虑再生骨料中的含的水 ) ， 胶凝材料设 类混凝土进行对比试验， 各组混凝士的配合比见表 3 。 表 3 各缉混凝土 的配合比 类型 C ( k g m。 )S L ( k g m )W ( k g m )S ( k g m )N A ( k g m )R C A 1 ( k g m ) R C A 2 ( k g m )S P ( L m )密度 ( k g m )坍落度 m m 1 0 0 OPC NA 3 9 0 0 0 1 5 6 7 40 1 I 1 9 一 一 3 9 0 24 0 5 7 5 1 0 0 OP C RCAI 3 7 0 0 0 1 4 8 7 0 4 1 0 57 3 7 0 2 2 7 9 6 5 1 0 0 OPC RCA2 3 9 5 0 0 1 5 8 7 4 8 一 一 1 0 1 5 3 95 2 31 6 8 5 5 0 BF S-NA 1 9 5 0 1 9 5 0 1 5 6 7 4 2 1 1 l 3 一 一 3 91 24 01 6 5 5 0 BFS - RCA1 1 8 5 0 1 8 5 0 1 4 8 7 0 1 1 0 5 2 3 6 9 2 2 71 7 0 5 0 BFS RCA2 1 9 7 5 1 9 7 5 1 5 8 7 4 2 一 一 1 0 4 7 3 9 2 2 3 0 2 8 5 7 0 BF S- NA 1 1 7 0 2 7 3 0 l 5 6 7 4 3 l l l 5 一 一 3 9t 24 0 4 65 7 0 BFS - RCA1 1 1 1 0 2 5 9 0 1 4 8 7 0 2 1 7 45 3 7 1 2 27 1 6 5 7 0 BFS RCA2 1 1 8 5 2 7 65 1 5 6 7 41 一 一 l 0 0 6 3 9 2 2 3 0 0 8 0 注： 再生骨料的质量均为表干质量； 用水量指单独加人混凝土中的水量， 不包括再生骨料浸水后的含有的水； 仅使用粒径 4 7 5 1 6 0 n l m再生骨 料的混凝土用 R C A I 标记， 使用粒径 9 5 0 2 6 5 m m再生骨料的混凝土用R C A 2 标记。 1 3 拌和及 浇筑养护 混凝土在实验室拌和板上拌和， 粗细骨料先在拌板上干拌 1 mi n ， 然后加入水泥和矿渣再干拌 1 mi n ， 取 1 2的拌和水和1 2 的减水剂充分混合加人混凝土中继续搅拌 1 rai n ， 然后加入剩余的 拌和水和减水剂， 总拌和时间符合J T GE 3 0 - - 2 0 0 5 标准中T 0 5 2 1 规定。 搅拌完成后将混凝土装入 1 5 0 mmx l 5 0 m m 1 5 0 m i l l 试 模 ， 在振动台上振动至表面不出现大的气泡为止。 浇筑的混凝土试件 2 4 h脱模， 然后放置在标准条件下养护 至 7 、 1 4 、 2 8 、 9 1 d取出， 用湿布覆盖 ， 根据 J G J T 2 4 o _ - 2 O 1 1 再 生骨料应用技术规程 描述的方法进行性能测试。 2 试验结果和讨论 2 1 和 易性 在破碎生产过程中， 再生骨料形成的表面纹理比天然骨料 更粗糙， 且棱角更多， 比天然骨料吸水率更高， 在初次试拌时， 再生骨料快速吸收了拌和水， 导致混凝土坍落度经时损失很 大， 混凝土难以密实成型。 因此， 本试验中将再生骨料预先在水 中浸泡 2 4 h ， 并在饱和面于的状态下使用， 这补偿了再生骨料 对和易性的不利影响， 这一点在表 3中各组混凝土坍落度试验 的数据可以看出。 表 3的试验数据数据也说明采用不同粒径的 再生混凝土骨料 ， 混凝土坍落度没有大的变化 ， 坍落度值在 6 5 8 5 I I I lT I 之间波动。 2 2抗压 强度 各组混凝土抗压强度的试验结果的平均值见图 l 6 。 图 1 为胶凝材料为 1 0 0 的普通硅酸盐水泥， 粗骨料分别为天然骨料、 粒径 为 9 5 O 1 9 0 m n和 1 6 0 - 2 6 5 mm的再生骨料混凝 土的抗 压强度。 由图中数据可以看出： 在各个龄期， 再生粗骨料混凝 土比天然骨料混凝土强度低 ； 与 N A混凝土相比， 再生骨料 混凝土强度较低 ， 且 R C A 2混凝土强度降低比R C A1 混凝土更 明显。 这可能是因为再生骨料的加工生产过程会使再生骨料表 9 2 6 ： 要4 0 懿 ： 7 1 4 2 8 8 4 龄期 ， d 图 1 不同粗 骨料的 1 O 0 0P O混凝土的抗压强度 5 60 。 善4 0 ： 7 1 4 2 8 8 4 龄期 ， d 图 2 不 同粗骨料的 5 0 BF $混凝土的抗压强度 6 5。 0 40 蓄 ： ： 7 1 4 28 4 龄期 ， d 图 3 不同粗骨料的 7 0 B F S混凝土的抗压 强度 面产生许多微裂纹， 大粒径再生骨料对此影响较大， 而小粒径 再生骨料受此的影响较小 ； 龄期 2 8 d时， 1 0 0 O P C R C A1 混凝 土达到 4 0 MP a ， 而 1 0 0 O P C R C A2混凝土未达到 4 0 MP a 。 可 以 推测， 在没有矿渣的情况下要配制较高强度的混凝土应用粒径 较小的再生骨料比粒径较大的更具优势； 龄期 8 4 d时 ， 天然 骨料和再生骨料混凝土强度均达到 4 0 MP a 。 图2为胶凝材料为 5 0 矿渣 十 5 0 普通硅酸盐水泥， 粗骨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 ： 善4 0 1 0 6 0 50 40 3 0 曹2 0 10 O 6 0 50 要4 o 30 苗2 0 10 7 1 4 2 8 8 4 龄 期 ， d 圈 5 不 同胶凝材料的 R CA1混凝土 强度最小 ， 为 2 4 2 MP a 。 由、 可推测， 矿渣同样可以提高再 生混凝土的劈裂抗拉强度， 但掺入量需要优化。 4 至 3 、 ： 羹 ， O 1 O O P C 5 0 BFS 7 0 BFS 胶凝材 料 图 7 天然骨料和再 生骨料混凝土的劈裂抗拉强度 3结 论 本试验对矿渣部分取代水泥和使用再生粗骨料取代天然 粗骨料两个方面综合对混凝土力学性能的影响进行了研究。 结 果表明： 用 5 0 矿渣取代水泥， 无论是采用天然骨料还是使 用再生骨料 ， 混凝土的力学性能均表现最好。 在胶凝材料中 有矿渣掺合料的情况下， 再生骨料对混凝土强度没有明显的不 利影响， 因此， 用矿渣、 水泥配制 目前工程中应用较多的 C 4 0混 凝土是完全可行的。 矿渣水泥再生混凝土中矿渣掺量对混凝 土抗压及抗拉强度影响显著， 因此矿渣掺量对再生混凝土力学 性能的影响还需进一步研究 。 粒径较小的再生粗骨料混凝土 比粒径较大的再生粗骨料混凝土力学性能好 ， 因此 ， 在配制再 生混凝土时应尽量采用粒径较小的再生粗骨料。 本试验数据 证明矿渣可以提高再生骨料混凝土的强度， 矿渣改善再生骨料 混凝土强度的原因还有待进一步的研究。 参考文献 ： 、 【 1 1 P O O N C ， C H A N D T h e u s e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e i n c o n c r e t e i n H o n g k o n g J R e s C o n s e r v R e c y c l ， 2 0 0 7 ， 5 0 ( 3 ) ： 2 9 3 3 0 5 2 】 侯劲汝， 张继疆， 赵紫苓道路再生混凝土基本性能的探讨【 J 】 筑路机 械与施工机械化 2 0 0 7 ( 8 ) ： 3 0 3 3 【 3 】T A B S H S W， A B D E L F A T AH A S I n fl u e n c e o f r e c y c l e d c o n c r e t e a g r e - g a t e s o n s t r e n g t h p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma - t e r i a l s ， 2 0 0 9 ( 2 3 ) ： 1 1 6 3 1 1 6 7 1 h 4 1 B E R N D T M L P r o p e r t i e s of s u s t a i n a b l e c o n c r e t e c o a n t a i n i n g f l y a s h ， s l a g a n d r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma - t e fi a l s ， 2 0 0 9 ( 2 3 ) ： 2 6 0 6 2 6 1 3 5 5 余斌， 熊进刚， 扶名福， 等粉煤灰再生粗集料混凝土基本性能研究叨 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 6 7 6 9 【 6 陈会凡 ， 李福恩， 党玲博 不同母体的再生粗骨料对混凝土强度影 响 J 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 1 0 9 1 1 1 【 7 徐蔚， 金世伟 再生混凝土基本性能的影响研究【 J J 浙江水利水电专 科学校学报， 2 0 0 9 ， 2 1 ( 1 ) ： 6 8 = - 7 1 作者简介 ： 联系地址： 联系电话 ： 陈会凡( 1 9 7 3 一 ) ， 女， 讲师， 硕士研究生， 主要从事土木工程 材料教学与研究。 郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院( 4 5 0 0 1 5 ) 1 3 9 3 8 5 5 5 4 O 9 93 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m