再生骨料强化对再生混凝土基本力学性能的影响.pdf

21 2 四川建筑科学研究 S i e h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 6卷第 4期 2 0 1 0年 8月 再生骨料强化对再生混凝土基本力学性能的影响 孙跃东 ， 王涛 ( 1 山东科技大学土木建筑学院， 山东 青岛2 6 6 5 1 0 ； 2 广东省消防总队韶关支队， 广东 韶关5 1 2 0 0 0 ) 摘要： 针对再生骨料多裂纹和孔隙的结构特征， 运用 4 种不同化学浆液对再生骨料进行强化。通过试验， 研究了强化再生骨 料物理力学性能以及对再生混凝土基本力学性能的影响， 并对再生骨料不同强化方法进行了对比分析， 给出了再生骨料的有 效强化方法和提高再生混凝土强度的途径。 关键词： 再生骨料； 再生混凝土； 微细矿粉； 强化试验 中图分类号： T U 5 2 8 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 0 ) 0 4 2 1 2一 o 4 I n flu e n c e o f i n t e n s i fie d r e c y c l e d a g g r e g a t e t o t h e b a s i c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d c o nc r e t e S UN Yu e d o n g W_ANG Ta o ( 1 S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， C o l l e g e o f C i vi l E n g i n e e ri n g and A r c h i t e c t u r e ， Q i n g d a o 2 6 6 5 1 0 ， C h i n a ； 2 S h a o g u an C i ty F i r e D e p a r t m e n t o f G u a n g d o n g P r o v i n c e ， S h a o g u an 5 1 2 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Re c y c l e d a g g r e g a t e h a v e t h e c h a r a c t e ri s ti c s o f l o t s o f c r a c k s a n d p o r e s ， a c c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e ris t i c s ， t h e i n t e n s i fi e d t e s t r e s e a r c h o n r e c y c l e d a g g r e g a t e a y e c a r r i e d o u t b y me a n s o f 4 c h e mi c al p a s t e l i q u i d s T h e t e s t s t u d y t h e p h y s i c s me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s t r e n g t h e n r e c y c l e d agg r e g a t e a n d b a s i c m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d c o n c r e t e ， and gi v e s the e ff e c t i v e i n t e n s i f y w a y s o f r e c y c l ed a g g r e g a t e a n d t h e h i g h - s t r e n g t h a p p r o a c h o f r e c y c l e d a g gre g a t e c o n c r e t e b y c o mp a r i n g a n d a n aly z i n g the 4 i n t e n s i fi e d me a n s Ke y wo r d s ： r e c y c l e d a g g r e g a t e ； r e c y c l e d c o n c r e t e； s u p e r fi n e mi n e r a l powd e r ； i n t e n s i fi e d t e s t 0 引 言 国内外对再生骨料混凝土的研究主要集中在其 基本性能上， 而对再生混凝土的高强化 问题研究较 少。再生骨料由于其组分中含有一定数量的硬化水 泥砂浆， 以及在废弃混凝土破碎过程 中产生 的微细 裂纹 ， 导致其具有孔隙率高、 吸水性大、 强度低等特 征。为了减小再生骨料 的空隙率、 吸水率 ， 提高 再生骨料的强度 ， 本文采用 4种不同化学浆液对再 生骨料进行强化试验， 主要研究强化再生骨料和再 生混凝土的基本物理力学性能， 探讨再生骨料的强 化方法和再生混凝土高强化的途径。 1 试验机理 针对再生骨料多裂纹和孔隙结构特征 ， 采用水 泥浆外掺其他超细矿物质的化学浆液对再生骨料进 行浸泡 、 沥干和干燥等处理 ， 使浆液能够填充再生骨 料的孔隙或将再生骨料的裂纹粘合， 从而改善再生 骨料的孔隙结构， 达到强化再生骨料的目的。本试 验选取了4种不同高活性微细矿物质掺合料的浆液 对再生骨料进行了强化试验。 ( 1 ) 纯水泥浆。主要作用是水泥水化物 ( 3 C a O 2 S i O 3 H ： 0， C a ( O H) ： 等) 能填充孔隙， 或将再 生骨料本身的微细裂纹粘合。 ( 2 ) 水泥浆外掺矿粉。除能填充水泥颗粒间孔 隙外， 还能与水泥水化生成的 C a ( O H ) 发生反应， 生成胶凝性水化产物 J ， 增强粘结力。 ( 3 ) 水泥浆外掺硅藻土。硅藻土为天然纳米材 料， 质轻、 比表面积大， 吸着力和渗透性强， 微集料填 充效应和增强效果好 J 。 ( 4 ) 水泥浆外掺硅粉。硅粉 的主要成分为 S i O ： 且粒径极细， 能充填于水泥颗粒间， 使水泥石具有致 密的结构， 从而提高混凝土强度。 收稿 日期 ： 2 0 0 8 1 2 1 5 算 ： ， 、 变 篓 山 人 ， 教 授， 同 济 大 学 博 士 ， 2 试验原材料 主 要 从 事 混 凝 土 结 构 理 论 的 教 学 与 科 研 。 一。 萋 璺 曼 学 基 金 项 目 ( K o 6 。 ) ； 山 东 省 “ 泰 山 学 者 ” 2 1 基 本 原 材 料 建 设 专 项 经 费 资 助 项 目 一 1 E m a il ： su n y d 1 2 3 6 1 2 6 c 。 m 再生骨料选用青岛海关某办公楼拆迁产生的废 孙跃东， 等： 再生骨料强化对再生混凝土基本力学性能的影响 2 l 3 弃混凝 土， 经机 械破 碎分 级后 制 成 ， 选取 4 7 5 3 1 5 mm之间的颗粒作为再生粗骨料 ， 连续级配 ， 其 性能指标见表 1 。天然石子采用崂 山花 岗岩 ， 连续 级配， 其性能指标见表 1 ； 河砂性能指标见表 2 。采 用大宇水泥厂生产 的大宇牌普通硅酸盐水泥， 标号 为 P 0 4 2 5 ， 其性 能指标见表 3 。拌和水采用试验 室 自来水。 表 1 粗骨料性能指标 T a b l e 1 Th e p r o p e r t i e s o f c o a r s e a g g r e g a t e 表 2 天然砂性能指标 Ta b l e 2 Th e p r o p e rti es o fg r i t 凝结 时间 抗折强度 MP a 抗压强度 MP a 初凝 终凝 7 d 2 8 d 7 d 2 8 d 细度 标准稠度 ， ， 2 2强化材料 2 2 1 矿粉 选用中矿宏远公 司生产的矿渣粉 ， 外 观为灰白 色粉状 ， 兼具胶凝性与火山灰活性 ， 其主要理化指标 见表 4 。 表 4 矿粉主要理化指标 Ta bl e 4 Th e pr o pe r t i es o f s l a g 密度 比表面积 活性指数 流动度比含水率 三氧化硫 氯离子 烧失量 ( g c m ) ( m 2 k g ) 7 d 2 8 d 2 R 0 4 2 0 6 8 9 O 9 8 0 3 0 9 5 0 0 1 2 5 1 2 2 2硅粉 选用挪威埃肯公司生产的硅粉， 外观为灰白色 粉状 ， 颜色较 矿粉略深 ， 平均颗粒粒径为 0 1 0 2 t x m， 比水泥颗粒粒径范围( 7 2 0 0 t x m) 小两个数量 级 ， 其理化指标见表 5 。 表 5 硅粉主 要理化指标 T a b l e 5 Th e p r o p e rti es o f s i l i c a f u m e 2 2 3 硅 藻 土 选用工业硅藻土 ， 外观为白色粉状 ， 具有独特有 序排列的微孔结构 ， 性能稳定 ， 耐酸、 微粒坚硬 、 孔容 大、 比表面大 ， 特别是 内比表面积大， 有 良好 的火山 灰性 ； 且硅藻 土原 料充足 ， 较 硅粉有 明显 的价格优 势 ； 其主要理化指标见表 6 。 表6 硅藻土主要理化指标 Ta b l e 6 Th e p r o p e r t i es o f d i a t o m e a r t h s i 0 2 A 1 2 0 3 F e 2 0 3 C a O Mg O烧失量 8 9 62 5 1 4 0 O 5 O 5 】 0 5 8 0 0 0 3 再生骨料强化试验 试验用化学浆液的配比见表 7 。将再生骨料倒 人拌好 的浆液中， 不断搅拌 ， 待浆液大致初凝前， 将 再生骨料捞出 ， 并进行沥干处理 ， 在同条件下人工养 护 2 8 d ， 自然风干后装袋备用 。 表 7 化学浆液的配比 Ta b l e 7 Th e p r o p o rti o n o f c h e mi c a l s e r o u s 按 G B T 1 4 6 8 5 2 0 0 1 建筑用卵石、 碎石 标准 要求， 测得经强化后再生骨料的主要物理力学性能 试验结果见表 8 。 表 8 强化再生骨料的物理力学性能 Ta b l e 8 Th e b a s i c p r o p e r t y o f i n t e n s i fi e d r e c y c l e d a gg r e g at e 由表 8 可以看出， 强化骨料的强度明显提高， 和 未强化骨料相 比， 压碎指标降低 ， 表观密度增加 ， 但 吸水率有所增加。其压碎指标纯水泥浆强化降低 2 1 8 ， 水泥浆外掺矿 粉强化降低 2 2 2 ， 水泥浆 外掺硅藻土强化降低 2 8 1 ， 水泥浆外掺硅粉强化 降低 2 4 3 ； 表观密度增加纯水泥浆强化 3 9 ， 水 泥浆外掺矿粉强化 3 6 ， 水泥浆外掺硅藻土强化 1 9 ， 水泥浆外掺硅粉强化 2 4 ； ， 其吸水率增加 2 5 1 1 。这表明， 浆液在一定程度上填充了再 生骨料的孔隙， 减少了再生骨料的孔隙率， 使再生骨 料的表观密度增加、 压碎指标降低， 进而导致了吸收 率的增加。 2 1 4 四川建筑科学研究 第 3 6卷 4 再生骨料混凝土基本力学性能试 验 4 1 再生骨料混凝土的配制及试验结果 混凝土设计强度为 C 3 0 ， 水灰 比为 0 5 4 ， 砂率取 3 6 ， 其单位体积质量配比为： 水： 水泥： 砂： 粗骨料 = 1 9 0 ： 3 5 2 ： 6 5 0 ： 1 1 5 6 ； 再生 骨料 的取代 率分别 为 3 0 ， 5 0 ， 1 0 0 ， 采用机械搅拌， 标准养护； 尺寸为 表 9 再生混凝土的基本性能 Ta b l e 9 T h e b a s i c p r o p e r t y o f r e c y de d c o n c r e t e 1 5 0 m i l l 1 5 0 m l n1 5 0 m lT l 试件 ， 用于测量 2 8 d立 方体抗压强度 ； 尺寸为 1 5 0 m m1 5 0 m m 3 0 0 m m试件， 用于测量2 8 d 轴心抗压强度 和弹性模 量 E 。 。 按 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 规定 ， 测得再生混凝 土的基本力学性 能见表 9 。 注 ： ( 1 )I一未强化 ； 一纯水泥浆强化 ； l lI一水泥浆外掺矿粉 ； I V一水泥浆外掺硅粉 ； V一水泥浆外掺硅藻土。 ( 2 ) “一” 后数字表示再生骨料取代率。 4 2 试 验结 果分析 4 2 1 再 生混凝 土立方体抗 压强度 再生混凝土立方体抗压强度的破坏形态与天然 骨料混凝土基本相同， 再生混凝土的破坏大都穿过 水泥浆与粗骨料的界面处 ， 极少有穿过粗骨料， 最后 形成两个对顶角的锥形破坏面。立方体抗压强度随 再生骨料取代率 的增加 ， 变化 幅度不大 ， 如 图 1所 示。与未强化再生骨料相比， 经纯水泥浆和水泥浆 外掺矿粉强化的再生骨料， 其配制的再生混凝土立 方体抗压强度无明显变化， 表 明这两种再生骨料的 强化方法效果不够理想。再生骨料经水泥浆外掺硅 藻土强化后 ， 配制再生混凝土的抗压强度提高显著 ， 当再生骨料取代率为 5 0 和 1 0 0 时 ， 强度分别提 高 l 2 和 1 8 ； 经水泥浆外掺硅粉强化后 ， 其强度 分别提高 4 3 和 l 2 。 一 图 l 再生混凝土立方体抗压强度 Fi g 1 Cu be c o mpr e i v e s t r e ng t h o f I e e ye l e d c o l e r e t e 4 2 2 再 生混凝 土轴心抗 压强度 棱柱体试块的基本破坏形态为纵向劈裂破坏， 从破坏面可以看 出， 未有天然或再生骨料的断裂 ， 破 坏面与荷载的垂线的夹角为 6 0 。 8 0 。 ， 明显大于普 通的混凝土 5 0 。 6 O 。 。随着再生骨料取代率的增 加， 再生混凝土轴心抗压强度相差不大 ， 其变化规律 与再生混凝土立方体抗压强度基本一致。与未强化 再生骨料相比， 其中经纯水泥浆强化的再生骨料， 其 配制再生混凝土的轴心抗压强度增长不明显 ； 而其 他 3种强化方法均有不同程度的提高， 以水泥浆外 掺硅藻土强化方法最为显著 ， 当再生骨料取代率为 5 0 和 1 0 0 时 ， 其配制的再生混凝土轴心抗 压强 度较未强化再生混凝土提高2 2 9 和2 8 7 ， 如图 2所示 。 图2 再生混凝土轴心抗压强度 Fi g 2 Ax i al c o m p r e s s i v e s t r e ng t h o f r e c yc l e d c o nc r e te 孙跃东 ， 等 ： 再生骨料强化对再生混凝 土基本力 学性 能的影响 2 1 5 4 2 3 再 生 混凝 土弹性模 量 混凝土的弹性模量是反映其变形能力的主要指 标。由于再生混凝土采用的再生骨料表 面含有水泥 浆体和微裂缝 ， 其弹性模量 随再生骨料取代率的增 加而呈下降趋势。由表 9和图 3可 以看 出， 采用经 化学浆液浸泡强化后再生骨料配制 的再生混凝 土， 与未强化再生混凝土相比， 其弹性模量提高幅度明 显。其中， 以水泥浆外掺硅粉和硅藻土最为显著， 当 再生骨料取代率为 5 0 和 1 0 0 时， 水 泥浆外掺硅 粉强化再生混凝土 ， 其 弹性模量较未强化再生混凝 土提高 9 5 和 2 2 ， 水泥浆外 掺硅藻土强化再生 混凝土提高 1 9 8 和 2 3 。 图 3 再 生混凝土弹性模量 Fi g 3 El a s t i c i t y mod ul e v a l u e o f r e c y c l e d c o nc r e t e 综上， 中低强度再生混凝土与普通混凝土相同， 其破坏大都穿过水泥浆与粗骨料 的界面处， 极少有 穿过粗骨料的情况 。而再生骨料经化学浆液的浸泡 强化后， 一方面改善了填充再生骨料的孔隙， 减少了 再生骨料的孔隙率； 另一方面也大大减小了再生骨 料在破碎过程 中产生 的细石粉粒等杂质 ， 从而促进 水泥的水化程度 ， 改善了水泥石结构 以及混凝土中 各相之间的界面性能 ； 更为重要的是 ， 硅粉和硅藻土 与水泥水化产生的 C a ( O H) 反应生成 CSH凝 胶 ， 可以有效地增强水泥石与骨料之间过渡薄弱层 的粘结 ； 硅藻土还 由于其粒径小 ， 比表面积大 ， 与水 泥结合的有效面积大 ， 持水性好 ， 能有效提高集料与 砂浆界面的粘结力 ， 从而起到强化再生混凝 土强度 的效果。另外 ， 考虑到硅藻土较硅粉所具有的价格 优势， 所以， 本文建议选择水泥浆外掺硅藻土强化再 生骨料， 作为再生混凝土高强化的有效途径。 5 结 语 再生骨料经化学浆液浸泡强化后， 再生骨料的 吸水率增 加， 表观密度 和压碎 指标 得到明显改善。 对比4 种强化方法， 采用水泥浆外掺硅粉或硅藻土 强化的再生骨料对提高再生混凝土的抗压强度和弹 性模量效果最佳。再生混凝土随强化后再生骨料取 代率的增加， 其抗压强度变化较小， 其弹性模量呈下 降趋势。未经强化和强化的再生骨料配制的再生混 凝土， 基本都能符合设计要求 ， 可以不通过强化配制 中低强度的混凝土 ； 如要使再生混凝土高强化 ， 考虑 经济因素， 可以选择水泥浆外掺硅藻土强化再生骨 料的途径来实现。 参 考 文 献 ： 1 孙跃东， 周德源 我国再生混凝土的研究现状和需要解决的问 题 J 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 2 5 2 6 2 陈肇元 高强混凝 土及其应 用 M 北 京 ： 清华 大学 出版社 ， 1 9 9 9 3 周忠义 硅藻土作高性能混凝土掺合料的研究 J 商品混凝 土 ， 2 0 0 6( 1 ) ： 1 4 1 5， 5 4 4 杜亭 ， 李惠强， 吴贤 国 混 凝土再生骨 料强化试验研究 【 J 建筑石膏与胶凝材料 ， 2 0 0 2 ( 3 ) ： 6 - 8 本 刊 启 事 为适应信息化时代的需求， 四川建筑科 学研究 杂志已加入 C N K I 、 万方、 维普等 期刊数据库。凡被本刊正式录用的稿件， 本刊 皆认为已取得相关的著作权使用许 可， 以及作者允许本刊编辑部向第三方授权使用作品 内容的许可。其著作权使用报酬( 即 印刷版、 光盘版、 网络版使用方式的报酬) 已纳入本刊应付给作者的稿酬之中。作者如 有异议 ， 敬请另投他刊。 四川建筑科学研究 编辑部