自密实再生骨料混凝土性质及力学性能研究

自密实再生骨料混凝土性质及力学性能研究

向文浩唐臣李鑫冶延朋郭启龙（通讯作者）

（西北民族大学土木工程学院，甘肃兰州730000）

摘要：近年来我国建设领域快速发展，建筑垃圾日益增多，对生态环境造成严重破坏。本论文采用破碎方式处理建筑垃圾生产出再生骨料，利用再生骨料制备出自密实再生骨料混凝土，研究不同再生骨料取代率下自密实再生骨料混凝土的工作性能和力学性能。

关键词：再生骨料；自密实再生混凝土；抗压强度；气孔率

一、绪论

近几年来我国大力发展基础建设，大量的建筑拆迁、路面重修带来了大量的混凝土废弃物。目前我国的废弃混凝土建筑垃圾小部分做新修公路的基层或建筑物基础垫层，而大部分建筑垃圾未经任何处理，运到荒郊野外堆放或埋入地下，不仅占用了大量土地还造成长久的环境污染[1]。废弃的混凝土建筑垃圾中含有大量的砂石骨料，如果能变废为宝将这些材料再回收利用，得到建设所需的各种粒径的骨料重新应用到新建建筑物上，这样不仅降低了建筑成本，节约大量自然资源，同时也缓解了骨料供应不足与需求大的矛盾，另外还大大减轻了废弃混凝土对生态环境的破坏。

针对混凝土废弃物再利用的问题，将建筑垃圾经过水洗、破碎、筛分、配制成一定级配的骨料，然后按比例取代部分天然骨料，并掺入一定量的粉煤灰拌和得到新拌自密实混凝土。在实验过程中控制自密实混凝土的坍落扩展度在设计范围内，通过测试自密实混凝土试块的抗压强度，研究再生骨料对自密实混凝土基本性能的影响，对再生骨料利用提出相对科学的方案，并对再生骨料后续研究提供了资料。

二、实验原材料及配合比

1.实验材料

1）复合硅酸盐水泥：京兰水泥厂生产的32.5﹟复合硅酸盐水泥，烧失量5.31％。

2）再生骨料：建筑垃圾原料为废弃的混凝土板，先经过人工破碎后，用水浸泡去除表面的粉尘和泥土，晾干后再由鄂式破碎机破碎，之后再用分样筛筛分出粒径在0.15~4.75mm的再生骨料备用[2]。

3）减水剂：Q8081PCA液体均衡型聚羧酸系高性能减水剂，减水率25%。

4）水：自来水。

5）细骨料：河砂，经分样筛筛分后确定其粒径小于5mm的，细度模数介于2.3-3.0之间的中砂，然后用自来水人工冲洗、晾干。

6）粗骨料：碎石，经筛分之后确定粒径介于5~20mm，配制成5~20mm连续级配。

7）矿物掺合料：Ⅱ级粉煤灰，比表面积5018cm2/g，细度45μm筛筛余11.2%。

2.实验方案

本次试验自密实再生骨料混凝土的配合比参照《JGJT283-2012自密实混凝土应用技术规程》进行设计[3~4]，考虑到干燥状态的再生骨料吸水率较大，会影响自密实混凝土的用水量，所以将用水量固定为普通自密实混凝土的用水量，随着再生骨料掺入量的增大，增加高效减水剂掺量的方法来控制自密实再生骨料混凝土的坍落扩展度[5]。

表1.1自密实混凝土粗细骨料不同再生骨料替换量配合比

三、结果与分析

1.工作性能

随着再生骨料含量的增加，为了保持一定要求的坍落扩展度，实验过程中适当增加了减水剂的用量；从上表可以看出，本实验通过控制配合比及高效减水剂含量制备出了不同再生骨料含量的自密实混凝土。

2.数据分析

下表是再生骨料不同取代率28天体积密度、气孔率、吸水率的数据。

2.1体积密度

从数据可以看出，随着再生细骨料含量的增加，体积密度呈现为先降低后增加的趋势。再生细骨料中主要是水泥砂浆颗粒和碎石颗粒，水泥水化后又生成新的孔隙，随着再生细骨料的含量增大，混凝土中的孔隙增多；同时水泥颗粒进入再生骨料较大的孔隙发生二次水化，填充孔隙，减少混凝土中的孔隙数量。在0~20%时再生骨料较少，允许水泥颗粒进入的孔隙较少，增加的孔隙数量比减少的孔隙数量多，体积密度下降；在20~40%时允许水泥颗粒进入的大孔隙数量增多，混凝土体积密度增大。

随着再生粗集料含量的增加，体积密度呈现为先增加再保持稳定后降低的趋势；原因可能是粗集料基本为水泥石和碎石的复合颗粒，本身含有大量孔隙或裂缝，水泥进入其中进行水化反应，减少水泥水化和集料中所含有的孔隙，增大了体积密度。随着掺量增大，大体积再生骨料增多，水泥颗粒无法进入的再生骨料内部孔隙增多，导致体积密度下降。

2.2气孔率和吸水率

从数据可以看出，随着再生细骨料含量的增加，气孔率和吸水率呈现为先增大后降低的趋势；随着再生细骨料含量的增加，气孔率和吸水率呈现为先降低后缓慢增加的趋势，这与体积密度原因类似。

2.3抗压强度

混凝土抗压强度实验按照《普通混凝土力学性能实验方法标准》GB/T50081-2002[6~8]进行。

下图分别是再生细骨料不同取代率和不同龄期抗压强度平均值绘制的折线图与再生粗骨料不同取代率和不同龄期抗压强度平均值绘制的折线图。

图1是再生细骨料替代河砂的抗压强度数据，从图1可以看出，3天抗压强度呈现先降低后增加的趋势。原因可能是再生骨料中存在某些物质影响了混凝土的早期强度增长，所以3天抗压强度随着替换量的增加而降低。当取代率达到30%之后抗压强度开始增大，可能是再生骨料中存在未发生水化的水泥颗粒发生二次水化，填充混凝土中的孔隙和微裂纹，使早期混凝土结构更加稳定，增强了混凝土的抗压能力。

图2是再生粗骨料替代碎石的抗压强度数据，从图2中可以看出，3天和28天抗压强度整体呈下降趋势，取代率为20%时出现反弹。导致强度降低的原因有很多，可能是再生骨料中存在的裂纹和损伤比天然骨料多，再生骨料中存在许多砂浆与天然粗骨料黏结的界面，在受到外界压力的时候更容易破坏。再生粗骨料取代率为20%时抗压强度出现回弹。导致这样的结果出现的原因可能是再生骨料中存在未发生水化的水泥颗粒发生二次水化，填充混凝土中存在的孔隙。参照体积密度可以看出替换量为20%时混凝土体积密度最大，混凝土结构致密使得混凝土抗压强度增大，替换量超过20%之后因为二次水化作用不足以弥补再生骨料与水泥砂浆粘结强度等原因造成的强度下降，使得混凝土总体的抗压强度降低。

四、结论

本试验通过对废弃混凝土经过破碎、筛分、配合比设计等过程制作成不同再生骨料含量的自密实混凝土。通过对自密实再生骨料混凝土一系列实验得到以下结论：

1.随着再生粗、细骨料含量的增加，自密实再生骨料混凝土工作性能逐渐变差。

2.随着再生细骨料含量的增加，混凝土的体积密度呈现为先降低后增加趋势，体积密度在0~20%降低，20~40%升高。随着再生粗骨料含量的增加，混凝土的体积密度呈现为先增加后降低趋势，体积密度在0~10%时升高，10~20%保持稳定，20~40%均匀下降直至略高于0%。

3.气孔率和吸水率呈现为先增加后降低趋势，气孔率和吸水率在0~20%升高，20~40%降低。气孔率和吸水率呈现为先降低后增加趋势，吸水率和气孔率在0~10%时急剧下降，10~20%时下降较为平缓，20~40%时缓慢增长。

4.再生细骨料含量的增加使混凝土3d抗压强度略有降低，替换量为30%时强度降低比较严重，28d强度影响不大，0~40%的替换量的强度上下浮动1MPa左右。再生粗骨料含量的增加使3d和28d抗压强度都呈现为逐渐降低趋势。只有在替换量为20%时3天和28天强度出现增长。

参考文献

[1]自密实再生骨料混凝土性质及力学性能研究_张绩

[2]自密实再生骨料混凝土试验研究_张国庆;宁金香;倪淑娜;郑涛;钟丽;易岳林;褚东升.混凝土.2008-08-27

[3]《JGJT283-2012自密实混凝土应用技术规程》

[4]中华人民共和国行业标准.《自密实混凝土设计与施工指南》CCES02-2004[S].北京：中国建筑工业出版社，2005

[5]李厚祥，唐春安，熊建民等.自密实防水混凝土流变学特性及其机理的研究[J].国外建筑科技，2005.6（4）:19-22

[6]中华人民共和国国家标准.GB/T50081-200《普通混凝土力学性能试验方法标准》[S].北京：中国标准出版社，2002

[7]GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能》

[8]金莉.再生混凝土力学性能试验研究[J].新型建筑材料，2006，（7）：11-13

作者简介：向文浩（1996.10-），男，重庆市人，本科，学生，无机非金属材料工程。