再生骨料的改性研究现状

再生骨料的改性研究现状

吕彦钊,田京,王胜广

山东协和学院    山东济南   250200

【摘 要】再生骨料透水混凝土是使用再生骨料取代(或部分取代)天然骨料制备而成的透水混凝土,其强度、透水率以及耐久性研究对发展和推广再生骨料透水混凝土技术,建立资源节约型、环境友好型社会有着重大意义。再生骨料透水混凝土作为一种绿色低碳建筑材料,其环境效益突出。再生骨料透水混凝土具有良好的社会经济价值,越来越受到人们的关注,也将成为混凝土行业未来发展的方向。文章主要综述了再生骨料的改性对混凝土强度的影响以及再生骨料目前存在的问题。

【关键词】再生骨料;透水混凝土;透水率

引言：随着国家大力推广绿色建筑理念，近年来建筑垃圾的变废为宝逐渐成为了国内热点话题和科研热点，建筑垃圾主要是废旧建筑物和新建建设施工过程的垃圾。与另外城市垃圾对比，建筑垃圾有量大、无毒无害和可资源化率高的特点。我国建筑垃圾产量一般为城市垃圾总量的30%~40%。绝大多数建筑垃圾是可以作为再生资源重新利用的。周文娟[1]等对我国建筑垃圾的可再生利用提出了对策。在降低建筑垃圾数量的同时，实现建筑垃圾的无用到有用成为妥善处置建筑垃圾的重点要素。将用建筑垃圾中的废混凝土经破碎、筛分而制成的再生骨料就是最为妥善的方法。

一、再生骨料的获取

目前较为普遍的获得高品质再生骨料的方法主要有机械研磨与湿处理。

1.1 机械研磨 利用机械设备对前期破碎得到的粒径较大的再生骨料做进一步破碎处理，通过再生骨料自身或与外界研磨体之间的相互撞击、研磨、循环研磨等作用，去除表面附着的硬化水泥砂浆和改善颗粒表观形貌。日本研发的立式偏心装置研磨法、卧式回转研磨法和加热研磨法，均能有效的剥离粘附在骨料表面的硬化水泥砂浆，磨掉骨料上突出的棱角，提升再生骨料的性能。

1.2 湿处理法 目前,湿处理法也是常用的提高再生骨料强度的有效方法。将再生骨料浸泡或者涂抹相应试剂,可以粘合大部分再生骨料表面的裂纹和空隙,或是通过化学的方法,使试剂与骨料胶结层中的物质反应,去除骨料表面的浆体层。常见的化学浆液有:水泥外掺 Kim粉、有机硅防水剂、水玻璃溶液、水泥外掺一级粉煤灰、石灰、石粉等[2]。

二、再生骨料的改性

2.1 再生骨料颗粒级配的选择

经过张萍等学者的试验研究发现10～15 mm的粒径试样透水性最好。首先,由于再生骨料的粒径越小,相对试样内部孔隙越小且分布更加均匀,水流与试样内部的接触面积增大,导致水流受到的粘滞阻力增大,减弱了水透过的能力。与此同时,过大的粒径虽然连通孔数量增多,但同时使得孔隙率增大,骨 料与骨料间接触面积减小,会导致强度明显下降。所以, 增大目标孔隙率和再生骨料粒径会使试样透水 能力提高但强度降低。经过反复实验, 对比实验数据,综合考虑强度和透水率两个指标,认为选择粒径比为5～10 mm∶10～15 mm=1:1 的复合级配为最佳配合比[3]。

2.2 再生骨料品种的混合与配比

在骨料的选择方面,任艺楠学者经过研究发现, 掺加再生红砖和再生混凝土混合骨料一定配比(再生 红砖掺量为15%、砂率 6%、水灰比0.25、骨料粒径为5～20mm)后,也能使得再生骨料透水混凝土各方面性能达到更优状态[4]。

2.3 再生骨料取代率 研究发现,透水混凝土孔隙率和透水性能随着再生骨料的增加呈先减后增的变化趋势,其中,取代率为40%时,混凝土的孔隙率最小;随着再生骨料的不断增加,混凝土的透水系数呈先减后增的变化趋势,再生骨料的增加能增大混凝土孔隙率,进而能增强混 凝土的透水性能;适宜的再生骨料取代率可有效增强混凝土的抗压强度[5]。而具体多少取代率时可以使再生骨料透水混凝土的强度和透水率平衡权重达到最佳状态,仍需根据具体情况和要求进行针对性研究。

2.4 加入矿物掺合料(再生微粉)

改善混凝土性能的另一个技术手段是加入矿物掺合料。活性矿物掺和料可与水泥水化产生的氢氧化钙结合,促进二次水化反应,生成C-S-H 胶凝体,同时掺合料可填充内部空隙,可以增加密实度。另外,利用再生微分取代部分水泥也有利于节约成本。

2.5 最佳水灰比

佟钰[6]等将水灰比、集料粒径等对再生透水混凝土强度与透水性的影响规律进行了研究，结果表明在确定颗粒级配的情况下，水灰比在0.38-0.41的范围内时再生透水混凝土具有较好的透水性和较高的强度。并分析认为透水混凝土的透水性能提高而强度下降是由于混凝土孔隙率的增加、受力时再生骨料内部缺陷及细微裂纹开展造成的。

2.6 孔隙率的影响

边亚东[7]等采用单一粒径制备无砂多空再生混凝土，通过对有效孔隙率、力学性能的测定结果表明：随着目标孔隙率的增大和骨料粒径的增大，再生透水混凝土透水系数增大，而水灰比的小幅度变化对透水系数的影响相对较小。

三、存在的问题

目前,再生骨料透水混凝土在许多方面仍然存在争议,除以上所提到的内容以外,仍存在以下问题有待解决。

（1）对于再生骨料的改性和强化,大致可以划分为物理和化学的方法, 而物理方法存在机械能损耗大、改性效率低等不足,化学方法也存在不环保、成本高等问题[8]。

(2)掺加硅粉、增加胶结层厚度等方法虽能有效提高再生骨料透水混凝土的强度,但同时密实度也会增加,从而导致孔隙率下降，透水率下降。

（3）如何取舍并选择取代率,是有必要针对具体要求和客观环境进行研究的方面。

(4)目前需要一种能够有效提高有效孔隙率的方法,来保证在强度不变的情况下,提高透水混凝土的透水率。

(5)再生骨料透水混凝土的耐久性通常不如天然骨料透水混凝土,如何减少单位时间内再生骨料透水混凝土的损耗率也是目前有待解决的一个问题。

四、总结

通过对以上再生骨料的改性、强化方法和再生骨料透水混凝土的研究现状介绍,可以得出以下结论：

（1）再生骨料的颗粒级配、骨料混合种类以及透水混凝土中再生骨料的取代率、水灰比等均能取得相对稳定并且兼顾强度和透水率的数值。对于再生骨料透水混凝土的一些有关规范还需要完善,以便为以后 工程实例提供依据。

(2)矿物掺合料及混凝土外加剂对于再生骨料透水混凝土的强度有很大提高。另外,从长远的角度出发,新兴高品质建筑材料的普遍应用,使得我们可以选择尝试更多高性能材料来提高混凝土的品质。

(3)再生骨料透水混凝土经济成本较高。寻求简单可行的有效制备和改性方式,进一步降低其成本,使其成为极具普遍推广应用价值的绿色建材是非常有必要的。

(4)国内对于再生骨料透水混凝土的相关标准和要求仍不够完善。建议加快建立完善的相关标准,以推动再生骨料透水混凝土技术在土木工程领域的应用。

【参考文献】

[1]周文娟，陈家珑，路宏波.我国建筑垃圾资源化现状及对策[J].建筑技术，2009，40（8）：741-744.

[2]李亚可.二氧化碳强化再生骨料改进其性能的研究[D].长沙:湖南大学.

[3]张萍,陈景,兰聪,等.再生骨料透水混凝土性能研究[J].四川建材 2019(45):1-10.

[4]任艺楠,朱亚光,张楸雨.再生骨料透水混凝土力学性能和透水性能 的试验研究[J].低温建筑技术 2019(10):16-18.

[5]孙阳阳,黄勇程,张竹松.高强度再生骨料透水混凝土的制备[J].山西 建筑,2019(16):92-94.

[6]佟钰，赵立，马鹏毅，等.再生粗集料透水混凝土的力学强度与透水性能研究[J].混凝土，2017，（9）：61-63，68.  

[7]边亚东，洪诚，孙光林，等.再生粗骨料无砂多孔混凝土透水性能试验研究[J].混凝土，2018，（11）：145-147，151.

[8]甘福,周脉席,濮琦.再生粗骨料及再生混凝土性能研究进展混凝土 与水泥制品[J].混凝土与水泥制品,2018(9):102-107

项目来源：大学生创新创业训练计划项目（202113324468），山东协和学院大学生实验室开放项目（2022SYKF09)