再生粗骨料强化预处理对再生混凝土基本力学性能影响研究

翁志英

（福州职业技术学院，福建 福州 350000）

通过观察发现，天然骨料表面密实无孔隙，骨料质量好，而再生骨料表面的水泥浆中有大量的孔隙和微裂纹，结构疏松，表面附着大量的粉尘颗粒，骨料质量明显差于天然骨料。由于再生骨料的上述缺陷，导致其表观密度和堆积密度比天然骨料低5%～10%，压碎指标比天然骨料大，含水率和吸水率都相对较大，渗透系数大，且新拌制的再生混凝土流动性比普通混凝土差，塌落度降低。研究数据表明，再生混凝土的基本力学性能相对于普通混凝土有所降低。覃银辉指出，再生混凝土的抗压强度降低了9%；抗拉强度降低了7%；抗压弹性模量降低了27.5%；抗拉弹性模量降低了34.37%。宋灿指出，当再生粗骨料取代率为100%，再生混凝土的抗压强度降低幅度为15%，劈裂强度降低幅度为21%。鉴于再生骨料的上述缺陷，目前主要是用来配制中低强度的混凝土。因此，再生骨料的强化就成为当今的重要研究课题之一。目前国内外主要采用湿处理法、物理方法和化学方法强化再生粗骨料，而本文主要采用纯水泥浆液、水泥外掺10%硅粉浆液、水泥外掺10%Ⅱ级粉煤灰浆液和聚乙烯醇溶液四种化学浆液浸泡法强化预处理再生粗骨料，探讨了预处理方法对再生骨料的基本特性及再生混凝土的流动性能和基本力学性能的影响。

一、强化试验机理

1.纯水泥浆液（水灰比为1.0%）：水泥浆液将再生骨料本身的孔隙和微裂纹黏合或与骨料中的某些成分（原混凝土中水泥水化生成物Ca（OH）2、SiO2·3H20等）反应的生成物填充孔隙。

2.水泥外掺10%硅粉浆液（水灰比为1.0%）：SiO2是硅粉的主要成分，硅粉粒径范围是0.07～0.2μm之间，水泥颗粒粒径范围是7～200μm，前者比后者小两个数量级。硅粉能充填于水泥颗粒间，使水泥石具有更致密的结构，提高界面黏结强度。用水泥与硅粉的混合浆液浸泡再生骨料,混凝土内的钙、镁会与SiO2发生反应，常温下能产生一种非溶解性晶体，填充内部细小孔隙。

3.水泥外掺10%Ⅱ级粉煤灰（水灰比为1.0%）：粉煤灰的粒径范围为1～100μm，除了能均匀分布在水泥颗粒间，提高水泥石结构的密实性外，还能与水泥水化产物发生反应，生成水化硅酸钙凝胶，提高黏结力。

4.聚乙烯醇溶液（浓度为10%）：聚乙烯醇溶液具有一定的黏性,能够填补再生骨料的微裂纹和孔隙，并且能够在再生骨料表面形成一层具有黏性的白色透明薄膜。

二、试验原材料

1.强化试验原材料

（1）水泥：福建省顺昌水泥厂生产的炼石牌42.5普通硅酸盐水泥（OPC）；（2）硅粉：巩义市康泰物资贸易有限公司“天晟”牌优质微硅粉；（3）粉煤灰为长乐江阴电厂生产的Ⅱ级粉煤灰；（4）聚乙烯醇（PVA）：上海丞邦化工科技有限公司1799型号聚乙烯醇。

2.骨料

（1）再生粗骨料：由平均强度为C30的实验室废弃混凝土试块在三明磐石混凝土有限公司破碎得来；（2）细骨料：闽江中砂，细度模数为2.75；（3）天然粗骨料：质地致密的坚硬、级配良好的碎石，表观密度为2596kg/m3。

3.水泥和粉煤灰

（1）水泥：福建省顺昌水泥厂生产的炼石牌42.5普通硅酸盐水泥（OPC）；（2）粉煤灰：福建厦门嵩屿电厂生产的Ⅰ级粉煤灰，比表面积为2600m2/kg，表观密度为2200kg/m3。

4.减水剂和水

（1）减水剂：福建省建筑科学研究院生产的聚羧酸高效减水剂，推荐掺量为胶凝材料用量的1.5%，减水率可达15%～20%；（2）水：福州市普通饮用水。

三、再生粗骨料的强化

1.再生骨料强化处理配合比设计

再生骨料本身的吸水率较大，所以化学浆液水胶比不能太低。若水胶比过低，浆体的黏度大，不利于骨料吸收浆体；若水胶比过高，则会影响结石率（结石体与浆液体积之比），影响再生骨料抗压强度的增长，从而达不到强化处理的目的。因此，本文设计了表1强化预处理试验的配合比。

2.强化试验步骤

（1）仔细称量已算好的胶凝材料用量和用水量，并充分搅拌调匀成浆液。

表1 再生骨料强化处理配合比设计

（2）把再生骨料倒入敞口盆中；再将配置好的化学浆液倒入敞口盆中，注意浆液要浸没再生骨料，且一定时间间隔内要搅拌再生骨料和浆体，以防止浆液的过早凝结而导致强化不彻底。

（3）待纯水泥浆液、水泥外掺粉煤灰浆液和水泥外掺硅粉浆液到达初凝状态时、聚乙烯醇（PVA）溶液浸泡48h后，捞出、沥干再生骨料，将再生骨料置于室内通风阴凉处自然风干1d，在风干的过程中，要不断地翻动，防止骨料黏结成团。

注意：浆液配制时，计量一定要准确；浆液配制时加料的顺序是先加水，在搅拌的情况下再加入水泥，以免浆液凝结成团。

3.强化后再生骨料的基本特性

将风干后的再生骨料按规定的级配进行筛分称量，再进行各项物理特性试验和压碎指标试验，各项测试试验均按天然骨料混凝土的方法进行测试；含水率、吸水率以及表观密度采用5～20mm的再生骨料，骨料浸水饱和时间为24小时；烘箱温度保持（105±5）℃。除未处理的再生骨料外，其他经化学浆液强化的再生骨料经同条件养护28天并自然风干后，再进行压碎指标测试，压碎指标采用（10～20）mm的再生骨料。

试验结果表明，与未强化的再生骨料相比，强化处理后的再生骨料表观密度均有所增加，主要是由于浆液填充了再生骨料表面孔隙和裂缝，其中水泥浆液强化效果最为明显，水泥外掺粉煤灰浆液次之；含水率和吸水率除聚乙烯醇浆液强化法有明显降低外，其余强化方法均有不同程度的增大，主要是由于强化后骨料表面又包裹了一层的浆液，而聚乙烯醇溶液强化后会在再生骨料表面形成一层薄膜，薄膜在常温下不溶于水且不吸水，其薄膜层亦会阻当部分水向再生骨料内部渗透；压碎指标均有不同程度的降低，说明强化后骨料本身的强度有所提高。

四、再生混凝土的基本力学性能

1.再生混凝土的配合比设计

采用不同强化品种的再生骨料1003 kg/m3，砂子756 kg/m3，水泥 315 kg/m3，Ⅰ级粉煤灰 135 kg/m3，水 170 kg/m3配置强度为C45的再生混凝土。在试验过程中为了使得再生混凝土的塌落度保持在（180～200）mm,采用聚乙烯醇强化后的再生骨料混凝土减水剂的量采用6.75 kg/m3，其余各组再生混凝土减水剂的量取8.55 kg/m3。为了方便试验结果对比，用未处理的再生骨料配置一组相同配合比的再生混凝土。由减水剂的用量可以发现，聚乙烯醇强化法可以显著地改善再生混凝土的流动性，而其他几种强化方法对再生混凝土的流动性改善效果不明显。

2.再生混凝土的基本力学性能

拌制混凝土时，采用搅拌机进行拌合；立方体抗压强度试验试件采用尺寸为150mm×150mm×150mm试块，弹性模量试验试件采用尺寸为150mm×150mm×300mm试块，分别测定试块在标准养护条件下7d和28d的立方体抗压强度和弹性模量。试验设备采用200吨的液压式压力试验机。试验结果见表2：

表2 再生混凝土的基本力学性能

试验结果表明，本试验所选用的几种预处理方法在不同龄期对再生混凝土的立方体抗压强度和弹性模量起到了一定程度的改善作用，但改善效果有所不同。其中，用水泥外掺硅粉浆液和聚乙烯醇溶液预强化预处理方法对再生混凝土立方体抗压强度和弹性模量提高效果明显；水泥外掺硅粉浆液强化后7d、28d立方体抗压强度提高程度分别为10.8%、14.9%，弹性模量提高程度分别为10.7%、10.9%；聚乙烯醇溶液强化后7d、28d立方体抗压强度提高程度分别为10.6%、11.2%，弹性模量提高程度分别为10.5%、11.0%。其他几种强化方法的改善效果不太明显。

五、结论

1.采用纯水泥浆液、水泥外掺硅粉浆液和水泥外掺粉煤灰浆液强化处理后的再生骨料含水率和吸水率明显增大，表观密度有一定程度的增大，压碎指标有不同程度的降低，其中水泥外掺硅粉浆液强化法改善效果最为明显；采用聚乙烯醇溶液强化后再生骨料的含水率和吸水率明显降低，表观密度稍有增大，压碎指标明显降低。可见，水泥外掺硅粉浆液和聚乙烯醇溶液强化处理再生骨料可有效地提高再生骨料的强度。

2.采用强化后的再生骨料配置再生混凝土时，其中水泥外掺硅粉浆液和聚乙烯醇溶液强化处理的再生混凝土的立方体抗压强度和弹性模量提高效果明显，其余强化方法对再生混凝土的立方体抗压强度和弹性模量提高效果不太明显。本文建议采用水泥外掺硅粉浆液和聚乙烯醇溶液强化预处理方法作为再生混凝土高强化的重要途径。

[1]覃银辉，刘付华，张学兵.再生混凝土基本性能的改善方法[J].中南林业科技大学学报，2010，30（4）.

[2]宋灿，陈爱玖.再生粗骨料对再生混凝土基本性能的影响[J].煤炭技术，2011，30（6）.

[3]黄显智，王子明，姜德义.再生集料混凝土循环利用的试验研究[N].混凝土,2003-10-27.