再生粗骨料品质和取代率对再生混凝土收缩性能的影响

韩 帅，李秋义，张修勤，孔 哲，莫 建

(青岛理工大学 土木工程学院，山东 青岛 266033)

再生粗骨料品质和取代率对再生混凝土收缩性能的影响

韩 帅，李秋义，张修勤，孔 哲，莫 建

(青岛理工大学 土木工程学院，山东 青岛 266033)

采用再生粗骨料取代天然粗骨料(取代率φz=0，50%，100%)，研究再生粗骨料品质和取代率对再生混凝土收缩性能的影响。结果显示:简单破碎再生粗骨料混凝土的收缩率随着φz的增大而增大，与普通混凝土相比，60 d收缩率增大14.8% ～55.8%，即收缩性能劣于普通混凝土;一次颗粒整形再生粗骨料混凝土的收缩率随着φz的增大变化很小，其收缩性能与普通混凝土接近;二次颗粒整形再生粗骨料混凝土的收缩率随着φz的增大而减小，与普通混凝土相比，60 d收缩率减小了2.8% ～14.6%，即收缩性能优于普通混凝土。

简单破碎 颗粒整形 再生粗骨料 再生粗骨料混凝土 收缩性能

再生粗骨料混凝土是指以再生粗骨料部分或全部取代天然粗骨料的混凝土［1］。与普通混凝土相比，废弃混凝土来源广泛，组分复杂，性能差异较大，再生粗骨料品质的差异导致再生混凝土收缩变化规律波动较大。李秋义等［2-4］研究表明，与简单破碎再生粗骨料相比，颗粒整形提高了再生粗骨料的品质，提高了再生粗骨料混凝土的力学性能。力学性能的改善，相应地改善了混凝土的微观结构，从而有利于混凝土耐久性能的提高和收缩性能的改善。

本文根据规范《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177—2010)，将废弃混凝土经简单破碎、一次颗粒整形和二次颗粒整形后分别制得Ⅱ类、准Ⅰ类和Ⅰ类再生粗骨料，并测试了再生粗骨料不同品质和取代率对混凝土收缩率的影响。

1 试验

1.1 试验原材料

水泥为青岛山水水泥厂生产的P·O42.5R普通硅酸盐水泥;细骨料采用天然砂，为Ⅱ级河砂，级配良好，符合规范《建设用砂》(GB/T 14684—2011)的相关要求;天然粗骨料为崂山产5～25 mm连续级配的花岗岩碎石，符合规范《建设用卵石、碎石》(GB/T 14685—2011)的相关要求;再生粗骨料为简单破碎再生粗骨料(SBA)、一次颗粒整形再生粗骨料(FA)和二次颗粒整形再生粗骨料(SA)，具体性能指标见表1;减水剂为江苏博特高效聚羧酸减水剂，减水率为30%;水为自来水，符合规范《混凝土用水标准》(JGJ 63—2006)的相关要求。

表1 再生粗骨料性能指标

1.2 试验方法

根据《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177— 2010)、《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55—2011)和《混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082—2009)，确定混凝土原材料及配合比，研究3种不同品质再生粗骨料和3种不同取代率(φz=0，50%，100%)对再生粗骨料混凝土收缩性能的影响。

本试验采用砂率为40%，减水剂为胶凝材料用量的1.2%，通过调整控制坍落度在160～200 mm确定用水量，试验配合比如表2所示。参照GB/T 50082— 2009，测试混凝土收缩率，研究再生粗骨料不同品质和取代率(φz=0，50%，100%)对再生粗骨料混凝土收缩性能的影响。

表2 再生粗骨料混凝土试验配合比

2 试验结果分析

2.1 不同品质再生粗骨料对再生混凝土收缩性能影响

不同品质再生粗骨料对再生混凝土收缩性能影响分别如图1、图2所示。其中NA为普通混凝土。由图可知，再生粗骨料混凝土收缩性能为:二次颗粒整形再生粗骨料混凝土＞一次颗粒整形再生粗骨料混凝土＞简单破碎再生粗骨料混凝土;一次颗粒整形再生粗骨料混凝土收缩性能接近普通混凝土。

图1 水泥用量为350 kg/m3时不同品质再生粗骨料混凝土收缩率曲线

图2 水泥用量为450 kg/m3时不同品质再生粗骨料混凝土收缩率曲线

以图1为例，当φz=50%时，与简单破碎再生粗骨料混凝土60 d收缩率相比，一次颗粒整形再生粗骨料混凝土的60 d收缩率减小了27.3%，二次颗粒整形再生粗骨料混凝土的60 d收缩率减小了35.8%;当φz=100%时，一次颗粒整形再生粗骨料混凝土的60 d收缩率减小了35.0%，二次颗粒整形再生粗骨料混凝土的60 d收缩率减小了44.9%。

混凝土收缩是由水泥水化反应产生的自发收缩、水泥水化物与空气中的二氧化碳反应产生的碳化收缩和混凝土内部水分消失引起的干燥收缩3部分组成［5］。与普通混凝土相比，简单破碎再生粗骨料混凝土收缩率较大主要是由碳化收缩和干燥收缩引起的。

混凝土在相对湿度60%的环境中，毛细孔中水的蒸发引起毛细孔负压，并产生混凝土内负压，从而引起混凝土收缩;而后水泥浆中胶凝质点间的吸附水消失，无法平衡胶凝质点间的分子引力，从而进一步导致混凝土收缩。简单破碎再生粗骨料孔隙率高，表面附着水泥砂浆，内部存在大量的微裂缝，降低了再生混凝土结构内部的致密性，使其内部结构变得更加疏松，增加了失水通道，并降低了骨料对毛细孔的阻隔作用，从而加剧了干燥收缩。同时这些因素还导致了简单破碎再生粗骨料混凝土界面区内水化产物疏松多孔，形状不规则，孔隙率较高，更利于二氧化碳的渗透，其碳化收缩较大。在混凝土内部，骨料对水泥石的收缩起约束作用，骨料所能提供的约束力由骨料的弹性模量决定。简单破碎再生粗骨料的弹性模量大大低于天然粗骨料，这是简单破碎再生粗骨料混凝土收缩率较大的另一个主要原因。

颗粒整形处理将再生粗骨料的老界面过渡区剥除，使再生粗骨料表面微裂缝减少，外观圆滑，剥离了表面的水泥砂浆。随着再生粗骨料品质的提升，再生粗骨料的各项性能得到明显改善，提高了再生粗骨料的弹性模量，提升了粗骨料对毛细孔的阻隔作用，显著提升了再生粗骨料对再生混凝土收缩的约束作用，并减小了干燥收缩;颗粒整形消除了再生混凝土孔隙率高和界面区疏松多孔的缺陷，显著降低了再生混凝土的孔隙率，减小了碳化收缩。

2.2 不同取代率对再生粗骨料混凝土收缩性能影响

不同再生粗骨料取代率对再生混凝土收缩性能影响如图3～图5所示。由图可知，随着再生粗骨料取代率的增大，简单破碎再生粗骨料混凝土的收缩率呈增大趋势;二次颗粒整形再生粗骨料混凝土的收缩率呈减小趋势;一次颗粒整形再生粗骨料混凝土的收缩率与普通混凝土接近。

在混凝土中，毛细孔和凝胶孔的孔径＜10 μm，孔径＞10 μm的孔隙主要是由引气剂和混凝土制作过程中卷入的空气产生的。随着简单破碎再生粗骨料取代率的增加，孔径＞10 μm和孔径＜10 μm的孔隙的含量均呈增加趋势［6］。随着简单破碎再生混凝土中的毛细孔和凝胶孔孔隙率的增加，再生混凝土的孔隙率和失水通道也增加，相应地加剧了再生混凝土的碳化收缩和干燥收缩。

图3 简单破碎再生粗骨料取代率对再生混凝土收缩性能的影响

图4 一次颗粒整形再生粗骨料取代率对再生混凝土收缩性能的影响

图5 二次颗粒整形再生粗骨料取代率对再生混凝土收缩性能的影响

水胶比是反映混凝土密实度的一个重要指标，水胶比越大，包围水泥颗粒的水层就越厚，水在水泥石中形成相互连通、不规则的毛细孔系统，混凝土中孔隙形成与水分的蒸发有很大关系，水分蒸发形成失水通道。随着失水通道不断地加深，孔内负压不断增大，混凝土的收缩力也相应增加，促使混凝土干燥收缩;当单位体积混凝土的水泥用量相同时，水胶比越大则收缩越大［7］。

简单破碎再生粗骨料表面附着旧水泥浆和微粉，活性较小，含泥量和泥块含量均高于天然粗骨料。另外，再生粗骨料具有多孔性和高吸水性，天然粗骨料的吸水率为0.5% ～2%，再生粗骨料高达5% ～20%。由于再生粗骨料的上述缺陷，在控制相同的坍落度条件下，随着取代率的增大，简单破碎再生粗骨料混凝土用水量随之增大，引起水胶比逐渐增大。不同再生粗骨料取代率对再生混凝土水胶比影响如图6所示。

图6 再生粗骨料取代率对再生混凝土水胶比的影响

由图6(a)可知，当φz=50%时，简单破碎再生粗骨料混凝土的水胶比增大了0.4% ～7.3%;当 φz= 100%时，简单破碎再生粗骨料混凝土的水胶比增大了2.9% ～11.9%。因此，随着φz的增大，水胶比逐渐增大，简单破碎再生粗骨料混凝土的收缩率呈增大趋势。

经过颗粒整形后，再生粗骨料剥离了表面的水泥砂浆，粒形更加圆滑。由表1可知，经过颗粒整形，再生粗骨料的含泥量、泥块含量和吸水率逐渐降低。在控制相同的坍落度条件下，随着取代率的增大，一次颗粒整形再生粗骨料混凝土所需的用水量与普通混凝土接近;二次颗粒整形再生粗骨料混凝土所需的用水量减少，相应地引起水胶比的减小。

由图6(b)可知，当φz=50%时，一次颗粒整形再生粗骨料混凝土的水胶比分别减小了3.9% ～8.8%;当φz=100%时，一次颗粒整形再生粗骨料混凝土的水胶比分别减小了－0.2% ～2.9%。因此，随着φz的增大，水胶比变化较小，一次颗粒整形再生粗骨料混凝土的收缩率与普通混凝土接近。

由图6(c)可知，当φz=50%时，二次颗粒整形再生粗骨料混凝土的水胶比分别减小了5.4% ～8.1%;当φz=100%时，二次颗粒整形再生粗骨料混凝土的水胶比分别减小了5.8% ～12.4%。因此，随着φz的增大，水胶比逐渐减小，二次颗粒整形再生粗骨料混凝土的收缩率呈减小趋势。

3 结论

1)简单破碎再生粗骨料混凝土收缩性能最差，劣于普通混凝土;一次颗粒整形再生粗骨料混凝土收缩性能接近普通混凝土;二次颗粒整形再生粗骨料混凝土收缩性能最好，优于普通混凝土。

2)简单破碎再生粗骨料混凝土的收缩率随着取代率的增大而增大;一次颗粒整形再生粗骨料混凝土的收缩率随着取代率的增大变化较小;二次颗粒整形再生粗骨料混凝土的收缩率随着取代率的增大而减小。

3)与简单破碎再生粗骨料混凝土相比，颗粒整形再生粗骨料混凝土用水量较小，保水性和黏聚性较好，这些都有利于提高再生粗骨料混凝土的收缩性能。

［1］李秋义，全洪珠，秦原.混凝土再生骨料［M］.北京:中国建材工业出版社，2011.

［2］李秋义.建筑垃圾资源化再生利用技术［M］.北京:中国建材工业出版社，2011.

［3］毛高峰，李艳美，万莹莹，等.颗粒整形对再生粗骨料混凝土工作性的影响［J］.混凝土，2008(7):66-68.

［4］李秋义，朱亚光，高嵩.我国高品质再生骨料制备技术及质量评定方法［J］.青岛理工大学学报，2009，30(4);1-4.

［5］肖瑞敏，张雄，张小伟，等.混凝土配合比对其干缩性能的影响［J］.混凝土，2003(7):38-41.

［6］张金喜，张建华，邬长森.再生混凝土性能和孔结构的研究［J］.建筑材料学报，2006，9(2):142-147.

［7］张健，杜辉，张财，等.矿物掺合料和再生骨料对混凝土的收缩性能的影响［J］.青岛理工大学学报，2009，30(4):145-149.

Influence of quality and substitution rate of recycled coarse aggregate on shrinkage of regenerating concrete

HAN Shuai，LI Qiuyi，Zhang Xiuqin，Kong Zhe，MO Jian
(School of Civil Engineering，Qingdao Technological University，Qingdao Shandong 266033，China)

T he paper takes recycled coarse aggregate(rather than natural aggregate，with the substitution rate φzstands at 0，50%and 100%)as the study object and looks into the influence of its quality and substitution rate to the shrinkage performance of regenerating concrete.T he results indicate that the shrinkage rate for concrete of merely crushed aggregate goes up with the increase of φz.T he shrinkage performance delivered fails to outshine that of ordinary concrete，as the rate for a 60 d period varies within a range of 14.8% ～55.8%.In regard to concrete of re-profiled primary particle，the shrinkage rate shows only slight changes as φzgoes up，in other word its performance comes closer to that of the ordinary concrete.By contrast，concrete of re-profiled secondary particle displays a decline in shrinkage rate with the increase of φz，meaning that the sample outperforms the ordinary sample in comparison.W ithin a period of 60 d，the shrinkage rate drops by a margin of 2.8% ～14.6%.

M ere crush;Particle re-profile;Recycled coarse aggregate;Regenerating concrete;Shrinkage performance

TU528.041

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.11.40

(责任审编 周彦彦)

2015-03-20;

:2015-05-28

国家自然科学基金项目(51378270，51208272)

韩帅(1990— )，男，硕士研究生。

1003-1995(2015)11-0142-05