再生骨料强化处理及其混凝土力学性能研究

王新 李基恒 田小风 罗欢

摘要：文章针对再生骨料在生产破碎过程中会导致再生骨料受压破坏、针片状含量高、吸水率大等问题，提出了对再生骨料采取不同的强化方案研究，采用一种先表面包裹掺矿物掺合料的水泥浆液，然后在负压环境下经水玻璃溶液深层浸渍的强化方案，对再生骨料进行颗粒整形和骨料改性，并对比再生骨料强化前后对再生骨料混凝土物理性能的影响，以此来提高再生骨料在高强再生混凝土应用的利用率。结果表明：再生骨料强化后其物理性能得到明显改善，再生骨料混凝土的抗折强度提高18%，抗压强度提高31%。

关键词：再生骨料;力学性能;强化

0 引言

随着社会建设的高速发展，无论在房屋建设还是交通建设，废弃物的急剧增加已经成为现代化建设可持续绿色发展中亟待解决的难题[1]。利用建筑废弃物作为骨料制备再生骨料，一方面可减少天然砂石骨料的使用量，保护山体植被;另一方面，消耗大量的建筑垃圾以保护环境[2]。由于再生骨料在生产过程中受挤压破坏，存在针片状含量高、强度较低、吸水率高等特点，需强化处理后才可投入使用。目前，再生骨料强化多采用“单一强化”，而且多限于强化骨料的表面。王海超[3]等人通过配制不同的水泥浆液对骨料进行包裹强化;周明星[4]利用水玻璃溶液对再生骨料进行浸渍强化。结果表明，单一强化再生骨料在一定程度上可以提高再生骨料的强度，使吸水率降低，但是对混凝土的强度提高幅度较小。本文在“单一强化”的基础上深入研究再生骨料的强化机理，提出一种先表面包裹后深层浸渍的复合强化方案。

1 试验方案

1.1 原材料

再生骨料：来源于广西南宁某市政路段，经废弃混凝土人工破碎、筛分而成。其基本性能见下页表1，使用粒径范围为5～31 mm。水泥：采用P·O42.5级水泥;超细硅灰：比表面积为19.827 m2/g，SiO2含量≥90%;Ⅱ级粉煤灰：粉磨后比表面积为1.367 m2/g;减水剂：采用聚羧酸高效减水剂，减水率为25%;苯丙乳液：固含量为46%，最低成膜温度为23 ℃;水玻璃：模数为3.34，密度（20 ℃）为1.387 g/cm3;聚乙烯醇：山西三维集团生产。

1.2 试验方法

1.2.1 胶凝材料浆液包裹

将水泥与矿物掺合料按比例混掺得到复合胶凝材料，不同试验方案见表2，配制水胶比为0.2的水泥浆液，然后将预湿处理的再生骨料浸没在水泥浆液中。在水泥初凝前，每隔10 min进行离心搅拌60 s，使骨料表面的气泡排出充分吸收浆液，重复操作3次。然后，取出再生骨料并筛除多余浆液。最后，将再生骨料置于加速养护箱中，在60 ℃环境下养护6 h，完成后烘干备用。根据《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2010）测定再生骨料的基本性能。

1.2.2 化学浸渍

在1.2.1基础上，将水泥浆液包裹处理后的再生骨料置于真空室中，在负压环境下使骨料孔隙中的空气排尽。然后配制以水为溶剂，以浓度为1 mol/L的水玻璃溶液和1 mol/L的聚乙烯醇为溶质配制浸渍溶液，并将其引入真空室中，浸渍再生骨料1 h。最后，取出再生骨料烘干备用。

1.2.3 制备混凝土试件

采用原始的再生骨料和经强化处理的再生骨料制备再生骨料混凝土，并测定其基本力学性能。基本配合比为：骨胶比为3.7，水胶比0.32，减水剂掺量为0.2%。由于再生骨料的吸水率较大，为使混凝土的水灰比保持不变，对再生骨料进行预湿处理，以达到饱和面干状态为宜。试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，搅拌工艺采用“水泥裹石法”，成型方式为静压成型，在标准环境下进行养护。

2 试验结果与分析

2.1 胶凝材料强化对再生骨料物理性能的影响

利用矿物掺合料的颗粒形态，发挥火山灰效应和形态效应等作用机理，将其有效填充到再生骨料的微裂缝及微孔中，并改善其物理性能。不同的试验方案见表3。

由表3可知，不同方案配制的水泥浆液均可在一定程度上改善再生骨料的性能，压碎指标和表观密度均得到改善，骨料吸水率降低。在进行水泥浆体包裹强化后，再生骨料表面形成一层“硬壳”，针片状颗粒含量明显降低;将微粉颗粒填充到再生骨料表面孔隙和微裂缝中，会发生水化反应增强骨料，但是由于浆体本身的吸水率较高，故对再生骨料的吸水率影响较小。其中，A5组水泥外掺硅灰、粉煤灰配制的水泥浆液压碎指标降低了23%，增强效果最佳。

2.2 复合强化对再生骨料物理性能的影响

在水泥浆液强化的基础上，利用化学溶液对其进行“二次强化”。取A5组为对照组，选用不同浓度的水玻璃溶液和聚乙烯醇溶液浸渍再生骨料，试验结果见表4。

根据试验结果可以明显看出，化学浸渍可进一步降低再生骨料的吸水率和压碎指标。通过试验确定采用水玻璃与聚乙烯醇溶液混合，浸泡时间1 h，强化得到的再生骨料性能最佳。原因在于，水泥浆液在离心搅拌作用下被填充到再生骨料的微裂缝和较大的孔隙结构当中。复合水泥浆体在硬化过程中发挥矿物掺合料的火山灰效应和微集料效应等作用机理，水化产物交织充填在骨料微裂缝中，并在骨料外表面形成一个结构致密的“水泥壳”，厚度约为70～100 μm，显著改善了再生骨料的结构粒形和强度并降低了再生骨料的针片状含量。另一方面，在真空环境下，水玻璃溶液渗透骨料表面的“水泥壳”，利用水玻璃由液相到固相的相变过程，并且凝结硬化，析出的硅酸钙凝胶体能够填充堵塞再生骨料的内部孔隙，使其坚固性得到提高，并且可降低吸水率，固化后可以在其表面形成一层结构致密的“玻璃质膜”。

3 再生骨料强化处理对再生骨料混凝土力学性能的影响 将强化后的A5、A6、A7组再生骨料制备透水混凝土，以“体积填充法”进行配合比设计，再生骨料采用50%取代法，水灰比为0.3，减水剂掺量为0.2%。其测试结果见表5。

根据再生骨料强化前后对再生骨料混凝土的影响，强化后的再生骨料可以提高混凝土的强度。其中，A7组水玻璃溶液强化后的再生骨料混凝土强度增长最明显，抗折强度达到9.2 MPa，抗压强度达到62.7 MPa，与空白组相比，同比增长了18%和31%。

再生骨料混凝土的力学性能不仅取决于骨料之间的机械咬合力，而且还取决于再生骨料的强度。主要从以下两个方面影响再生混凝土的强度：

（1）强化后的再生骨料显著改善了再生骨料混凝土的工作性。水泥浆液包裹再生骨料，可明显改善骨料的颗粒形貌，使再生骨料的针片状含量降低，使骨料间的内摩阻力减小，在成型过程中提高再生骨料混凝土的堆积密度。而且再生骨料吸水率的降低，可以使拌和过程中水灰比保持不变，有效改善再生骨料混凝土的工作性，提高其流动性。

（2）再生骨料混凝土的强度主要依赖于骨料之间的机械咬合力以及接触点处的黏结力。再生骨料强化后，颗粒形貌趋近于球形，骨料之间接触面增大，减少应力集中的现象发生，从而有效增强骨料之间的机械咬合力。

4 结语

（1）采用水泥复合胶凝材料浆液对再生骨料表面进行处理，可大幅降低再生骨料的针片状含量，并降低再生骨料吸水率。

（2）通过化学浸渍强化再生骨料，起到修复再生骨料内部裂纹的效果，增强再生骨料的坚固性。

（3）经强化处理后的再生骨料混凝土的抗折强度提高了18%，抗压强度提高了31%，可用于配制高强再生骨料混凝土，从而提高再生骨料在高强再生骨料混凝土领域的利用率。

参考文献：

[1]陈尚权，高越青，梁超锋，等.透水再生骨料混凝土研究进展[J].硅酸盐通报，2020，39（1）：150-156.

[2]肖力光，张 雪，王思宇.再生骨料混凝土及性能的研究[J].吉林建筑大学学报，2016，33（3）：27-30.

[3]王海超，陈 晨，夏玉峰.再生骨料强化作用的机理试验研究与分析[J].混凝土，2017（12）：95-98.

[4]周明星，房 棟.再生混凝土强化技术研究分析[J].河南城建学院学报，2019，28（6）：48-54.

收稿日期：2020-05-27