水玻璃改性废混凝土再生粗骨料对混凝土强度及抗冻性影响试验研究

杨飞华 郝利炜 程海丽

(1.固废资源化利用与节能建材国家重点实验室，北京 100041;2.北京建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100041;3.北方工业大学，北京 100083)

混凝土作为用量最大的人造建筑材料对自然资源的消耗及对环境造成的负面影响早已引起了人们的广泛关注。将废弃混凝土加工为再生骨料用以制作再生骨料混凝土是解决以上问题的科学和有效的途径。但与天然骨料相比，由于再生骨料表面包裹着相当数量的水泥砂浆，加之混凝土块在解体、破碎等过程中由于损伤积累等使再生骨料内部存在大量微细裂纹，这些因素都使再生骨料具有孔隙率高、吸水性大、强度低等特征，因此，用部分或全部再生骨料配制的再生混凝土的强度与用天然骨料配制的同配比混凝土相比有不同程度的下降，尤其是配制中高强度的混凝土时，再生骨料的低强度特性将使所配制的再生混凝土有明显的下降［1］，国内已有不少文献［2-5］报导了对再生骨料的强化试验研究工作，并取得了一定的效果，但所用改性剂主要为水泥基复合材料，存在凝结硬化慢等缺点，文献［6］研究表明，用浓度为5%的水玻璃浸泡混凝土再生骨料1h 时，可使得再生骨料混凝土的抗压强度得到提高，浓度超过5%时，不同龄期和浸泡时间时强度均存在下降趋势，说明再生混凝土的强度与水玻璃的浓度有着密切的关系，但对于混凝土这种工程中重要的结构材料来说，仅考察强度是不够的，其耐久性更是混凝土应用中极其重要的性能之一，特别是抗冻性的优劣是决定混凝土耐久性的重要方面，因此，本文参考该文献，减小了水玻璃的浓度间隔，研究了水玻璃在低浓度下对再生混凝土强度的影响，并着重考察了水玻璃对再生混凝土抗冻性的影响。

1 原材料

1.1 水泥

强度等级42.5，实测抗折强度6.9MPa，实测抗压强度46.7MPa。

1.2 骨料

混凝土再生粗骨料:粒径为5～30 mm，表观密度为2.6 g/cm3，堆积密度为1350 kg/m3，含水率为2.3%。

细骨料:细度模数为2.6，表观密度为2.5 g/cm3，堆积密度为1565 kg/m3，含水率为0.6%的天然河砂。

1.3 水

自来水。

1.4 水玻璃

模数为3.1，比重为1.22 g/cm3。

2 再生粗骨料的改性处理

分别配制重量百分比为1%、3%、5%、7%的水玻璃溶液，然后将混凝土再生粗骨料于常温下在以上浓度的水玻璃溶液中浸泡1h 后，捞出并晾干备用。

3 再生骨料混凝土的配制、试验及其性能

混凝土拌合物的水灰比为0.56，砂率为32%，采用人工拌和，试件尺寸为100mm ×100mm ×100mm，采用自然养护(温度20℃，相对湿度87%)。

以不同浓度水玻璃溶液浸泡过的再生骨料配制的混凝土试件，养护28d 后，经冻融循环50 次后，测定抗压强度值(表1 中的“冻融后”)，并与对比试件(表1 中的“冻融前”)比较，并计算其强度损失率。

以水玻璃浸泡改性的再生骨料配制的混凝土的配合比及性能如表1 所示。

表1 水玻璃改性再生骨料混凝土的配合比及性能

图1 再生混凝土抗压强度随水玻璃浓度的变化

图2 再生混凝土抗压强度提高率随水玻璃浓度的变化

4 结果与分析

4.1 水玻璃改性混凝土再生骨料对混凝土抗压强度的影响

由表1 及图1、图2 可以看出经过水玻璃浸泡的再生粗骨料配制的再生混凝土强度与用未改性的再生骨料配制的混凝土相比都有不同程度的提高。随着水玻璃浓度的提高，各龄期再生混凝土的抗压强度先是呈现大幅度的提高，随之又呈现下降的趋势，当水玻璃浓度为3%时混凝土的抗压强度增加幅度最高，7d、28d、60d 的抗压强度分别提高了30.6%，27.1%，17.8%。与文献［6］中水玻璃浓度为5%相比(7d、28d、60d 时强度提高率分别为66%，21%，19%)，除7d 之外，28d、60d 强度的提高率基本相当，即，降低水玻璃的成本，仍然可以达到强化再生骨料从而提高再生混凝土强度的目的。

4.2 水玻璃改性混凝土再生骨料对混凝土抗冻性的影响

由表1 可以看出经冻融后的混凝土的强度均有不同程度的下降，这符合普通混凝土的受冻规律，但随着水玻璃浓度的提高，再生混凝土冻融强度损失率越来越降小，这表明加大水玻璃的浓度有益于提高混凝土的抗冻性，原因可能是因为水玻璃(Na2O·nSiO2)硬化时析出的硅酸凝胶，可堵塞再生骨料的毛细孔，从而改善再生骨料孔隙结构;同时因水玻璃与原混凝土中水泥的水化产物Ca(OH)2反应，可生成水硬性硅酸钙胶体填充再生骨料的孔隙而使骨料的密实度提高，随着水玻璃溶液浓度的提高，析出的硅酸凝胶数量增多，对骨料毛细孔的堵塞作用增强，骨料的致密程度提高，这可能会改善混凝土的孔壁强度，从而在混凝土受冻时，提高其抗冻性。这些需要后续的研究中通过仪器分析等手段加以证实。

5 结论

(1)用浓度为3%的水玻璃溶液于常温下浸泡混凝土再生骨料1h 时，再生混凝土的抗压强度可得到较大的提高，7d、28d、60 d 的抗压强度分别可提高30.6%，27.1%，17.8%。

(2)用水玻璃浸泡改性混凝土再生骨料配制的再生混凝土水玻璃溶液浓度的提高，有利于提高再生混凝土的抗冻性。

［1］肖建庄，李佳彬，兰阳.再生混凝土技术研究最新进展与评述［J］.混凝土2003，(10).

［2］杜婷，李惠强，吴贤国.混凝土再生骨料强化实验研究［J］.新型建筑材料2002，(3).

［3］孙跃东，王涛.再生骨料强化对再生混凝土基本力学性能的影响［J］.四川建筑科学研究2010，36(4):212 -215

［4］杨宁，王崇革，赵美霞.再生骨料强化技术研究［J］.新型建筑材料2011，(3):45 -47

［5］张剑波，吴勇生.再生骨料的强化研究［J］.中国资源综合利用2010，28(11):58 -60

［6］程海丽，王彩彦.水玻璃对混凝土再生骨料的强化试验研究［J］.新型建筑材料.2004，(12):12 -14