再生骨料混凝土早期强度的影响因素研究

再生骨料混凝土早期强度的影响因素研究

闫亮 贾学强

北京京能建设集团有限公司 北京市门头沟区 102300

摘要：现如今，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，系统分析服役20余年的废弃混凝土破碎制作再生骨料大比例取代天然骨料制作再生混凝土的早期强度影响因素。选取再生骨料替代率、砂率、胶凝材料用量和养护方式四个因素，通过正交试验设计，测试6、12、24h的抗压强度。试验结果的极差和方差分析显示：再生骨料替代率对早期抗压强度影响显著，替代率高则强度低；砂率和胶凝材料用量会影响早期强度，但影响并不显著；养护方式可以显著影响再生骨料混凝土的早期强度，水浴养护最利于早期强度的产生，但影响程度会随养护时间的延长而逐渐弱化，微观试验分析揭示出弱化机理。优化配合比后的再生骨料混凝土，6h满足脱模要求，24h达到堆砌标准，可以明显提高生产效率。

关键词：废弃混凝土；再生骨料；早期强度；微观形貌

引言

水泥是一种很常用的水硬性胶凝材料，水泥与水、砂子、石子以及一定量的外加剂按一定的配合比配合，经过搅拌、振捣、养护而成为普通混凝土。混凝土自问世以来作为建筑业最为重要的结构材料之一，被广泛地应用于各种土木建筑工程中，因此，有必要对混凝土的强度进行分析。

1试验研究

1.1试验材料

水泥：采用新疆天山水泥厂生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰：采用火力发电厂生产的F类Ⅱ级粉煤灰；矿渣粉：采用生产的S95级矿渣粉；硅粉：减水剂：采用江苏苏博特新材料股份有限公司生产的PCA®-300P粉体聚羧酸高性能减水剂，减水率在35%以上；缓凝剂：采用葡萄糖酸钠型缓凝剂。

1.2配制试块及养护

浮石骨料多孔吸水性大，为避免在搅拌配制试验用的拌合物过程中，浮石吸收拌合物的水分，减少配合比的水分流失，需要在搅拌前1h左右，对浮石用试验用的自来水浸泡。浮石、水泥和粉煤灰先在搅拌机内干拌几秒钟，再加入砂子、水和减水剂搅拌2min左右，停机观察和易性，用标准桶监测坍落度，控制在90mm左右。把新拌混凝土盛入标准150mm模盒，放置到振动台上，控制在30振动成型，避免分层、表面离析等现象。成型后用小铲剔去浮浆和补找模盒表面拌合物少的部分，因试验室空气干燥进而用薄膜覆盖，24h拆模盒。试块需要放置到试验标准养护箱内内进行养护7d，28d。在养护箱内避免直接冲淋试块，试块之间要根据实际情况间隔缝隙。

2结果与讨论

2.1微观试验与机理分析

再生骨料混凝土早期强度的SEM微观形貌分析在山东理工大学分析测试中心进行，试验设备采用Quanta250扫描电子显微镜。试样养护到规定时间后，轻敲碎裂取中间部分薄片，浸泡在无水乙醇中6h使其停止水化，扫描前置入干燥箱干燥12h，粘贴导电胶后制样完毕。根据方差分析结果显示，养护方式是影响再生骨料混凝土早期强度的最显著因素。自然养护和标准养护晶格大小相类似，50℃蒸汽养护和50℃水浴养护晶粒大小相类似，由于自然养护和标准养护均为常温养护，蒸汽养护和水浴养护为高温养护，表征基体强度高。这表明，影响早期抗压强度的因素中，温度是个决定性因素。然而，24h后养护模式的影响不再显著是由于高温只是加速了水化硅酸钙凝胶和钙矾石等水化产物产生的速度，但并不会影响总量。因此随着水化产物的原料减少，养护温度的作用逐渐消失。方差分析结果中另外一个影响早期强度的重要因素为再生骨料的取代率。普通骨料砂浆与骨料之间黏结紧密，没有空隙和裂缝，骨料周围砂浆密实，向外延伸无肉眼可见的层次差异。再生骨料外面包括一层老旧砂浆，重新用于制作混凝土时，新砂浆层包裹在老砂浆和粗骨料外层，导致骨料周围有明显的分界，靠近骨料的一层致密质地的为老旧砂浆层，外围是新砂浆层。界线明显，分界区域和老旧砂浆的分布区域相关。再生骨料的原始缺陷明显多于天然骨料，图4为再生骨料混凝土内部扫描出的裂隙。随着养护时间的增加，裂隙会被新的水化产物填充，但是对密实度和最终强度依然存在影响。再生骨料替代率越高则缺陷越多，材料的强度越差，这是再生骨料混凝土与天然骨料混凝土最本质的差异。

2.2配合比对混凝土强度的影响

混凝土的配合比需满足强度要求、和易性要求、耐久性要求以及经济性要求。而最佳配合比是指在满足混凝土强度耐久性等各项指标性能的前提下，所用成本最低。在混凝土配合比设计中，应先在满足混凝土强度及耐久性的基础上，选择最佳的水灰比和最佳单位用水量，常用以下两种方法表示配合比;①用1m3混凝土中水泥、水、砂、石子的质量各多少来表示，如水泥为200kg、水为120kg、砂为360kg、石子为800kg;②假设水泥的质量为1，用其他材料与水泥的质量比为多少来表示。如水泥∶水∶砂∶石子=1∶0．6∶2．4∶4，由经验数据得知，配合比越小，则水泥用量越大，所以配制后的混凝土强度也越高，但是水泥用量越大，则越不经济，因此，应合理选择配合比，在保证混凝土强度的前提下，尽量节约水泥。

2.3掺合料对混凝土强度及水化放热影响

20%粉煤灰和30%矿渣粉复掺对水泥净浆圆环抗裂效果最好，而15%粉煤灰和7%硅灰复掺对水泥净浆圆环抗裂效果其次。为了研究混凝土抗裂性能及不同龄期强度规律，增加15%矿渣和7%硅灰复掺、单掺15%粉煤灰、单掺15%矿渣、单掺7%硅灰和基准配合比，测试3d、7d、28d混凝土龄期强度、限制性圆环收缩开裂时间和水泥基材料的水化热。为了研究混凝土早期强度增长速率对混凝土抗裂性能影响，掺加0.05%葡萄糖酸钠缓凝剂控制早期强度增长速率来提高混凝土的抗裂能力。因篇幅有限，混凝土配合比不再赘述；开裂时间以限制性圆环收缩开裂方法测试，采用水泥基材料净浆试验。取序号8为例，胶凝材料500g，其中水泥390g、粉煤灰75g、硅粉35g、缓凝剂0.25g和水125g。

结语

（1）再生骨料的缺陷导致其制作的混凝土早期强度低于天然骨料混凝土。再生骨料替代率越高，强度下降越明显，替代率对混凝土早期强度的影响显著。（2）砂率和胶凝材料的用量会影响再生骨料混凝土的早期强度，但影响并不显著。砂率45%、胶凝材料占再生骨料质量的40%时，再生骨料混凝土早期强度最高。（3）养护方式对再生骨料混凝土早期强度的影响显著。微观形貌分析结果显示，养护温度升高导致的晶粒尺寸增大是增加早期强度的有效措施。由于提高养护温度只能加速水化产物出现强度的时间，并不会增加水化产物的数量，因此温度养护的优势会随着养护时间的增加而逐渐消失。（4）通过优化配合比设计，并采用适宜的养护方式，可以明显提高再生骨料混凝土早期强度，使6h抗压强度超过4MPa，满足脱模要求；24h抗压强度超过12MPa，达到堆砌要求。这一结论为降低生产成本、提高生产效率提供了理论依据。

参考文献

［1］中华人民共和国建设部．普通混凝土力学性能试验方法标准:GB/T50081－2002［S］．北京:中国建筑工业出版社，2002．

［2］中华人民共和国建设部．普通混凝土力学性能试验方法标准:GB/T50080－2002［S］．北京:中国建筑工业出版社，2002．

［3］中华人民共和国住房和城乡建设部．大体积质混凝土施工规范:GB50496－2009［S］．北京:中国建筑工业出版社，2008．

［4］孟繁勃，大体积质混凝土施工技术［J］．黑龙江科技信息，2010，14(12):121－122．