再生骨料改性试验研究

苗永刚，王金鑫 ，石运中

(海南华森建材销售有限公司，海南海口 570100)

0 引言

伴随着城市建设的快速发展，混凝土的需求量也迅猛增长，而生产混凝土所消耗的能源、资源量逐渐增加。据不完全统计，我国每年生产混凝土所消耗的天然骨料高达80亿t。近年来生产混凝土所用的砂、石等天然资源逐渐出现枯竭，大量的开采也对自然环境产生了严重的破坏。另一方面，我国建筑垃圾的产量十分惊人。据统计，我国城市中建筑垃圾比例已占城市垃圾总量的40%～50%，在1万m2的建筑工程中会产生500 t左右的建筑废弃物，对建筑垃圾的综合利用也越来越受到人们的重视。而将建筑垃圾中的废弃混凝土经处理后制成再生骨料，替代混凝土生产中使用的天然砂石骨料是解决上述问题的有效办法。但是，由于再生骨料存在吸水率高、压碎值大、堆积密度低、颗粒形状不理想等问题，制约着其在混凝土中的应用。因此，应对再生骨料进行物理、化学等方法的强化，改善再生骨料的性能，使之更好地应用于混凝土的生产中。

1 试验原材料及方法

1.1 试验原材料

水泥：海南华盛天涯水泥有限公司生产的P.O 42.5普通硅酸盐水泥，其性能指标以及化学组成见表1和表2。

粉煤灰：海南恒盛兆业环保有限公司生产的符合GB/T 1596-2005标准的Ⅱ级粉煤灰。

粗骨料：海口利源料场提供的5～25 mm碎石，简单破碎的5～25 mm建筑废弃物骨料。

改性剂：水性环氧基聚合物单体，引发剂A，促进剂B，交联剂C。

细骨料：海口上屯砂场提供的符合JGJ 52-2006标准的Ⅱ区中砂。

外加剂：海南太和科技有限公司提供的聚羧酸高效减水剂。

水：自来水。

1.2 试验方法

将水性环氧基聚合物单体溶于水，制成质量分数为10%的溶液。设计L9(34)正交试验，研究不同引发剂A、促进剂B以及交联剂C的掺量情况下对再生骨料的改性作用，正交试验各因素水平见表3。测试出改性后再生骨料的压碎值、吸水率等物理性能指标，并将改性后的再生骨料分别用于强度等级为C30混凝土试样的制备中，试样配合比见表4，测试混凝土的7 d和28 d强度，以确定改性后再生骨料对混凝土性能的影响规律。

2 试验结果及分析

将经过改性的骨料和未经改性的骨料进行压碎值和吸水率测定，将处理后的骨料按照《普通混凝土力学性能试验方法标注》GB/T 50081-2002进行试样的成型与测试。

为了便于对上述实验数据的分析，每个因素在不同水平变化对骨料及混凝土性能影响的结果见图1。

根据图1和表5和中的数据分析不同因素水平对再生骨料性能的影响，可以得出：

图1 不同条件下处理后再生骨料性能变化及对混凝土的影响图

(1)引发剂A：对于再生骨料的吸水率和压碎值来说，引发剂取2最好。

(2)促进剂B：对于再生骨料的吸水率来说，促进剂取3最好。对于再生骨料的压碎值来说，促进剂取1或者3较好。

(3)交联剂C：对于再生骨料的吸水率和压碎值来说，交联剂取5最好。

另外可以看出，在各因素对再生骨料的吸水率和压碎值的影响中，引发剂A和交联剂C两个因素的极差较促进剂B的极差大很多，是影响试验结果的主要因素。虽然引发剂A和交联剂C对再生骨料的吸水率和压碎值的影响作用大小不同，但两个试验中都是取同一水平为最优。综合考虑，对再生骨料性能影响的最好试验方案是A3B3C3。此方案没有出现在上述的试验中，考虑到B因素对试验的影响很小，这里选取A3B1C3为最优试验组合，且从试验结果中可以看出，A3B1C3试验中的吸水率和压碎值指标都是最好的。

对未处理的再生骨料以及7号、8号和9号中处理后的再生骨料进行SEM分析，结果见图2。

图2 未处理的再生骨料和处理后的再生骨料SEM图

表1 水泥的物理化学性能指标

表2 水泥的化学组成

表3 正交试验因素水平表

表4 强度等级为C30混凝土配合比

表5 L9(34)正交试验结果以及极差分析表

从图2中可以看出，未经处理的再生骨料表面附着很多混凝土碎渣，这些碎渣不仅影响再生骨料的吸水率，更会影响再生骨料与混凝土的结合性能，导致再生骨料配制的混凝土力学性能以及耐久性能的下降。经过处理后的再生骨料表面被环氧基聚合物紧紧包围，不仅改善了再生骨料自身的性能，也使改性后再生骨料配制的混凝土和易性更好，耐久性改善。另外，随着交联剂用量的增加，明显可以看出7号试样中再生骨料表面环氧基聚合物成膜性最好，不仅可以有效地降低再生骨料的吸水率，而且随着交联剂用量的增加，环氧基聚合物聚合后，更好地填充了再生骨料表面的空隙，使再生骨料的压碎值明显改善。

根据图1和表5中的数据分析不同因素水平对再生骨料性能的影响，可以得出：

(1)引发剂A：对于再生骨料配制的混凝土7 d强度来说，引发剂取2最好；对于28 d强度来说，引发剂取1最好。

(2)促进剂B：对于再生骨料配制的混凝土7 d和28 d强度来说，促进剂取3最好。

(3)交联剂C：对于再生骨料配制的混凝土7 d和28 d强度来说，交联剂取5最好。

另外可以看出，引发剂A的极差最大，对强度试验的影响最大，对于7 d强度来说引发剂A取3水平较好，对于28 d强度来说，引发剂A取2水平较好。交联剂C的极差及对强度试验的影响较引发剂A小，交联剂C取3水平为好。促进剂B的极差最小，对强度试验的影响最小，促进剂B取3水平为好。又因本实验在研究混凝土的强度试验时，在7 d强度和28 d强度都较空白样好的基础上，应更重视混凝土后期强度的改善，所以综合考虑，最好的试验方案应该是A2B3C3。此方案没有出现在上述的试验中，考虑到B因素对试验的影响很小，这里选取A2B2C3为最优试验组合，且从试验结果中可以看出，A2B2C3试验中混凝土的28 d强度最高。

3 结论

(1)再生骨料改性后，其吸水率和压碎值都有明显的改善，最优试验组合为A3B1C3。未改性的再生骨料吸水率和压碎值为6.3%和26.6%，最优试验组合的再生骨料吸水率和压碎值为 1.4%和18.8%。

(2)再生骨料经水性环氧基聚合物改性过程中，不同的助剂添量对骨料的改性效果影响较大。通过SEM分析可以看出，交联剂的掺量对改性后再生骨料表面性能的改善影响最大，交联剂掺量为水性环氧聚合物的5%时，改性后再生骨料表面性能最好。

(3)再生骨料改性后，配制的混凝土强度有明显改善，最优试验组合为A2B2C3。未改性的再生骨料配制混凝土的7 d和28 d强度为19.6 MPa和28.6 MPa，最优试验组合的再生骨料配制混凝土的7 d和28 d强度为26.2 MPa和36.6 MPa。但是再生骨料改性后吸水率、压碎值试验与混凝土强度试验的最优组合不同，这有待于对试样的进一步微观测试与分析。

[1]王军强,陈年和,蒲琪.再生混凝土强度和耐久性能试验[J].混凝土，2007，(05)：54-56.

[2]古松,雷挺,陶俊林.再生混凝土配合比设计及早期强度试验研究[J].工业建筑，2012，(4)：3.