利用建筑垃圾制备再生混凝土的试验研究

张会芳 陈汇鋆 赵 飞

(1.河北建筑工程学院土木工程学院，河北 张家口 075000；2.河北省土木工程诊断、改造与抗灾重点实验室，河北 张家口 075000)

0 前 言

随着社会的快速发展，建筑材料的用量急剧增大，同时产生的建筑垃圾与日俱增，随着天然砂石的随意开采，天然原料已经逐渐枯竭.因此必须优化混凝土的生产、使用和回收方式，走可持续发展的道路[1].用再生骨料生产混凝土，不仅可以减少天然骨料的开采量，还可以减少废弃混凝土的填埋对土地的永久占用以及相应的环境污染，同时也对混凝土行业的持续发展起到重要作用[2].目前城市建筑垃圾资源化利用较好的国家分别为德国、美国和日本，其中德国建筑材料垃圾的利用率已经超过了70%,建筑工地垃圾利用率超过50%,城市道路开挖垃圾利用率超过92%[3].本文立足于国内的再生骨料制备工艺及生产现状，研究了建筑垃圾在再生混凝土中的应用，对建筑垃圾的实际应用具有一定的理论意义.

1 试验基本原料

1.1 水泥

试验使用张家口金隅水泥有限公司生产的P·F32.5型粉煤灰质硅酸盐水泥.基本物理学性能见表1所示.

表1 P·F32.5水泥的基本物理力学性能

1.2 细骨料

试验采用张家口崇礼所产的河砂，其技术指标如表2所示.

表2 砂的技术指标

1.3 粗骨料

试验采用张家口崇礼所产的碎石，其技术指标如表3所示.

表3 碎石的技术指标

1.4 粉煤灰

试验采用粉煤灰为二级粉煤灰，属低钙灰.

1.5 矿粉

试验采用水淬高炉矿渣经过处理之后的高细度和高活性的的粉料.

1.6 减水剂

试验采用减水剂为聚羧酸减水剂.

2 试验材料和试验方法

2.1 再生粗骨料的制备

试验采用建筑垃圾为废弃混凝土，来自张家口河北建筑工程学院校内拆除后的建筑垃圾.废弃混凝土通过破碎、清洗和筛分加工制成再生粗骨料[4](粒径大于4.75mm).用浓度为5%的水玻璃浸泡再生粗骨料1h，然后用101系列电热鼓风干燥箱烘干，完成水玻璃对再生粗骨料的表面处理.处理过的再生粗骨料基本物理性能如表4所示.

表4 再生粗骨料的基本物理性能

采用浓度为5%的水玻璃溶液对再生粗骨料进行表面处理，处理前后再生骨料吸水率如表5所示.

表5 再生粗骨料吸水率、含水率

从表5可看出，处理过的再生粗骨料的吸水率明显降低.这是由于用5%水玻璃水溶液表面处理后会在骨料表面形成一层薄膜，骨料的孔隙被封住或堵塞，降低了再生粗骨料的吸水率.

2.2 试验方法

研究再生粗骨料取代率和矿物外加剂对强度的影响.确定水灰比、砂率，并以水玻璃处理过的单位质量废弃混凝土再生粗骨料1h吸水量作为附加用水量[5]，共配制七组不同配合比的混凝土(见表6).再生粗骨料混凝土的立方体抗压强度按照《普通混凝土物理力学性能试验标准方法》(GB/T50081.2019)的试验方法来测定.

表6 再生混凝土配合比

3 试验结果与分析

3.1 再生粗骨料取代率对再生粗骨料混凝土性能的影响

由表7和图1中可见，当再生粗骨料取代率为10%、30%和50%时，破碎再生混凝土的7d抗压强度平均值分别比天然骨料混凝土小5.8%、18.5%、23.9%；28d抗压强度平均值分别比天然骨料混凝土小5.2%、12.5%、17.7%.产生上述现象的原因是再生骨料由废弃混凝土破碎而来，表面具有大量的微裂纹且附着有较为疏松的水泥砂浆，因此强度比天然骨料低，而且再生混凝土的强度主要依靠新旧界面过渡区的性质，而再生粗骨料新旧砂浆之间的粘结区域较为薄弱；总之，再生混凝土的强度会随着再生粗骨料取代率的提高而减小.

表7 不同再生粗骨料取代率情况下的抗压强度(MPa)

图1 再生粗骨料取代率对混凝土强度的影响

3.2 矿物外加剂对再生粗骨料混凝土性能的影响

由表8和图2可见，由于矿物外加剂的掺入，再生混凝土的抗压强度除粉煤灰和矿粉取代率均为10%的试件28d有所降低外，其余各组均有不同程度的提高.但随着粉煤灰掺量增加、矿渣掺量减少，再生混凝土的7d抗压强度呈下降趋势，28d呈上升的趋势.这种现象的原因是矿物外加剂活性较低，掺入矿物后，水泥总量减少，前期水化反应不足.随着水化反应的进行，骨料附近的水泥能够充分水化，这样矿物外加剂能够充分参与水泥的水化反应，生成低钙型的水化硅酸钙凝胶，填充骨料与水泥石的间隙从而混凝土的密实度提高，一定范围内抵消因水泥量减少导致的强度降低.

表8 不同矿物取代率再生混凝土的抗压强度(MPa)

图2 矿物外加剂取代率对混凝土强度的影响

4 结 论

(1)采用浓度为5%的水玻璃溶液对再生粗骨料进行表面处理，处理过的再生粗骨料的吸水率明显降低.

(2)再生粗骨料取代率为10%、30%和50%时，再生混凝土的7d抗压强度分别较天然骨料混凝土平均减少5.8%、18.5%和23.9%；28d抗压强度分别较天然骨料混凝土平均减少5.2%、12.5%和17.7%.虽然7d强度只能达到28d强度的50%左右，但是均满足设计C30的强度要求.综上再生混凝土的强度会随着再生粗骨料取代率的增加而降低.

(3)粉煤灰和矿粉的掺入对混凝土的强度有较大影响，7d强度随着粉煤灰掺量增加、矿粉掺量降低而依次下降，矿物外加剂在短时间内强度方面起负作用，但矿物外加剂有利于后期的强度增强.