再生细骨料自密实混凝土性能研究

叶强 刘柯琦

1. 江苏苏博特新材料股份有限公司 江苏 南京 210000；2. 江苏省建筑科学研究院有限公司/高性能土木工程材料国家重点实验室 江苏 南京 210000

引言

因为自制混凝土较好的施工和填充功能在建筑中普遍的应用，所以大量的减水物质、低水胶、高胶凝材料和矿物掺和料的加入也带来了一系列不可忽视的问题。通过近几十年来我国土地资源的开发利用，土地资源数量明显减少，部分区域面临资源枯竭、能源消耗、采矿运输成本大，对环保损害巨大等问题。而且，随着中国城市化建设和老城区改建的迅速进展，中国城市年均产生了大约十八亿吨建筑废弃物，占据了城市废弃物量的30%～50%。巨大的垃圾混凝土不但浪费大量珍贵的土地，而且也带来了环保和社会问题。而再生骨材水泥的使用不但能够节省城市垃圾处置成本，降低环境污染和破坏，同时还能够降低对自然砂石的再利用，缓解自然骨料的供应日益紧张，从而实现中国建筑业的可持续发展。但是，由于再生细骨材有很大的吸水性，因此它也可以用作内部材料密实混凝土的理论维护，以克服密实混凝土本身的收缩问题。目前的研究表明，回收的细废料会降低普通水泥的热力学性能和耐久性，以及增加了普通水泥的热收缩率等。而普通水泥的劈裂抗拉强度、弹性模量、耐腐蚀性、防碳化性能，以及对氯化物离子渗透性等都不如水灰比相同的普通水泥。但是，也有些研究人员指出，工程上再生细骨料混凝土的渗透性能比天然骨料混凝土强，但由于再生细骨材替代量的增加，渗透特性有所改善。调查了部分再生细骨材取代天然水泥配制的水泥力学性能，结果显示，再生细骨材对水泥的动力学特性没有影响。当再生细骨料替代率低于30%时，混凝土的动力学特性研究表明，在冻融条件下，由于再生细骨料替代率的提高，再生混凝土的质量赔偿度逐渐提高，但由于弹性模量动刚度明显降低，回收的细骨料会逐渐变得不耐寒。结果表明，再生细骨料的干湿形态对混凝土的抗寒性有较大影响。

综上所述，目前还不能对可再生细骨料和密实水泥材料的结构特性展开系统研究。本章内容应系统全面地检查再生细骨料掺量和预饱和时间，对新拌和硬化的自密实混凝土工作特点、基本物理和机械特征及其耐久性的影响，为再生细骨料在自密实混凝土中的应用提供理论基础。

1 试验概况

1.1 试验材料

试验的主体材料包括：水泥、粉煤灰、减水剂、天然粗、细骨材。水泥采用PS32.5矿渣硅酸盐水泥，粉煤灰用二级粉煤灰，搅拌方法直接使用就近河水。粗骨材粒径约为4.75～20mm，而天然粗骨材则为碎岩，在饱和作用下的吸附效果约为百分之零点五八[1]。

1.2 试验设计

本文研究了三种不同的取代率（25%、50%、75%）、三种不同的饱和水预处理时间（0、2、24h）、水灰比（0.28）对表面干饱和度的影响。见表1。

表1 自密实混凝土配合比

1.3 试验方法

实验全过程操作按照国家规定的制度规范进行。

1.4 试验结果

1.4.1 表2显示了再生细骨料的置换率和饱和时间对再生密实混凝土性能的影响。试验结果表明，再生细骨料本身降低了密实混凝土的可靠性。随着再生细骨料替代率的提高，Y型膨胀环的膨胀率下降，T500型膨胀环的膨胀率增加。这主要是因为再生细集料具有多角度和粗糙的质地，它增加摩擦，减少流量。此外，再生细填料的孔隙率高，增加了孔隙中的水和粘土填充，从而减少了充油水泥层的厚度，容易导致更大的下降。当再生细集料置换率从0%提高到75%时，膨胀率下降37mm，J环膨胀率下降28mm，T500提高3.81s。再生自密实细骨料混凝土的工作性也受饱和时间的影响。饱和期延长后，混凝土的可靠性逐渐降低。灌溉前，饱和水的膨胀小于10m；J型环比不饱和水预浸膨胀小6mm，T500增加0.33s，饱和水预浸膨胀比不饱和水预浸膨胀小19mm，预饱和水越少，J型环比预饱和水小9mm，T500增加0.55秒。饱和时间对工作性能的影响主要是由加水引起的。为了保证混凝土水灰比的一致性，应增加水灰比，使再生细集料达到饱和表面干燥状态。过多的水在搅拌过程中不能充分吸收，从而提高了水泥的实际有效水灰比，提高了水泥的加工性。虽然再生细骨料的工作性较差，但是，根据《自密实混凝土使用技术规范》（jgjt283-2012），它满足SF2的要求，可用于一般钢筋混凝土结构[2]。

表2 自密实混凝土工作性

1.4.2 再生自密实混凝土强度。耐压性能是评价混凝土动力学特性的主要指标。因此再生水泥在建筑结构中的使用也应当符合强度要求。研究表示了置换量和预湿时间对再生骨料自密实水泥耐压性能的影响。当再生细骨料取代比为25%、50%和第75%时，28d再生自密实砼的耐压性能就依次相较于自密实砼降低了6.5%、11.2%和14.6%。尽管压实率正常，但五十六d的耐压性能仅为2.7%、5.4%和9.7%。就这样，由于水化过程的进行，从水分中汲取的干再生细材逐渐释放，并在里面愈合，从而增加了混凝土水化水平，并可以恢复对水泥的压力。另外，它还补偿了干再生细骨材特性差带来的强度损失。如采用了干再生细材，则水泥强度就会下降。这主要由于在拌和过程中必须加入了更多的水泥，这样就有效地增加了水灰比，从而降低了混凝土的耐压性能。当细骨材饱和二小时之后，混凝土的抗拉强度与自密实混凝土和饱和细骨材相当。而干再生细材的吸水性能应在24小时内超过90%。再生细骨材对密实混凝土的年28天压缩力都超过了50个MPa，而五十六天的耐压性能也都低于了65MPa。在不同替代速率和饱和时期内的可再生细集材颗粒，对其抗弯强度和劈裂强度的影响随着可再生细骨材替换速率的增加，混凝土的抗折强度和劈裂强度降低。但尽管如此，再生细集料对耐压性能的影响却要大于对扭转强度和劈裂强度的影响。当再生细骨材替代率为0%～75%时，在28天内，再生细自密实混凝土的抗折硬度只下降了0.6MPa，而劈裂硬度则为0.9MPa。所以，在28日内。再生细骨料对混凝土的抗折硬度和劈裂硬度影响都不大。除去内部处理以外，再生细集材的表面粗糙度也可能与之相关。再生细骨材对自密实混凝土28天后的抗折强度约为7.6～8.2MPa，其最大爆炸抗拉强度约为4.2～5.1MPa。由再生细骨材对自定砼的耐压性能、抗折强度和断裂强度之间的比值，表明了再生细骨材的耐压性能、抗折强度和断裂强度之间存在着线性关系。

1.4.3 再生自密实混凝土抗冻融性能。在中国北部严寒地带，冻融循环也是产生水泥劣变的主要原因之一。再生细骨料活性取代率越高，自密实水泥的耐冻融特性就越差。对替代比为75%的自密实砼材料，经二百多次冻融循环后，其动态模量仍维持在80%以下，超过了冻融循环破坏的要求（60%）。因此，再生自密实砼细骨材仍具备较高的耐冻融特性。但由于动态相对模量不同，再生细骨料砼的品质损失随着再生细骨料掺杂率的提高而降低。

2 上述趋势的主要因素可能为

在进行了多次冷融循环之后，由于混凝土产生了连续的内部损伤裂纹，其相对动弹性模量减少。由于可再生细骨料取代量的提高，抗压混凝土本身的压强也减小。

由于再生细骨材的超高吸水率，水分随着冻融所形成的裂隙流到混凝土，从而被再生细骨材完全吸收，所以再生细骨料混凝土在表面上凝结了更多的水分和更少的砂浆。这样，可再生细骨料水泥的质量变化就随着可再生细骨材汇率的提高而降低。随着再生细骨料含水率的提高，水泥的抗冻性能也逐步下降，而干燥再生细骨料水泥的抗冻性能，甚至超过了再生细骨料的自制水泥。因为再生细骨料中存在着巨大的空隙，能够在水泥中发挥“进气”的功能，从而改善了水泥的抗冻性能。但是，由于在预联网后，从再生细骨料的一些孔洞中吸入了水气，造成无水气孔数量下降，对“充气”的影响减弱，混凝土的抗冻性能也减弱了。同时，混凝土中干再生细骨料的吸水性改善了骨料与水泥石之间的界面结构，提高了混凝土的抗冻性[3]。

3 实验结论

在检查对再生细混凝土替代率和饱和前再生密实混凝土特性的影响时，主要结论如下：

再生细骨料可能会降低新拌混凝土的可靠性，但如果再生细骨料含量为75%，则仍可满足SF2的要求，并可用于普通混凝土。

随着细骨料再生总量的增加，混凝土的压力减小，再生细骨料和密实混凝土的强度略有提高。同样，再生细混凝土增加其压力，随着饱和时间的增加而增加。28天混凝土压力大于50MPa，56天压力大于65mpa，28天的抗弯强度为7.6～8.2mpa，断裂拉力为4.2～5.1mpa。

在耐压性能、抗折强度和可再生细骨料、密实混凝土劈裂能力之间，具有明显的线性关系。完全饱和水再生细骨料，可降低水泥的防冻融特性，因为水泥的抗冻性能随着完全饱和时间的提高而增强。

4 结束语

再生水泥细骨料是一项具有环境保护和经济价值的新型绿色建材。它作为一类新型材料，其基本特性直接关系着砼构件的结构安全性。因此对再生细骨料混凝土基本特性的实验研究也有着重要价值。