废弃混凝土再生骨料表面改性的强化试验

达则晓丽

摘要：為了提高再生骨料的利用率，突破其高吸水率和低强度等特点所存在的局限性，现使用硅酸钠溶液和硅烷溶液两种改性剂，并采用浸渍改性方法，对再生骨料表面进行改性处理，并全面地分析和研究了改性剂浓度、处理时间等参数对改性处理后的再生骨料性能所产生的影响程度。结果表明：通过使用硅酸钠溶液和硅烷溶液两种改性剂，不仅可以确保再生骨料表现出较高的表观密度，还能将其吸水率和压碎指标降到最低。当硅酸钠溶液和硅烷溶液两种改性剂的浓度分别达到8%、10%时，可以获取最佳改性效果。同时，粒径为10～31.5 mm的再生骨料所获得改性效果远远高于粒径为5～10 mm再生骨料。

关键词：再生骨料  表面改性  硅酸钠  硅烷

中图分类号：TU755.1   文献标识码;A

The Intensive Test of Surface Modification of Waste Concrete Recycled Aggregate

DAZE Xiaoli

（School of Civil and Hydraulic Engineering， Xichang University， Xichang， Sichuan Province， 615000 China）

Abstract： In order to improve the utilization rate of recycled aggregate and break through the limitations of its high water absorption and low strength， now the surface of recycled aggregate is modified by using two modifiers， sodium silicate solution and silane solution and the impregnation modification method， and the influence of modifier concentration， treatment time and other parameters on the performance of recycled aggregate after modification is comprehensively analyzed and studied. Results show that the use of two modifiers， sodium silicate solution and silane solution not only can ensure that recycled aggregate exhibits a higher apparent density， but also minimize its water absorption and crushing index， the best modification effect can be obtained when the concentration of two modifiers of sodium silicate solution and silane solution reaches 8% and 10%， respectively， and at the same time， the modification effect of recycled aggregate with a particle size of 10～31.5 mm is much higher than that of recycled aggregate with a particle size of 5～10 mm.

Key Words： Recycled aggregate; Surface modification; Sodium silicate; Silane

混凝土凭借着其原材料丰富、成本低、良好的可塑性、高强度、耐久性好等优势成为目前建筑的主体材料，但尽管混凝土材料的使用寿命较长，混凝土构筑物和建筑物在经过一段时间使用后，终将由于各种原因而必须拆除，从而产生大量废弃混凝土块，一方面，废弃混凝土如不加以利用，会增加环境负担；另一方面，这也是一种资源的浪费，将影响建筑行业的可持续发展。然而，混凝土再生骨料与天然骨料有着极大的不同，混凝土再生骨料表面经常粘附有较多的泥沙和泥块，这会增加其含水量和吸水率，从而导致水泥石基体和骨料之间形成的粘结力较弱，影响混凝土的品质[1]，因此混凝土再生骨料使用时需要先对其进行清洗去除泥沙，现有技术中经常采用水管直接对骨料进行淋洗的方式去除泥沙的方法或者是将骨料放入水池内冲洗，然后捞出沥去水，这二者的工作量都较大，效率低，同时会浪费较多的水资源，且对于一些粘附性强的泥土这些方法根本不起作用，从而极大地影响了混凝土再生骨料的使用。为了解决这一问题，现使用硅酸钠溶液和硅烷溶液两种改性剂，对再生骨料进行表面改性处理，从而获得最佳改性效果。

1试验材料

该次试验中，所用到的骨料主要包含以下几种类型：（1）天然骨料，该骨料含有大量的石灰岩，这些石灰岩产地为广东混凝土有限公司；（2）废弃混凝土再生骨料，该骨料主要来自于某国道改造拆除后所形成的废弃混凝土；（3）废弃烧结砖再生骨料，该骨料主要来自于某建筑物拆除所形成的废弃红砖，这些红砖强度达到了MU10；（4）再生骨料，该骨料主要利用破碎机所获得的。以粒径大小为划分标准，可以将再生骨料划分为以下两种类型，一种是粒径为5～10mm骨料，另一种是粒径为10～31.5mm的骨料[2]。这些骨料的基本性能如表1所示。

另外，该次试验中，所使用的硅酸钠溶液主要来自于北京市福晨化学试剂厂所生产的Na2SiO3·9H2O，其中，Na2O与SiO2含量之比是10：3，所使用的硅烷溶液来自天津市精细化工有限公司所生产的硅烷联剂，该改性剂的相对分子质量和密度分别为221.38 g/cm3、0.950 g/cm3。另外，将水设置为溶剂，并将硅酸钠溶液和硅烷溶液的浓度分别配置为5%、8%、10%。

2试验方法

将粒径为5～10 mm再生骨料和粒径为10～31.5 mm再生骨料统一放置于改性剂溶液中，并采用浸渍改性的方式，对再生骨料进行表面改性处理，同时，将浸渍时间分别设置为1 h、8 h、15 h、24 h，同时，将取出的骨料放置于15～25 ℃之间，并对其进行沥干处理，沥干时间为1 d，然后，将其放置于100～110 ℃之间进行烘干处理[3]，最后，对骨料相关性能进行全面化测试。另外，严格按照混凝土用再生粗骨料使用相关标准和要求，使用液体比重天平法，对骨料表观密度进行测试。在对骨料吸水率进行测量期间，要将骨料放置于水中，并将其放置于15～25 ℃之间的环境下，分别浸泡5 min、10 min、30 min、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h，然后，对其吸水率进行精确化测量[4]，相关人员只有严格按照以上试验方法进行操作，才能最大限度地提高最终试验结果的精确性和真实性。

3结果与讨论

3.1改性剂的浓度和种类对再生骨料性能的影响

当废弃混凝土再生骨料粒径达到5～10 mm时，需要将改性浸渍处理时间设置为24 h，当改性剂浓度完全一致时，需要使用硅烷溶液改性剂，对再生骨料进行处理，此时，发现该再生骨料24 h吸水率出现大幅度下降，其下降幅度远远超过使用硅酸钠溶液改性处理后的再生骨料吸水率。

当硅烷溶液浓度不断增加时，24 h处理后的再生骨料所对应的吸水率不断下降，当硅烷溶液浓度达到10%时，样品经过24 h处理后所对应的吸水率达到4.7%，没有使用硅烷溶液的再生骨料所对应的吸水率出现大幅度下降，其下降量达到了40%，与未改性处理后的再生骨料相比，其下降幅度达到了42%，其下降幅度达到最大值，当硅烷浓度不断上升时，骨料表面生成硅烷憎水层厚度呈现出不断上升的趋势，使骨料表面变得更加密实，确保骨料的吸水率降到最低[5-6]。对于硅酸钠溶液而言，当其浓度达到8%时，样品24 h后所对应的吸水率达到了6.6%，导致再生骨料下降幅度达到15%，与没有经过改性处理的再生骨料相比，其下降量达到了18%，由此可见，其下降幅度达到最大值。

对于硅酸钠溶液而言，当其浓度达到10%时，再生骨料所对应的吸水率呈现出不断增加的趋势，经过24 h后，其吸水率有所下降，达到了7.3%，其吸水率的增加幅度达到了11%时，出现这一现象的根本原因是通过使用硅酸钠改性溶液所形成的水化硅铝算钙通常含有以下两种物质，分别是凝胶和水化铝酸钙晶体，对于凝胶而言，本身通常表现出较高的吸水性，一旦硅酸钠浓度低于8%时，会形成大量的水化产物，这些产物的出现，会增加骨料表面的密实度，使得再生骨料的吸水率得以大幅度下降。

当硅酸钠浓度出现大幅度上升时，一旦形成大量的凝胶，会加大对水分的吸收量，导致再生骨料的吸水率呈现出大幅度增加的趋势。当改性剂濃度完全相同时，使用硅酸钠溶液改性处理的再生骨料呈现出较大的表观密度，与未改性再生骨料相比，改性处理后的再生骨料通常会表现出较高的表观密度，该表观密度会随着改性剂的上升而呈现出不断上升的趋势，所使用的硅酸钠溶液浓度达到10%时，该样品所对应的表观密度达到了2 590 kg/m3，与没有经过改性处理的再生骨料相比，其上升幅度达到了5%，上升幅度达到最大值，出现这一现象的根本原因是硅酸钠溶液和硅烷溶液浓度出现不断上升时，再生骨料所对应的表面裂缝相对较大，这无疑增加了再生骨料的表面密度，使得再生骨料的表观密度得以大幅度提高。

3.2改性处理时间对再生骨料性能的影响

当改性处理时间不断延长时，再生骨料所对应的性能也会出现相应的变化，例如：当改性浸渍处理时间不断延长时，对于再生骨料而言，其吸水率会呈现出不断下降的趋势，当浸渍时间达到24 h后，再生骨料所对应的吸水率会出现大幅度下降趋势。再生骨料在不同浸渍处理时间下吸水率的变化如图1所示，从图1中可以看出，对于再生骨料而言，当其压碎指标不断下降时，其表观密度会呈现出不断上升的趋势，这是由于当浸渍时间不断延长时，再生骨料所对应的硅烷包裹层面积和厚度达到最大值，凝胶含量会不断增加，使得再生骨料表现出较高的密实度，这无疑降低了再生骨料的压碎指标和吸水率，浸渍处理时间达到24 h。

3.3再生骨料的类型对改性效果的影响

不同种类的再生骨料经过24 h处理后，当改性剂浓度不断增加时，其吸水率、表观密度会表现出相同的变化。对于硅酸钠溶液而言，当其浓度达到8%时，经过24 h处理后的再生骨料所对应的吸水率相对较低，仅仅为14.7%，与没有经过改性处理后的再生骨料相比，其下降幅度达到了19%，对于经过24h处理后的再生骨料而言，其吸水率达到6.6%，其下降幅度达到了18%。对于硅酸钠溶液而言，当其浓度达到10%时，压碎指标下降幅度通常会达到最大值，这表明，对于废弃烧结砖再生骨料而言，其改性效果比较良好，远远超过废弃混凝土再生骨料，所以，当原始再生骨料所对应的性能较低时，通常会取得较高的改性效果。

3.4再生骨料的粒径对改性效果的影响

再生骨料粒径对其24 h 吸水率的影响如图2所示 ，从图2中可以看出， 对于硅酸钠溶液而言，当其浓度达到5%时，废弃混凝土再生骨料通常含有4%的吸水率，与没有经过改性处理后的再生骨料相比，其下降幅度达到了25%。当硅酸钠溶液浓度被控制为10%时，其压碎指标达到了20%，其下降幅度达到了19%。另外，与没有经过改性处理的再生骨料相比，其表观密度在相同改性条件下会表现出较高的表观密度，这表明当再生骨料的粒径较小时，通常会需要大量的改性剂， 所以，为了降低改性剂的使用量，达到节能降耗的目的，相关人员在对再生骨料进行表面改性期间，要优先选用粒径较大的再生骨料。

4 结论

综上所述，该次废弃混凝土再生骨料表面改性试验所得到的结论如下。

（1）通过使用硅酸钠溶液和硅烷溶液两种改性剂，可以确保再生骨料表现出较低的吸水率和压碎指标，使其表观密度得以大幅度提高，如吸水率和压碎指标的最大可降低百分比分别达到了42%、24%。这表明通过使用硅酸钠溶液改性剂，可以获得较高的再生骨料综合性能。（2）当硅酸钠溶液和硅烷溶液浓度分别达到8%、10%时，可以获得更好的改性效果。此时，适当地延长浸渍改性处理时间，可以获得更佳的再生骨料改性效果，所以，可以将浸渍时间设置为24 h。（3）当浸渍改性处理条件完全一致时，使用废弃烧结砖再生骨料所获得的改性效果相对较高，这表明，当原始再生骨料所对应的性能较低时，所获得改性效果更好。与粒径为5～10 mm再生骨料相比，粒径为10～31.5 mm再生骨料所获得改性效果更高，这表明当再生骨料粒径较小时，要想获得相同改性效果，必须要使用足够多的改性剂。

参考文献

[1] 姜洪坤，李瑶，魏东岳，等.再生陶瓷骨料透水混凝土抗压强度及透水性研究[J].辽宁化工，2020，49（3）：227-232.

[2] 邹祥宇，卫学玲，徐峰，等.建筑垃圾再生骨料改性对混凝土性能的影响[J].山东化工，2021（12）：114-116.

[3] 沈万岳，汪洋，汤金洁.聚合物改性再生骨料渗透性混凝土净水性能的试验研究[J].新型建筑材料，2019，46（5）：80-83.

[4] 高瞻，张启志.超细粉煤灰改性再生骨料混凝土力學及抗冻性能研究[J].粉煤灰综合利用，2021，35（1）：104-107，135.

[5] 田小风，李基恒，王新，等.路用再生骨料透水混凝土的力学性能优化研究[J].西部交通科技，2021（7）：7-10.

[6] 金永报.再生骨料透水混凝土面层的路用性能研究[D].信阳：信阳师范学院，2021.