聚羧酸减水剂应用于建筑废弃物混凝土中的研究

牛引生

（山西科腾环保新材料股份有限公司，山西 太原 030006）

1 研究背景

根据国内相关统计数据，中国每年产生约21 亿t建筑废弃物，其中大部分是混凝土和砂浆，约占废弃物总量的40%，如何有效地循环使用废弃的混凝土生产再生混凝土骨料，替代天然骨料，并开发与之相匹配的外加剂已经成为一个迫切需要解决的问题。

与天然骨料相比，再生混凝土骨料最主要的特性为高吸水率、高破碎性、高泥粉含量和高孔隙率。

与天然骨料混凝土相比，再生粗骨料的混凝土具有如下特点：经时损失大、吸水率增加、收缩增加和抗压强度降低。

2 研究意义

本研究的目的是开发特殊的与再生骨料相匹配的混凝土外加剂并生产合格的再生骨料混凝土，促进城市建筑废弃物的回收利用，保护环境。

本研究充分利用功能高分子间的1+1＞2 的协同作用，将一系列功能性聚羧酸减水剂进行科学合理地复配，制备适用于再生骨料混凝土特点和技术要求的专用外加剂。

3 试验

3.1 材料

水泥：所有试验用水泥为华润水泥PⅡ42.5R。

细骨料/砂：河砂，细度模数2.6。

粗骨料：天然碎石，最大粒径30 mm；再生粗骨料由灵寿县富鑫矿产品有限公司提供，最大粒径30 mm，其性能如表1 所示。

表1 粗骨料性能

3.2 外加剂

外加剂一种是普通保坍型聚羧酸减水剂（FPCE），另一种是专用多功能聚羧酸减水剂（SPCE），由以下功能型聚羧酸减水剂以适当比例复配的混合型减水剂。

PCE1：降粘型和低引气型（科腾环保合成）。

PCE2：保坍抗缩型（科腾环保合成）。

PCE3：抗泥减水型（科腾环保合成）。

4 检测项目

4.1 混凝土试验

为研究再生骨料对新拌混凝土性能的影响，采用4种不同掺量配制的混凝土拌合物，具体如下。

I：参照混凝土，100%天然粗骨料。

II：75%天然粗骨料，25%再生粗骨料。

III：50%天然粗骨料，50%再生粗骨料。

IV：100%再生粗骨料。

由于再生砂具有较强的吸水性，会产生收缩效应，故所有试验都不使用再生砂。

用再生骨料代替天然粗骨料（质量比），通过调节拌合水用量、外加剂掺量及胶凝材料用量，使配制得到的所有混凝土拌合物具有相同的初始坍落度和和易性，再生骨料混凝土拌合物配合比如表2 所示。

表2 再生骨料混凝土拌合物配合比

4.2 新拌混凝土试验

新拌混凝土试验按国标GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》[1]测定，所有的混凝土拌合物具有相同的坍落度值（190～240 mm），在拌合物出机后5 min 测量，并以60 min 为间隔检测经时坍落度值。

4.3 混凝土收缩性能检测

混凝土收缩性试验按照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》[2]，采用接触法检测。

4.4 混凝土的抗压强度

试件是长宽高为100 mm 立方体，在标准养护室分别养护3 d、7 d 和28 d 后，测试抗压强度。

5 试验结果与讨论

5.1 再生粗骨料的吸水性

为研究再生骨料对混凝土拌合物性能的影响，制备了4 组掺有不同比例再生骨料的混凝土，除了粗骨料的质量，其他组分的质量都相同，混凝土拌合物配合比及坍落度分别如表3、表4 所示。

表3 混凝土拌合物配合比（C35）

表4 混凝土拌合物的坍落度

表4 所示数据表明：与对照组混凝土相比，由于再生骨料的高吸水性，为获得相同的坍落度，再生骨料混凝土需要更多的拌合水，而在使用相同拌合水的情况下，再生骨料取代率越高，所制备混凝土的坍落度越低。

5.2 新拌混凝土的性能

表2 中所示4 组混凝土拌合物的坍落度/扩展度经时变化如表5 所示，性能如表6 所示。从表5 可以看到，对于掺加再生骨料的混凝土拌合物来说，使用本研究的特殊专用聚羧酸减水剂，通过调节拌合水、外加剂以及胶凝材料用量，完全可以制备出具有良好工作性能的再生混凝土，即使再生粗骨料的取代率高达100%，也完全没有问题。

表5 混凝土拌合物的坍落度/扩展度经时变化（单位：mm）

表6 混凝土拌合物的性能

表6 所示数据表明：所有混凝土拌合物的容重都满足混凝土的实际需要，随着再生骨料取代率的增加，容重虽有轻微的降低，但不明显，所有混凝土拌合物的堆积密度都符合混凝土的实际需求。

5.3 硬化混凝土性能

表2 中混凝土的抗压强度检测结果如表7 所示。

表7 混凝土拌合物的抗压强度检测结果

表7 所示数据表明：相对于天然骨料混凝土（拌合物I），掺加再生骨料的混凝土，随着再生骨料取代率的增加，抗压强度表现为些许的下降，但能够满足设计需要。

5.4 收缩性能

表2 中混凝土收缩性能检测结果如表8 所示。

表8 混凝土拌合物收缩性能检测结果

表8 所示数据表明：掺加再生骨料对混凝土的收缩性能没有明显的负面影响，而当再生骨料的取代率为50%时，再生骨料混凝上的收缩较对照混凝土有轻微的下降，但可以满足使用要求。

5.5 外加剂SPCE 和FPCE 的对比

为研究本研究聚羧酸减水剂的功能型特性，检测了再生骨料掺加量为50%，掺加市售普通保坍型聚羧酸减水剂FPCE 及本研究的专用聚羧酸减水剂SPCE的混凝拌合物，配合比与表3 中拌合物II 相同，并通过调节拌合水用量及外加剂掺量，使其具有相近的坍落度和扩展度，检测结果如表9 所示。

表9 混凝土拌合物坍落度/扩展度的检测结果

表9 所示数据表明：对于普通的保坍型聚羧酸减水剂（FPCE），再生混凝土的坍落度经时损失大，这势必导致应用困难，而对于掺加本研究专用聚羧酸减水剂（SPCE）的再生混凝土来说，混凝土显示了优良的和易性和坍落度经时保持性，满足混凝结构的应用需求。

6 结论

根据本研究所示研究及检测结果，可以得到如下结论：①通过科学合理地复配功能化聚羧酸减水剂，可以获得再生骨料混凝土专用减水剂，该减水剂适用于配制掺加低质量再生骨料的再生混凝土，且混凝土满足一切施工及应用需求。②本研究的试验结果表明，掺加本研究专用外加剂制备C35 标号的再生骨料混凝土是可行的；对于C35 混凝土，再生骨料RA 的取代率可以高达100%。③由于再生骨料含有大量的泥粉颗粒，导致再生骨料混凝土具有较大的收缩性能，使用本研究专用聚羧酸减水剂制备的再生骨料混凝土显示出优良的和易性和坍落度经时保持性，可以满足混凝结构的应用需求。