減輕再生骨料吸水性負面影響的研究與應(yīng)用

孫巧玲

七冶建設(shè)集團有限責(zé)任公司 貴州 貴陽 550014

引言

建筑是一個高能耗產(chǎn)業(yè)，粗骨料是生產(chǎn)混凝土的重要原材料，占有很大的比重，它雖然是可直接開采而獲得的自然資源，但由于近幾十年城市化發(fā)展迅速，已經(jīng)開始出現(xiàn)短缺現(xiàn)象[1]。與此同時，城市棚戶區(qū)和農(nóng)村改造也產(chǎn)生了大量建筑垃圾，這些建筑垃圾的堆放和處理問題也一直未尋找到對環(huán)境保護和經(jīng)濟效益都有利的方式來處理。廢棄混凝土經(jīng)傳統(tǒng)處理方式而得到的再生骨料，表面不光滑、有棱角，再生骨料成分里也包含一定的硬化水泥砂。另一方面，建筑垃圾在破碎過程中產(chǎn)生了許多細小的微裂縫，這些微裂縫使得再生骨料具有孔隙率大、高吸水力等缺陷。再生骨料的主要問題是其高孔隙率而產(chǎn)生的高吸水能力，導(dǎo)致再生骨料使用傳統(tǒng)混合方式配制的再生混凝土用水量大、和易性差、坍落度損失快[2-3]。從而使得傳統(tǒng)混合方式生產(chǎn)的再生混凝土力學(xué)性能較差，無法取代天然混凝土。因此，需要調(diào)整再生骨料的混合方式及順序，減輕再生骨料吸水性對再生混凝土力學(xué)性能的負面影響[4]。

1 工藝原理

根據(jù)等量砂漿原理，由于再生粗骨料中含有部分殘余砂漿，為使最終拌制的再生混凝土骨料體積總量和水泥漿體積總量與普通混凝土中的各量值相近，減少原配合比中細骨料及水泥約10%的摻和量。

根據(jù)研究和工程應(yīng)用表明，再生骨料的替代量為50%，含水率在80%左右時，可以達到最佳的力學(xué)性能。集料的吸水過程分為兩個階段，在第一階段，集料快速吸收水分至表面較大的孔洞；在第二階段，集料吸收水分至更深更小的孔洞。試驗表明，集料含水率在5分鐘時達到80%左右。至此，第一階段轉(zhuǎn)至第二階段，而第二階段的吸水量可以忽略不計。因此，在添加水泥之前，將所有集料用水預(yù)潤濕5分鐘，即可達到再生骨料最佳含水率狀態(tài)。

在分階段混合時，先加了一半的攪拌用水，這有助于所有骨料的表面先附著上一層薄薄的水膜，在接下來攪拌水泥時，水泥顆粒與再生骨料之間可以連接地更緊密，提高了結(jié)合性，提高了骨料和水泥之間的黏合性。最后，向骨料中加入剩下的水，則會使水化反應(yīng)更完全。這種工藝上的改變大大減少了孔隙，后期的水分蒸發(fā)也因此減少。干燥收縮的降低使得混凝土的強度提高。

2 施工工藝流程

2.1 取得再生粗骨料，調(diào)整再生混凝土配合比

第一步，在施工現(xiàn)場對拆除下來的建筑垃圾進行分類，再使用挖掘機械進行破碎，然后將其運至項目部，再使用鄂式破碎機再次進行破碎，再經(jīng)篩分得到再生粗骨料的粒徑范圍為5～25 mm。由于再生粗骨料中含有部分殘余砂漿，根據(jù)等量砂漿原理，減少原配合比中細骨料及水泥約10%的摻和量。

2.2 預(yù)飽和處理

按照配合比，將50%再生粗骨料、50%天然粗骨料、細骨料進行攪拌；向完成初次攪拌的骨料浸入水中，并攪拌5分鐘，使再生骨料達到最佳含水率狀態(tài)；預(yù)潤濕骨料后，排出多余的水并自然風(fēng)干，使骨料表面無水。

通過對配合比中天然細骨料、天然粗骨料、再生粗骨料采用網(wǎng)籃法分別測得其吸水率顯示，所有骨料的吸水行為都是相似的，即分為兩個階段。在第一階段，集料快速吸收水分至表面較大的孔洞；在第二階段，集料吸收水分至更深更小的孔洞，并且吸收的速率慢得多。骨料的最佳預(yù)飽和時間在第一階段結(jié)束后，即5分鐘時，其吸水率達到最大值的80%左右。三種骨料在5分鐘后，吸水率則變化不大。

2.3 第一混合階段

將混凝土配合比中攪拌用水的二分之一加入骨料，攪拌2分鐘。使粗細骨料先附著一層水膜，在接下來攪拌水泥時水泥顆?？梢愿玫馗街诖旨毠橇仙?，提高了結(jié)合性。

2.4 第二混合階段

加入水泥和聚羧酸高效減水劑，含量約為3.5%，攪拌1分鐘，更進一步提高再生混凝土的各項力學(xué)性能。

2.5 第三混合階段

再加入剩余50%的攪拌用水，攪拌2分鐘，使再生粗骨料表觀細微裂縫被新攪拌的水泥砂漿充分填充，進一步提高再生混凝土的抗壓強度、抗折強度等基本力學(xué)性能。防止水從內(nèi)部流向水泥膏體基質(zhì)，有效減小界面過渡區(qū)的水灰比，并改善了界面過渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)，使骨料四周的界面過渡區(qū)更加緊密，因此極大地提高了再生混凝土中骨料與水泥之間的黏結(jié)力。

2.6 坍落度試驗及抗壓強度對比試驗

2.6.1 坍落度試驗。將完全傳統(tǒng)混合方式天然集料混凝土、傳統(tǒng)混合方式再生混凝土、經(jīng)過分階段混合的再生混凝土分別取樣；采用高300mm喇叭狀的坍落度桶，灌入攪拌好的混凝土并分三次填裝，每次填裝后用搗錘沿桶壁均勻由外向內(nèi)擊25下，搗實后，抹平。然后拔起桶，分別測得三組混凝土的坍落度[1]。

試驗表明，分階段混合的再生混凝土坍落度與傳統(tǒng)混合方式天然集料混凝土差異不大，即混凝土的塑化性能和可泵性能相當(dāng)，可以保證施工的順利進行。

表1 三種混凝土坍落度分析表

2.6.2 抗壓強度對比試驗。將完全傳統(tǒng)混合方式天然集料混凝土、傳統(tǒng)混合方式再生混凝土、經(jīng)過分階段混合的再生混凝土分別取樣，制作的邊長為150mm標準立方體試件，經(jīng)同條件養(yǎng)護7天、28天，送試驗室測得抗壓強度。

試驗表明傳統(tǒng)混合方式再生混凝土的抗壓強度略高于傳統(tǒng)混合方式天然混凝土和分階段混合再生混凝土，這是因為再生粗骨料的內(nèi)部微裂縫吸水率較大，并且該吸水過程較迅速，在混凝土硬化之前就完成了吸水過程，使得再生混凝土的實際水膠比降低，從而抗壓強度高于另外兩組。但試驗同時證明，分階段混合再生混凝土的抗壓強度與傳統(tǒng)混合方式天然混凝土相當(dāng)。

3 材料控制

再生骨料在粗骨料中的取代率由計算和試配確定，宜控制在50%以下，天然骨料各項指標應(yīng)符合現(xiàn)行《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法》JGJ 52-2006中的有關(guān)要求。再生骨料的檢驗應(yīng)按照現(xiàn)行《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 240-2011要求執(zhí)行。再生混凝土配合比設(shè)計在普通混凝土配合比的基礎(chǔ)上加以調(diào)整。砂率適當(dāng)增加，外加劑用量增大膠凝材料總量的0.2%。

4 質(zhì)量控制

4.1 再生骨料質(zhì)量要求

再生骨料材料控制執(zhí)行現(xiàn)行行業(yè)標準《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 240-2011。再生粗骨料的顆粒級配及取樣方法應(yīng)執(zhí)行現(xiàn)行行業(yè)標準《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法》JGJ 52-2006。測量再生混凝土的坍落度和流動度方法應(yīng)執(zhí)行現(xiàn)行國家標準《普通混凝土拌合物性能試驗方法》GB/T 50080—2016。

再生混凝土強度檢驗評定方法執(zhí)行現(xiàn)行國家標準《混凝土強度檢驗評定標準》GB/T50107-2010。再生粗骨料質(zhì)量要求見表2。

表2 再生粗骨料質(zhì)量要求

4.2 質(zhì)量保證措施

按ISO19001-2015標準的要求，建立健全質(zhì)量管理體系，由項目經(jīng)理負責(zé)確保管理體系的有效運行。在使用前，對再生骨料必須嚴格檢驗，防止不符合要求的再生骨料用于再生混凝土的生產(chǎn)。施工用水要嚴格按照國家標準，不得使用污水、酸堿水及油污水，以確保再生混凝土的工作性能。

對攪拌設(shè)備的計時器進行檢查，確定其出水量，施工中嚴格按照配合比攪拌用水量分兩次加水，不能隨意調(diào)整比例。攪拌時必須嚴格按照配合比加料，逐盤過稱稱重，按照配合比的要求，確保配料質(zhì)量偏差在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

5 安全措施

認真貫徹落實“安全第一，預(yù)防為主，綜合治理”的安全生產(chǎn)方針，嚴格執(zhí)行生產(chǎn)責(zé)任制，明確各級人員的職責(zé)，抓好工程的安全生產(chǎn)。現(xiàn)場施工前需進行全面的、有針對性的書面安全技術(shù)交底，受交者須完全領(lǐng)會交底內(nèi)容，并履行簽字手續(xù)。高空作業(yè)、危險崗位要制定安全作業(yè)指導(dǎo)書，嚴格按照安全隱患檢查程序執(zhí)行。

6 環(huán)境保護措施

建立安全環(huán)保制度，采取有效的措施控制施工現(xiàn)場的揚塵、噪聲、廢料等管理。骨料在一定范圍內(nèi)集中堆放，合理布置，規(guī)范圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工現(xiàn)場井然有序，整潔文明。及時清理多余的廢混凝土，減少固體廢渣排放。

7 結(jié)束語

使用分階段混合的方法，減少了再生骨料吸水性較大的負面影響，在提高再生骨料的置換率的前提下，使再生混凝土的各項工作性能與普通混凝土相當(dāng)，能夠滿足普通建筑結(jié)構(gòu)的使用要求。