周志福

（上海建工南航預(yù)拌混凝土有限公司， 上海 201311）

自“十二五”以來(lái)，建設(shè)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要著力點(diǎn)。作為混凝土的細(xì)骨料天然中砂經(jīng)長(zhǎng)期開(kāi)采以日漸枯竭，細(xì)砂與機(jī)制砂的大量使用必將成為趨勢(shì)。同樣，粗骨料主要依靠傳統(tǒng)粗獷的開(kāi)采方式，嚴(yán)重破壞生態(tài)平衡，且開(kāi)礦產(chǎn)生大量粉塵嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳?；另一方面，城市產(chǎn)生的大量建筑垃圾的處理已成為城市管理的難題，傳統(tǒng)上作為道渣填埋遠(yuǎn)解決不了如此體量龐大的建筑垃圾。將其成再生骨料，既解決城市建筑垃圾問(wèn)題，又減少對(duì)礦山的開(kāi)采，留住青山綠水利國(guó)利民。

1 原材料

水泥采用德清南方PO42.5水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度26%，28天抗壓強(qiáng)度50.2mpa；粉煤灰采用C類(lèi)Ⅱ級(jí)灰，細(xì)度28%，需水量比101%；礦粉采用S95級(jí)礦粉，28d活性指數(shù)99%；外加劑采用聚羧酸高效減水劑，摻量1.1%。

細(xì)骨料采用特細(xì)砂和機(jī)制砂按比例混合，粗骨料采用再生骨料不同比例取代。

表1 細(xì)骨料級(jí)配情況

特細(xì)砂平均粒徑不大于0.315mm，大于1.25mm的顆粒較少，機(jī)制砂和特細(xì)砂混合，可以調(diào)整顆粒分布，補(bǔ)充0.315mm以下的顆粒，使顆粒級(jí)配更加合理。機(jī)制砂MB值0.9，石粉含量6.5%。

表2 混合砂的細(xì)度模數(shù)

表3 粗骨料性能指標(biāo)

2 試驗(yàn)方法

細(xì)砂0.63mm以上的顆粒很少，大部分顆粒分布在0.30mm以下，孔隙率高，需水量高，如單獨(dú)采用特細(xì)砂配制混凝土，必須采用低水膠比，低砂率。過(guò)高的水膠比和砂率會(huì)導(dǎo)致細(xì)砂上浮或下沉，形成表面和下部砂漿集中，混凝土均勻性差的局面，易產(chǎn)生裂縫，對(duì)構(gòu)件力學(xué)性能耐久性均不利。但低水膠比低砂率配出的混凝土流動(dòng)性差，無(wú)法泵送。機(jī)制砂是由機(jī)械破碎，經(jīng)篩分制成的人工砂。一般石粉含量較高，級(jí)配中大于2.36mm小于0.15mm顆粒較多，顆粒多呈狹長(zhǎng)狀或三角狀，粗糙度長(zhǎng)徑都比較大，顆粒圓度低，影響混凝土流動(dòng)性；石粉含量高，需水量大，混凝土粘稠，不利泵送。再生碎石由廢棄的混凝土破碎后分選制成，再生石原料來(lái)源復(fù)雜，吸水率高，缺陷多等特質(zhì)決定其品質(zhì)不穩(wěn)定性。

本文將細(xì)砂、機(jī)制砂和再生碎石三種較為特殊的原材料組合在一起配制混凝土，并研究不同因素對(duì)混凝土性能的影響。試驗(yàn)水膠比采用常用的0.5，膠凝材料總量350kg，摻合料40%。外加劑的摻量為1.1%。

由于再生骨料的加入，試驗(yàn)用水量分為兩部分：一部分是附加水，另一部分是拌合水。附加水可通過(guò)下式計(jì)算決定[1]

ΔW=mRCA×(S’RCA-S’OCA)

式中 ΔW——再生骨料附加水量，kg

mRCA——再生骨料質(zhì)量，kg

S’RCA——再生骨料的相對(duì)吸水率，kg

S’OCA——天然骨料的相對(duì)吸水率，kg

試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)的方法，選取機(jī)制砂與細(xì)砂比例、砂率以及再生骨料的取代率以及摻合料的比例作為因素，每個(gè)因素取四個(gè)水平?？疾烀糠N因素對(duì)混凝土工作性能以及力學(xué)的影響。

表4 因素水平表

采用L16(45)正交表安排試驗(yàn)

表5 試驗(yàn)方案

表6 正交試驗(yàn)配合比

4 396 396 605 404 98：42 26 5 411 274 335 783 84：56 13 6 432 288 162 919 98：42 6 7 454 303 627 418 56：84 25 8 476 317 454 555 70：70 18 9 497 205 503 614 98：42 20 10 505 216 649 433 84：56 26 11 530 227 157 888 70：70 6 12 555 238 303 706 56：84 12 13 548 137 670 447 70：70 27 14 577 144 486 595 56：84 20 15 605 151 314 732 98：42 12 16 634 159 151 858 84：56 6

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

表7 正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表8 坍落度和容重極差分析

影響坍落度的因素順序?yàn)?ACDB,即機(jī)制砂和細(xì)砂的比例對(duì)坍落度的最大，其次是再生石，砂率外摻料的比例對(duì)坍落度的影響略小。機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)較大，一般大于3.0，顆粒尖銳表面粗糙，長(zhǎng)徑比較大石粉含量高，級(jí)配不合理，中間少，兩頭多，對(duì)混凝土的和易性影響較大。細(xì)砂的摻入，使粗骨料與機(jī)制砂之間的空隙得到填充，機(jī)制砂中石粉顆粒細(xì)度與水泥差不多，在混凝土體系中起到微集料的作用，因此細(xì)砂和石粉使體系在不同的粒徑區(qū)間得到補(bǔ)充，體系的孔隙率降低，自由水量增加，混凝土的流動(dòng)性的到改善。但石粉本身具有吸水性，因此，石粉摻量存在一個(gè)臨界值，低于臨界值，可以改善流動(dòng)性，高于臨界值，需水量增大，拌合物粘度增加，屈服剪切應(yīng)力增大，混凝土流動(dòng)性變差。從表8中可以看出機(jī)制砂與細(xì)砂的比例由5：5增加到8：2，混合砂的細(xì)度模數(shù)由2.16增加到2.81，混凝土的坍落度先增大后減小，粘聚性的變化規(guī)律基本相同。當(dāng)機(jī)制砂與細(xì)砂的比例為6：4，細(xì)度模數(shù)2.41時(shí)，混凝土的和易性最佳。

影響容重的因素順序?yàn)?CABD,再生石的摻入比例對(duì)容重影響最大，其次是機(jī)制砂的摻入比例，砂率和外摻料的影響略小。再生石比天然碎石比表觀密度小，因此隨著再生石的增加，混凝土的容重降低。機(jī)制砂與細(xì)砂的孔隙率都較大，其它材料不變，混凝土的容重與混合砂緊密密度正相關(guān)。

表9 泌水極差分析

影響泌水的因素順序?yàn)?ABCD,機(jī)制砂對(duì)泌水的影響最大，其次是砂率，再生骨料和摻合料的影響較低。隨著機(jī)制砂的摻入比例由5：5增加到8：2，泌水率先降低后升高。一方面細(xì)砂石粉和粉煤灰礦粉的加入，微集料效應(yīng)改善體系的顆粒分布，同時(shí)也使泌水通道變長(zhǎng)，對(duì)降低泌水率有利。另一方面，細(xì)砂比表面積大需水量高，機(jī)制砂中的石粉也有吸水的特性，細(xì)砂石粉的加入增大了混凝土的需水量，體系的自由水量減少。當(dāng)機(jī)制砂與細(xì)砂的比例為7：3時(shí)，體系的顆粒級(jí)配效應(yīng)與細(xì)砂石粉的需水疊加，泌水率最低。再生石的高吸水率對(duì)混凝土的保水性有利，隨著再生石的增加泌水率呈降低趨勢(shì)。

表10 強(qiáng)度極差分析

影響7d強(qiáng)度因素的順序ACDB，影響28d強(qiáng)度因素的順序ACBD。機(jī)制砂的摻量對(duì)強(qiáng)度影響最大，其次是再生石。砂率和摻合料的影響略小。

隨著機(jī)制砂與細(xì)砂的比例有5：5增加到8：2，7d和28d強(qiáng)度均呈

表1 機(jī)制砂對(duì)強(qiáng)度的影響

先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)機(jī)制砂摻量60%細(xì)度模數(shù)為2.41時(shí)，混合砂為中砂符合Ⅱ區(qū)，骨料實(shí)現(xiàn)最大密度堆積，強(qiáng)度最佳。機(jī)制砂質(zhì)地堅(jiān)硬，破碎表面新鮮，具有較高的表面能，且表面粗糙，形狀不規(guī)則，限制了水泥石的變形，改善水泥石和機(jī)制砂的界面性能。減少界面的孔隙，降低界面應(yīng)力集中。適量的石粉不僅可以改善混凝土的和易性，而且改善混凝土的微結(jié)構(gòu)。有研究表明，細(xì)石灰石粉在早期為水化硅酸鈣凝膠提供有利成核和生長(zhǎng)的表面，加速水泥水化[2]。

表2 再生骨料對(duì)強(qiáng)度的影響

再生骨料的取代率從15%增加到45%，平均強(qiáng)度為別為36.2mpa、34.6mpa和35.3mpa，變化不大，再生骨料取代率30%時(shí)最高強(qiáng)度達(dá)39.2mpa，與純天然骨料和天然中砂配制的混凝土相差無(wú)幾。再生骨料中存在著未水化的膠凝材料，拌制成混凝土?xí)r再次水化，再生骨料的再次水化效應(yīng)與吸水性相應(yīng)疊加造成混凝土實(shí)際水膠比降低。其次，再生石的高吸水率，在拌制過(guò)程中吸入大量的自由水，當(dāng)水泥水化時(shí)，新砂漿內(nèi)自由水不斷被消耗，于是再生石與新水泥砂漿界面產(chǎn)生濕度梯度，由于毛細(xì)管的壓力差，再生石內(nèi)的自由水向新的水泥石內(nèi)遷移，使界面過(guò)渡區(qū)水化更充分，提高界面強(qiáng)度，產(chǎn)生“內(nèi)養(yǎng)護(hù)效應(yīng)”。取代率由45%增至60%時(shí)，強(qiáng)度明顯下降。從破壞形態(tài)上來(lái)區(qū)分，混凝土的破壞有三種：水泥砂漿破壞，骨料破壞，水泥砂漿和骨料界面破壞。混凝土的強(qiáng)度由三者中最弱的部位決定，再生骨料情況較復(fù)雜，僅界面就存在三種不同形式：一、原始骨料與原始砂漿之間的界面；二、原始砂漿與新砂漿之間的界面；三、原始骨料與新砂漿之間的界面。由這些界面構(gòu)成的混凝土過(guò)渡區(qū)對(duì)混凝土的力學(xué)性能產(chǎn)生較大的影響。其次再生石在加工過(guò)程中附著的砂漿層容易產(chǎn)生微裂縫，這種原始的損傷也將成為混凝土結(jié)構(gòu)最薄弱的環(huán)節(jié)之一。當(dāng)再生骨料的摻量上升至 60%后，界面缺陷以及加工產(chǎn)生的裂縫產(chǎn)生的負(fù)面影響占主導(dǎo)，因此強(qiáng)度下降明顯。

4 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)研究本文得出如下結(jié)論：

（1）混凝土坍落度影響因素依次為：混合砂＞再生骨料＞砂率＞摻合料?；旌仙盎炷辽奥什灰诉^(guò)高，本文機(jī)制砂與細(xì)砂比例為6：4，砂率40%時(shí)，混凝土的工作性能與力學(xué)性能與天然砂混凝土無(wú)異。

（2）混凝土泌水影響因素依次為：混合砂＞砂率＞再生骨料＞摻合料，適量的石粉加入可以改善混凝土的泌水。

（3）水膠比為0.5時(shí)，混凝土強(qiáng)度影響因素依次為：混合砂＞再生骨料＞砂率＞摻合料。再生石取代率不大于45%時(shí)，對(duì)混凝土和易性和強(qiáng)度影響不大。