耿世博，邢振賢，孫培釗

(華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045)

0 前 言

近年來(lái)環(huán)境與資源問(wèn)題被世界各國(guó)所重視，其中用量最大的人造建筑材料——混凝土對(duì)資源的消耗以及對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響越來(lái)越受到人們的關(guān)注。將廢棄混凝土等建筑垃圾經(jīng)過(guò)破碎、篩分等工藝加工后作為再生骨料來(lái)制備再生骨料混凝土，是當(dāng)今世界眾多國(guó)家為實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略所追求的目標(biāo)之一。

由于破碎混凝土的棱角多，表面有大量的硬化水泥漿，且會(huì)產(chǎn)生大量的細(xì)微裂縫等,導(dǎo)致再生骨料生產(chǎn)的混凝土強(qiáng)度不高。為了解決這些問(wèn)題，一些專(zhuān)家學(xué)者通過(guò)物理和化學(xué)的方法對(duì)其進(jìn)行研究。化學(xué)方法即用各種化學(xué)漿液對(duì)再生骨料進(jìn)行浸泡、淋洗等處理，來(lái)解決再生骨料的吸水率大、孔隙率大、壓碎值指標(biāo)低等問(wèn)題。物理方法則是通過(guò)減少再生骨料表面附著的舊水泥漿來(lái)強(qiáng)化再生骨料。

鄧壽昌等[1]對(duì)國(guó)內(nèi)外再生混凝土現(xiàn)狀分析表明僅采用再生粗骨料制成的再生混凝土，其抗壓強(qiáng)度同普通混凝土強(qiáng)度相比幾乎不下降，甚至還要略高，前提是水泥用量要增加。陳建良等[2]研究表明用10%的聚乙烯醇溶液可以有效地改善再生骨料本身的吸水率高、孔隙率大的問(wèn)題，對(duì)再生混凝土的強(qiáng)度有明顯的提升。程海麗等[3]研究表明5%水玻璃溶液浸泡1 h，對(duì)再生骨料強(qiáng)度有明顯的提高作用。范玉輝等[4]研究表明4.75～31.5mm連續(xù)級(jí)配的再生粗骨料用0.5%聚乙烯醇溶液改性浸泡后其再生混凝土強(qiáng)度增加了7.2%。

本試驗(yàn)采用水玻璃與聚乙烯醇兩種溶液對(duì)再生骨料進(jìn)行化學(xué)改性強(qiáng)化，研究其在不同濃度與不同浸泡時(shí)間下對(duì)再生混凝土的強(qiáng)化效果。

1 試驗(yàn)材料

水泥采用新鄉(xiāng)秀建水泥廠生產(chǎn)的42.5普通硅酸鹽水泥。再生粗骨料采用鄭州市鄭東新區(qū)(前程)建筑垃圾消納場(chǎng)的再生磚混骨料。天然粗骨料來(lái)自鄭州市金水區(qū)天榮建材市場(chǎng)。細(xì)骨料是鄭州市金水區(qū)天榮建材市場(chǎng)采購(gòu)的機(jī)制砂。水采用鄭州市自來(lái)水。水玻璃的模數(shù)為3.0，密度為1.2 g/cm3。聚乙烯醇(PVA)的聚合度為1 700，醇解度為88%。

2 再生骨料混凝土的制備及性能試驗(yàn)

2.1 骨料的基本性能(見(jiàn)表1～2)

表1 粗骨料的基本性能

表2 細(xì)骨料的基本性能

2.2 再生骨料的強(qiáng)化處理與混凝土的制備

2.2.1 水玻璃改性再生骨料的強(qiáng)化處理

改性機(jī)理：采用水玻璃浸泡改性再生粗骨料時(shí)，水玻璃發(fā)生硬化，進(jìn)而析出硅酸鈉凝膠來(lái)修補(bǔ)再生粗骨料的裂縫，同時(shí)水玻璃與水泥砂漿的水化產(chǎn)物Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)生成水硬性硅酸鈉凝膠，來(lái)對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)[5]，從而降低再生粗骨料的吸水率。

分別配制3%、5%、7%濃度的水玻璃溶液，然后將混凝土再生粗骨料在以上濃度的水玻璃溶液中分別浸泡1、24 h后，撈出并晾干備用(RAC-Ⅰ)。

2.2.2 PVA改性再生骨料的強(qiáng)化處理

改性機(jī)理：聚乙烯醇(PVA)是一種高分子聚合物，骨料浸泡后可有效降低再生粗骨料的孔隙率，同時(shí)也能使新拌混凝土的和易性提高，從而提高再生混凝土強(qiáng)度[5]。

分別配制0.3%、0.5%、0.7%濃度的PVA溶液，按照上述方法對(duì)再生粗骨料進(jìn)行強(qiáng)化處理(RAC-2)。見(jiàn)表3。

表3 再生骨料強(qiáng)化處理種類(lèi)

2.2.3 再生混凝土的制備

混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30，水灰比0.45，砂率36%，配合比為：水210 kg/m3、水泥467 kg/m3、砂620 kg/m3、石子1 103 kg/m3，粗骨料為5～20 mm的連續(xù)級(jí)配，試件尺寸100 mm×100 mm×100 mm，采用人工拌和，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。

2.3 再生混凝土性能檢測(cè)

混凝土性能檢測(cè)結(jié)果如表4。

表4 混凝土性能檢測(cè)結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)表4中數(shù)據(jù)分別繪制不同溶液與不同浸泡時(shí)間下，再生混凝土抗壓強(qiáng)度的柱狀圖與折線圖(見(jiàn)圖1～4)。

圖1 不同濃度水玻璃與不同浸泡時(shí)間下再生混凝土的強(qiáng)度

圖2 水玻璃溶液濃度與浸泡時(shí)間對(duì)再生混凝土強(qiáng)度的影響

圖3 不同濃度PVA溶液與不同浸泡時(shí)間下再生混凝土的強(qiáng)度

圖4 PVA溶液濃度與浸泡時(shí)間對(duì)再生混凝土強(qiáng)度的影響

對(duì)表4中數(shù)據(jù)分析可知，改性后的再生骨料混凝土強(qiáng)度均比未改性的再生混凝土強(qiáng)度高。與未改性再生混凝土相比，用水玻璃浸泡改性后的再生混凝土與其強(qiáng)度的比值最高為116%(浸泡1 h，水玻璃濃度為5%)和109%(浸泡24 h，水玻璃濃度為5%)；用PVA浸泡改性后的再生混凝土與其強(qiáng)度的比值最高為118%(浸泡1 h，PVA濃度為0.5%)和113%(浸泡24 h，PVA濃度為0.5%)。

這是由于水玻璃發(fā)生硬化析出的硅酸鈉凝膠可以修補(bǔ)再生混凝土粗骨料本身的裂縫。而PVA則是因?yàn)槠淙苡谒笮纬稍魉?，其能填充在再生骨料的空隙中。兩者都能很好地降低再生混凝土的吸水率，降低再生粗骨料的孔隙率等，從而提高再生混凝土?qiáng)度。

從7 d抗壓強(qiáng)度比值和28 d抗壓強(qiáng)度比值可看出，改性再生混凝土早期強(qiáng)度提升較快。其7 d抗壓強(qiáng)度比值均大于28 d抗壓強(qiáng)度比值。

由圖1～4分析得，不同濃度、不同浸泡時(shí)間對(duì)其強(qiáng)度也有影響。相同濃度下，RAC-Ⅰ與RAC-II均隨著浸泡時(shí)間的增加，抗壓強(qiáng)度反而降低。RAC-Ⅰ分別降低了1 MPa(3%濃度)、2 MPa(5%濃度)、1 MPa(7%濃度)。RAC-II分別降低了2 MPa(0.3%濃度)、2 MPa(0.5%濃度)、2 MPa(0.7%濃度)。

相同時(shí)間下，隨著溶液濃度的增高，強(qiáng)度則是先增高后降低。當(dāng)水玻璃濃度5%時(shí)RAC-Ⅰ的強(qiáng)度最高,分別為37 MPa(1 h)和35 MPa(24 h)。當(dāng)PVA濃度為0.5%時(shí)，RAC-II的強(qiáng)度最高，分別為38 MPa(1 h)和36 MPa(24 h)。

4 結(jié) 論

1)PVA和水玻璃改性再生混凝土強(qiáng)度較未改性再生混凝土強(qiáng)度有明顯提升。水玻璃改性再生混凝土強(qiáng)度提升116%，PVA改性再生混凝土強(qiáng)度提升118%。

2)改性再生混凝土較未改性再生混凝土相比，早期強(qiáng)度提升較大。

3)高濃度與長(zhǎng)時(shí)間浸泡再生骨料，對(duì)再生混凝土強(qiáng)度提高不利，甚至?xí)陆?。水玻璃與PVA溶液浸泡再生粗骨料的最佳時(shí)間均為1 h。最佳改性溶液濃度分別為水玻璃5%，PVA0.5%。5%濃度水玻璃溶液與0.5PVA溶液浸泡再生粗骨料1 h的強(qiáng)度分別為37 MPa和38 MPa。

4)相同浸泡時(shí)間下，浸泡0.5%濃度PVA的再生混凝土強(qiáng)度不低于浸泡5%水玻璃的再生混凝土強(qiáng)度。其改性強(qiáng)化效果更加明顯。

[ID:009434]