夏月輝（上海建筑科學(xué)研究院有限公司，上海 200032）

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和改擴(kuò)建工程的不斷增多，近年來建筑垃圾量與日俱增。將廢棄混凝土作為再生集料，在一定程度上可以解決混凝土砂石原料來源問題，同時(shí)促進(jìn)建筑垃圾資源化利用。此外，2015 年調(diào)整后的財(cái)稅政策規(guī)定“混凝土等建材產(chǎn)品中廢渣摻量達(dá)到 70% 可享受增值稅即征即退政策，退稅比例 70%”。因此，大摻量固廢混凝土的使用為大勢所趨。

然而，再生資源性能較差，如再生集料、機(jī)制砂等，強(qiáng)度低、吸水率大，對混凝土的工作性能、力學(xué)性能及耐久性能具有不利影響，故再生混凝土以 C 20～C 40 居多。為提升其性能，可將再生集料進(jìn)行強(qiáng)化處理，包括物理強(qiáng)化、化學(xué)強(qiáng)化、碳化強(qiáng)化、微生物強(qiáng)化等。物理強(qiáng)化易引入微裂紋；碳化強(qiáng)化的程度與再生集料可碳化物質(zhì)含量相關(guān)；利用微生物強(qiáng)化再生集料的研究較少，工藝較為復(fù)雜；化學(xué)強(qiáng)化方法現(xiàn)階段受到較多學(xué)者的青睞。

本研究利用鋼渣、礦渣粉、機(jī)制砂、再生粗集料等固廢配制大摻量再生混凝土，其中再生粗集料用水玻璃溶液、甲基硅酸鉀溶液浸漬處理。

1 試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：P·O 42.5 水泥；再生粗集料：破碎混凝土再生集料，其顆粒級配符合 5～25 mm連續(xù)粒級的級配要求；礦粉：S 95 礦粉；粉煤灰：II 級低鈣粉煤灰；中砂：細(xì)度模數(shù)為 2.7；機(jī)制砂：細(xì)度模數(shù)為 3.2；減水劑：固含量為 20%的緩釋型高保坍聚羧酸減水劑；水玻璃：濃度為 40%，模數(shù)為 3.2；甲基硅酸鉀溶液：濃度為 60%。

1.2 試驗(yàn)方法

再生集料混凝土強(qiáng)化方法：甲基硅酸鉀溶液浸泡5 min；水玻璃溶液浸泡 1 h，30℃ 條件下烘干。按照GB/T 2517—2010《混凝土用再生粗集料》測試再生粗集料的吸水率。

大摻量固廢混凝土拌合物工作性能、力學(xué)性能、耐久性分別參照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50081—2019《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》、GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 強(qiáng)化技術(shù)對再生集料性能的影響

選用不同濃度的甲基硅酸鉀溶液（ 15%、10%、5%，浸泡 5 min ）對再生集料進(jìn)行強(qiáng)化；進(jìn)行不同濃度水玻璃（ 3%、5%、8%、10%，浸泡 1 h，烘干溫度為 30℃ ）對再生粗集料吸水率的影響研究，試驗(yàn)結(jié)果如圖 1 所示。

圖1 甲基硅酸鉀、水玻璃溶液濃度對再生集料吸水率的影響

由圖 1 可知強(qiáng)化技術(shù)對再生集料性能有以下影響。

（1）甲基硅酸鉀溶液強(qiáng)化后的再生集料吸水率降低40% 左右。其原因?yàn)榧谆杷徕浫芤涸谠偕系谋砻嫔梢粚泳W(wǎng)狀甲基硅樹脂防水膜，這層水膜具有較好的防水性能，可滲入再生集料的微裂縫中形成防水層，有效降低再生集料的吸水率。

（2）水玻璃溶液強(qiáng)化后的再生集料的吸水率降低20% 左右，其原因?yàn)楣杷徕c溶液析出的硅酸凝膠填充再生集料的毛細(xì)孔；與氫氧化鈣反應(yīng)，生成水硬性硅酸鈣膠體，填充再生集料孔隙，從而降低再生集料的吸水率。

2.2 強(qiáng)化技術(shù)對大摻量固廢混凝土力學(xué)性能的影響

大摻量固廢混凝土配合比如表 1 所示。

表1 大摻量固廢混凝土配合比

2.2.1 甲基硅酸鉀溶液對大摻量固廢混凝土性能的影響

研究不同濃度甲基硅酸鉀溶液（ 1%、3%、5%、10%、15% ）強(qiáng)化對 C 30 大摻量固廢混凝土性能的影響，結(jié)果如圖 2 所示。

由圖 2 可知甲基硅酸鉀溶液的濃度對大摻量固廢混凝土性能有以下影響。

圖2 甲基硅酸鉀溶液的濃度對大摻量固廢混凝土性能的影響

（1）甲基硅酸鉀溶液濃度從 0 增長至 5%，其坍落度保證在 180～200 mm，大摻量固廢混凝土用水量減少，水灰比從 0.52 降至 0.46；低濃度甲基硅酸鉀溶液（ 濃度＜5% ）對大摻量固廢混凝土用水量影響較小。

（2）隨著甲基硅酸鉀溶液濃度的增加，大摻量固廢混凝土力學(xué)性能基本呈現(xiàn)先增后降的趨勢，甲基硅酸鉀溶液濃度為 5%，其 3 d、7 d 抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)組接近，28 d 抗壓

強(qiáng)度較基準(zhǔn)組增加 9.3%。若甲基硅酸鉀溶液濃度過高，在再生集料表面生成的防水薄膜亦較厚，從而妨礙了新老漿體在過渡區(qū)的粘接，使大摻量固廢混凝土的強(qiáng)度下降：若甲基硅酸鉀溶液濃度過低，不能形成防水薄膜，無法填充再生集料表面孔隙。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，適宜的甲基硅酸鉀溶液濃度為5% 左右。

2.2.2 水玻璃對大摻量固廢混凝土性能的影響

研究不同濃度水玻璃溶液（ 3%、5%、8%、10% ）強(qiáng)化對 C 30 大摻量固廢混凝土性能的影響，結(jié)果如圖 3所示。

圖3 水玻璃濃度對大摻量固廢混凝土性能的影響

從圖 3 可以看出，隨著水玻璃濃度的增加，大摻量固廢混凝土用水量先減少后增加。水玻璃濃度為0～5% 時(shí)，其坍落度保證在 180～200 mm，水灰比從 0.52 降至 0.46。當(dāng)水玻璃濃度為 5% 時(shí)，混凝土的 3 d、7 d、28 d 抗壓強(qiáng)度分別比基準(zhǔn)混凝土提高了 3%、11%、12%；而當(dāng)水玻璃濃度為 8% 時(shí)，盡管混凝土的 3 d 和 7 d 抗壓強(qiáng)度提高幅度＞5% 濃度的水玻璃，但是混凝土 28 d 抗壓強(qiáng)度相比基準(zhǔn)混凝土僅提高 7%。其原因?yàn)椋?/p>

（1）水玻璃會與 Ca(OH)2反應(yīng)生成水硬性硅酸鈣凝膠，其反應(yīng)方程式如式 (1) 所示，填充再生集料孔隙和微細(xì)裂縫，改善內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，降低集料的吸水率，因此用水量減少，包裹于再生集料表面，促進(jìn)水泥水化，在一定程度上有利于混凝土的早期強(qiáng)度。

（2）大摻量固廢混凝土中，水玻璃水解產(chǎn)物能與水泥的 Ca2＋、Al3＋生成水化硅酸鈣或鋁酸鈣，促進(jìn)水泥水化，一定程度上促進(jìn)大摻量固廢混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展。

（3）較高濃度水玻璃溶液的水解產(chǎn)物增多，反應(yīng)生成的水化硅酸鈣、鋁酸鈣可能包裹于未水化的水泥顆粒表面，從而影響大摻量固廢混凝土強(qiáng)度的發(fā)展。

2.3 強(qiáng)化技術(shù)對大摻量固廢混凝土耐久性能的影響

從 C30 大摻量固廢混凝土中選取 2 組工作性能、力學(xué)性能較優(yōu)的配比，將強(qiáng)化后的再生粗集料配制混凝土，對混凝土力學(xué)性能、抗凍性、抗氯離子滲透、碳化性能、電通量等測試分析。大摻量固廢混凝土具體配合比及力學(xué)性能如表 2所示，耐久性如表 3 所示。

表2 大摻量固廢混凝土配合比及力學(xué)性能

表3 大摻量固廢混凝土耐久性能

由表 2 和表 3 可知，強(qiáng)化技術(shù)對大摻量固廢混凝土耐久性能有以下影響。

（1）大摻量固廢混凝土 28 d 強(qiáng)度可達(dá)到設(shè)計(jì)要求；且隨著摻合料的進(jìn)一步水化，混凝土在 90 d 齡期內(nèi)強(qiáng)度持續(xù)穩(wěn)定增長，90 d 抗壓強(qiáng)度比 28 d 抗壓強(qiáng)度提高 20% 以上。

（2）快凍 150 次后，混凝土質(zhì)量無損失，相對動彈模量＞85%。

（3）混凝土抗?jié)B等級＞P 6，混凝土抗?jié)B性能良好。

（4）混凝土碳化深度：10～15 mm，滿足混凝土抗碳化性 T-III等級要求，抗碳化性較好；混凝土 56 d 電通量的值＞1 000 C，滿足混凝土抗氯離子滲透性能 Q-III 等級要求，抗氯離子滲透性能較好。

（5）大摻量固廢混凝土 28 d 干縮為 200×10-6左右，低于普通混凝土的干縮（300～500）×10-6；隨著齡期的增加，其干縮均呈現(xiàn)上升趨勢。

3 結(jié) 語

（1）采用浸漬無機(jī)、有機(jī)溶液（水玻璃溶液、甲基硅酸鉀溶液）強(qiáng)化再生粗集料，并利用強(qiáng)化后的再生粗集料配制大摻量固廢混凝土，一定程度上改善了再生集料的性能，并提高了大摻量固廢混凝土力學(xué)性能。

（2）浸漬水玻璃溶液和甲基硅酸鉀溶液均能顯著降低再生粗集料的吸水率，當(dāng)用濃度為 5% 的水玻璃溶液浸漬再生集料時(shí)，再生集料吸水率下降 20%。當(dāng)用濃度為 5%的甲基硅酸鉀溶液浸漬再生集料時(shí)，再生集料吸水率下降42%。

（3）大摻量固廢混凝土工作性和基本力學(xué)性能方面，浸漬水玻璃溶液和甲基硅酸鉀溶液可提高大摻量固廢混凝土強(qiáng)度，當(dāng)水玻璃濃度為 5% 時(shí)，混凝土的 3 d、7 d、28 d 抗壓強(qiáng)度分別較基準(zhǔn)組增加 3%、11%、12%。當(dāng)甲基硅酸鉀溶液濃度為 5% 時(shí)，大摻量固廢混凝土 28 d 抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)組增加 9%。

（4）大摻量固廢混凝土的強(qiáng)度可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且在 90 d 內(nèi)強(qiáng)度持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。經(jīng)快凍 150 次后，質(zhì)量無損失，相對動彈模量＞85%，抗凍性良好?？?jié)B性能良好，混凝土抗碳化、抗氯離子滲透性較好。