彭春元，余　斌，彭　涓，张小鹏，黄冲，谢欢愉，陈机构，李文，罗新建

混凝土用再生胶凝材料的试验研究

彭春元1，余斌2，彭涓3，张小鹏1，黄冲1，谢欢愉2，陈机构2，李文1，罗新建1

（1．广州大学土木工程学院，广东广州510006；2.广州穗业混凝土有限公司，广东广州511483；3.兰州石化职业技术学院，甘肃兰州730060）

通过破碎机、筛分机和球磨机等设备将混凝土废弃物加工成再生胶凝材料，并对其细度、需水量比、胶砂流动度比、活性指数进行了对比分析。结果表明，再生胶凝材料性能基本符合GB/T 1596—2005对Ⅱ级粉煤灰的要求。再生胶凝材料对混凝土的坍落度无影响，能满足混凝土力学性能要求。当C30和C40混凝土中的再生胶凝材料掺量分别为11%和19%时，粉煤灰替代率分别约为40%和100%。研究成果对节省混凝土原有胶凝材料用量、扩大混凝土掺和料来源、实现混凝土废弃物综合利用具有参考价值。

再生胶凝材料；坍落度；力学性能

0　引言

在我国，每年浇注混凝土15亿～20亿m3；与此同时，城市改造建设也会拆除部分老化的建筑与结构，导致混凝土解体量越来越多。保守估计，我国每年产生1亿t左右的废弃混凝土，而全世界废弃混凝土年产生量高达10亿t以上［1］。混凝土用矿物掺合料（矿渣粉、粉煤灰、硅灰等）的加入不仅可以节省水泥，还在一定程度上改善混凝土的工作性，提高混凝土的性能［2］。因此，矿物掺合料被广泛应用于混凝土生产中。目前我国正在建设中的重大工程，如高铁、桥梁、隧道和水利工程对于优质矿物掺合料需求巨大，已经出现供不应求的局面，尤其S95以上矿渣粉、Ⅰ级粉煤灰等掺合料，一些重大工程因无法保障供应而不得不延缓施工进度［3］。因此，一方面要有效地使用现有胶凝材料，同时也要扩大胶凝材料的来源，寻找能够替代现有胶凝材料的活性材料。研究表明，利用废弃混凝土制备再生骨料的同时，还可以生产再生胶凝材料（即将废弃的混凝土经过破碎、筛分后从中分离出粉料，经球磨后制备出能够替代天然矿物掺合料的活性粉末），从而达到废弃混凝土零排放，做到绿色混凝土生产。

1　混凝土用再生胶凝材料的制备

首先利用高效细碎机和直线振动筛分机将废弃混凝土进行破碎并筛分，可得到80%以上的再生细料；其次将再生细料进一步筛分出再生细骨料和再生细粉，并将再生细粉进一步球磨制得再生胶凝材料（制备流程见图1）。因此，制备再生胶凝材料的关键是采用了专业设备厂家生产的细碎机和筛分机。另外，为达到一定的细度，对再生粗粉进行粉磨时要控制粉磨技术参数，表1为再生胶凝材料的球磨工艺参数。

从图1可以看出，再生胶凝材料加工制备过程的所有扬尘点均与除尘器相连，由除尘器集中处理得到的粉尘同样可以作为再生胶凝材料。另外，如果所收集的废弃混凝土为混凝土搅拌站清洗搅拌车进行砂石分离后产生的废渣料，可经过日晒达到一定含水率后碾碎到一定粒径直接进行球磨，根据入磨粒度控制粉磨时间10～20 min也可得到再生胶凝材料。因此，上述再生胶凝材料加工制备工艺不仅可以减少混凝土搅拌站废弃物占地面积，还可以最大限度实现固体废弃物回收再利用，做到绿色混凝土生产。图2为上述工艺制备的再生细料、再生细骨料、废渣料、再生细粉、再生胶凝材料和除尘器粉尘的照片。

图1　再生胶凝材料的加工制备流程

表1　再生胶凝材料的球磨工艺参数

图2　废弃混凝土制备的再生材料照片

2　试验

2.1原材料

水泥：广州鸿丰P·Ⅱ52.5R水泥，标准稠度用水量25.6%，基本物理力学性能见表2。

表2　水泥的基本物理力学性能

矿物粉：S95级，唐山新型建材有限公司；粉煤灰，Ⅱ级，珠江电厂。粉煤灰和矿渣粉的技术指标见表3。

表3　矿渣粉与粉煤灰的技术指标

细骨料：标准砂；广东西江河砂（Ⅱ区中砂）。

粗骨料：广东惠州5～25 mm连续粒级碎石。

聚羧酸减水剂：广州洛美建材有限公司生产，主要技术指标见表4。

表4　聚羧酸减水剂的主要技术指标

2.2试验方法

以水泥为基准，将粉煤灰及各种不同粉料进行细度、需水量比、胶砂流动度比、活性指数测试，通过对比分析，探讨再生胶凝材料在混凝土中应用的可能性。试验方法主要参照GB/T 1596—2005《用于水泥与混凝土中的粉煤灰》；GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》和GB/T 2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》。

以不掺再生胶凝材料的混凝土配合比为基准，再生胶凝材料占胶凝材料质量5%～25%掺入到混凝土中，替代混凝土中粉煤灰，探讨再生胶凝材料掺量对混凝土坍落度与力学性能的影响。试验方法主要参照GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》。

3　试验结果及分析

3.1再生胶凝材料的性能试验结果及分析

表5是采用标准砂进行的各种粉料的性能测试结果。

表5　各种粉料的性能测试结果

从表5可以看出，各种粉料的粗细程度为：水泥粉最细、再生细粉颗粒最粗、废块料再生胶凝材料和废渣料再生胶凝材料的细度基本相同，但稍高于GB/T 1596—2005对Ⅱ级粉煤灰要求；而试验用粉煤灰的细度介于水泥与再生胶凝材料之间。各种粉料的需水量比相差不大。试验用粉煤灰胶砂流动度高于水泥，这是由粉煤灰内的微珠效应所致。再生细粉和废渣料再生胶凝材料的胶砂流动度较低，废块料再生胶凝材料胶砂流动度稍高但仍低于试验用粉煤灰。再生细粉和废块料再生胶凝材料的活性指数均低于试验用粉煤灰，但废渣料再生胶凝材料活性指数与试验用粉煤灰相差不大。再生胶凝材料经过粉磨工艺后，颗粒变细致使潜在活性得以发挥。这是因为磨细加工本身就是使材料机械活化的有效方法之一［4］。值得注意的是，试验中发现废渣料再生胶凝材料的掺量需降低到水泥质量的20%（GB/T 1596—2005要求为30%）才能进行胶砂成型，使测得的活性指数与试验用粉煤灰持平。这主要是因为废渣料堆积时间较长，成分相比废弃混凝土块料复杂，其中不乏含较多泥浆等组分，其需水量较大，活性较低。

3.2再生胶凝材料掺量对混凝土性能的影响

以满足实际混凝土结构工程需要所设计的C30（用在某住宅二层柱）和C40（用在某桥梁柱预制梁）混凝土配合比为基础（见表6），坍落度设计值为（180±30）mm，用不同比例废块料再生胶凝材料替代粉煤灰对混凝土坍落度的影响见表7。

表6　基准混凝土的配合比kg

表7　再生胶凝材料掺量对混凝土坍落度的影响

由表7可以看出，随着再生胶凝材料掺量的增加，粉煤灰替代率逐渐增大。针对C30和C40混凝土的坍落度要求，再生胶凝材料的最佳掺量分别为11%和19%，此时粉煤灰替代率分别达到37.5%和99.8%，随后进一步增加再生胶凝材料掺量时，混凝土坍落度明显下降。因此再生胶凝材料对C30混凝土的粉煤灰替代率在40%左右比较合适，而对C40混凝土，粉煤灰替代率可以提高到100%。当C40混凝土中再生胶凝材料掺量增到25%时，已替代掺和料中的部分矿渣，使胶凝材料体系的颗粒级配受到影响，整体偏粗，矿渣及粉煤灰构成的复合细颗粒填充效应与分散效应降低，所以混凝土流动性降低，坍落度急剧减小。

按照表6配比，用不同比例废块料再生胶凝材料替代粉煤灰，再生胶凝材料掺量对混凝土7d、28 d抗压强度、28 d抗折强度和28d劈裂抗拉强度的影响见表8。

表8　再生胶凝材料掺量对混凝土强度的影响

从表8可以看出，所有掺再生胶凝材料的混凝土28 d抗压强度均满足相应强度等级要求，且随着龄期由7 d延长到28 d，强度亦随之提高。掺再生胶凝材料的C30混凝土7 d和28 d抗压强度均低于基准混凝土。但C40混凝土的7 d抗压强度均高于基准混凝土；当再生胶凝材料掺量超过8%时，28 d抗压强度也普遍高于基准混凝土。因此，再生胶凝材料有利于C40混凝土强度的提高。

由表8还可以看出，无论是否掺再生胶凝材料，同样强度等级的混凝土抗折强度均高于劈裂抗拉强度；混凝土强度等级由C30提高至C40时，抗折强度提高幅度大于劈裂抗拉强度。C30混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度随着再生胶凝材料掺量的提高均稍有下降。再生胶凝材料对C40混凝土抗折强度和劈裂抗拉强度的影响在1.0 MPa范围内波动；当再生胶凝材料达到C40混凝土要求的最佳掺量（19%）时，其抗折强度和劈裂抗拉强度较基准混凝土仅降低0.4 MPa。

4　结论

（1）再生胶凝材料除细度稍低外，需水量、胶砂流动度和活性指数均基本符合GB/T 1596—2005对Ⅱ级粉煤灰的要求，可以尝试取代粉煤灰制备混凝土。

（2）为满足C30和C40混凝土的坍落度要求，再生胶凝材料的最佳掺量分别为11%和19%，此时C30混凝土的粉煤灰替代率在40%左右，而C40混凝土的粉煤灰替代率接近100%。

（3）随着龄期的延长，掺再生胶凝材料的混凝土抗压强度亦随之提高，且28 d抗压强度均满足设计强度等级要求；掺再生胶凝材料的C30混凝土7 d和28 d抗压强度均低于基准混凝土；C40混凝土的7 d抗压强度均高于基准混凝土，当再生胶凝材料掺量超过8%时，28 d抗压强度也普遍高于基准混凝土。因此，再生胶凝材料有利于C40混凝土强度的提高。

（4）与基准混凝土类似，掺再生胶凝材料的混凝土抗折强度均高于抗劈裂强度；C30混凝土的抗折强度和劈裂强度随着再生胶凝材料掺量的提高呈小幅下降；再生胶凝材料对C40混凝土抗折强度和劈裂强度的影响较小。

［1］何勤，谢曦，刘凤源，等.国内外废弃混凝土分离回收及应用技术［J］.新型建筑材料，2013（10）：38-40.

［2］雷文晗，赵大军，程志勇.石灰石粉作为混凝土矿物掺合料的应用研究进展［J］.粉煤灰综合利用，2013，53（4）：53-56.

［3］水中和.构建可持续的混凝土原材料新体系［J］.中国建材，2014（1）：20-22.

［4］崔自治.粉煤灰活化措施研究［J］.新型建筑材料，2002（9）：22-25.

Experimental research of recycled gelled material in concrete

PENG Chunyuan1，YU Bin2，PENG Juan3，ZHANG Xiaopeng1，HUANG Chong1，XIE Huanyu2，CHEN Jigou2，LI Wen1，LUO Xinjian1
（1.Guangzhou University of Civil Engineering College，Guangzhou 510006，Guangdong，China；2.Guangzhou Suiye Concrete Limited，Guangzhou 511483，Guangdong，China；3.Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology，Lanzhou 730060，Gansu，China）

The concrete waste was processed into the recycled gelled material through the crusher，sieve machine and ball crusher，and its fineness，water requirement ratio，mortar fluidity ratio and activity index were compared.The results showed that the properties of the recycled gelled material were basically in line with the national standard of gradeⅡfly ash requirements.The recycled gelled material had no effect on the concrete slump，meeting concrete mechanical properties requirements.When the C30 and C40 concrete recycled gelled material dosage were 11%and 19%，the fly ash substitution rates were about 40%and 100%，respectively.The research achievements had certain reference value on the amount of saving the original concrete gelling materials，expanding concrete admixture sources and achieving the comprehensive utilization of the concrete waste.

recycled gelled material，slump，mechanical properties

TU528.04

A

1001-702X（2015）12-0052-04

广州市2014年科技慧民专项（2014Y2-00190）；

广州市科技创新平台项目（15180005）

2015-07-10；

2015-08-20

彭春元，女，1966年生，湖南衡山人，副研究员，主要研究方向为固废利用及再生混凝土。