再生细骨料对碱激发混凝土强度的影响

2022-03-28张思雨丁丽芳

商品混凝土 2022年3期

张思雨，丁丽芳

（河北建设集团股份有限公司，河北保定 071000）

0 引言

碱激发胶凝材料近年来备受关注。可将矿渣粉作为混凝土的主要胶凝材料，以激发剂激发其潜在活性，生成 C-S-H 凝胶，制备碱激发混凝土。将混凝土企业废弃试块破碎筛分，作为再生骨料进行二次利用，与使用天然骨料的普通混凝土相比，再生骨料混凝土既解决了大量建筑废弃物的处理，又节约了有限的天然资源，兼顾了生态与环保的效益。矿渣粉本为混凝土常用掺合料，可降低混凝土中水泥用量，从而降低水泥生产造成的碳排放和巨大的能源消耗。碱激发胶凝材料与再生粗骨料结合制备混凝土，其经济效益与生态效益都是十分巨大的。

1 试验设计

将破碎后的再生骨料进行筛分，制备再生细骨料，将再生细骨料以 0～100% 的比例、10% 的梯度递增替代天然砂，探究再生细骨料对碱激发混凝土强度的影响，通过混凝土强度筛选再生细骨料最佳掺量。

2 试验成果

2.1 试验原料

（1）矿粉（K）：选用 S95 级高炉矿渣粉，主要性能指标见表 2。

表 1 矿渣粉性能指标

（2）天然骨料（S）：选用 5～25mm 连续级配青碎石，表观密度 2700kg/m3，堆积密度 1570kg/m3，压碎指标值 5.1%；细骨料选用中砂，细度模数 2.6。

（3）再生细骨料（ZS）：将混凝土公司留样试块进行破碎、筛分，作为混凝土再生细骨料，压碎指标28.7%，筛分分析见表 2。

表 2 再生细骨料性能指标

将以上筛分数据同人工砂颗粒级配标准值对比，再生细骨料 2.5mm 累计筛余超出标准范围（35%～5%），其他粒径累计筛余满足Ⅰ区标准，细度模数3.6，判定为粗砂。

（4）激发剂：采用水玻璃和氢氧化钠，其中水玻璃原液为模数 3.3，波美度 38 的溶液；氢氧化钠为含量96% 的分析纯固体颗粒。氢氧化钠用来调节水玻璃模数，本次试验采用模数为 1.2 的水玻璃激发剂，激发剂掺量为 14%。

（5）水：自来水。

2.2 试验过程

2.2.1 再生细骨料对碱激发混凝土强度的影响

再生细骨料从 0～100% 替代天然砂，以 10% 梯度递增进行混凝土试验，探究再生细骨料对碱激发混凝土强度的影响。具体试验数据见表 2。

试验过程中，随再生细骨料掺量增加，混凝土拌合物状态有所变化，为满足混凝土工作性能要求，通过调节水胶比来保证混凝土具有较好的流动性，坍落度范围保持在 180～210mm 之间。

根据表中数据绘制混凝土强度曲线图，分析再生细骨料掺量对混凝土强度影响。具体见图 1。

图 1 再生细骨料掺量对混凝土强度影响曲线

表 2 再生细骨料不同掺量混凝土配合比试验数据

从混凝土 3d 强度曲线分析，从再生细骨料掺量为50% 开始，混凝土 3d 强度低于基准碱激发混凝土强度；7d 强度随再生细骨料掺量增加先上升，后平稳下降，在掺量为 40% 时，混凝土 7d 强度最高，掺量大于90% 以后混凝土强度低于基准碱激发混凝土强度；28d强度呈先增长、后下降的趋势，再生细骨料掺量为 30%时，混凝土强度达到峰值，强度值 40.6MPa，为基准碱激发混凝土强度值的 126%，当掺量大于 60% 后，混凝土强度低于基准碱激发再生混凝土强度；当再生细骨料完全替代天然细骨料时，28d 混凝土强度值 27.1MPa，为基准碱激发混凝土强度值的 84%。

再生细骨料掺量在 0～30% 时混凝土强度增长，再生细骨料掺量不超过 50%，混凝土强度均高于基准碱激发混凝土，说明在此范围内，再生细骨料与天然细骨料混合后，骨料级配更优，再生细骨料可以调节天然骨料级配缺陷，使混凝土强度有所提升，当掺量大于 50%后，由于水胶比和再生细骨料本身性能指标的影响，混凝土强度开始呈下降趋势。

结合混凝土拌合物状态和混凝土强度整体分析，再生细骨料掺量大于 40% 开始，混凝土拌合物状态开始变差，水胶比提高，强度开始降低，随着再生细骨料掺量越来越高，混凝土强度越低，状态越难调整，因此，得出初步结论，再生骨料最佳掺量为 30%，掺量范围0～40%。

2.2.2 再生骨料存放时间对碱激发混凝土强度的影响

试验过程中发现，再生细骨料的存放时间对混凝土强度具有较大影响，试验中所用再生骨料的来源一般为近期破碎的混凝土废弃试块，龄期在 3d、7d、28d 时经压力机测过强度后进行破碎，作为再生骨料进行使用时，不超过 60d。偶遇特殊情况，储备的再生骨料放置了近六个月，再次使用时混凝土强度较低。

因此设置对照试验将两种再生细骨料与天然骨料进行对比，发现长时间堆放的再生细骨料会降低混凝土强度。具体试验数据见表 3。其中 B1 为放置半年的再生细骨料，B2 为日常使用的再生细骨料，B1 配合比在 3d龄期时没有强度，其 7d、28d 强度均低于基准强度及B2 强度，且相差较大。

表 3 再生细骨料对混凝土强度的影响

分析原因如下：经破碎后制成的再生细骨料多为天然砂与胶凝材料的胶结物质以及胶凝材料水化反应尚未进行完全的晶体，会因时间推移以及空气中湿度变化、温度变化而产生强度变化，如短期内进行应用，部分细骨料中含有未完全水化的胶凝材料成分，可在碱激发混凝土中通过激发剂的影响进行二次水化；另外，其中含有部分被破碎成微粉状态的结晶物质，则可以起到微集料效应，填充混凝土内细小孔径，从两方面来增强混凝土强度。而放置时间较久之后则不再有活性，仅仅起到集料作用，其压碎值指标比天然砂要低，因此导致混凝土强度下降。