再生骨料对混凝土性能的影响

再生骨料对混凝土性能的影响

随着我国经济的飞速发展,建筑行业也取得了巨大的进步。如今我国人民生活水平越来越高,这也使人们对于环境保护方面有了更高的要求。在这种环境下,每一个建筑企业不仅需要考虑建筑工程的质量,还需要关注建筑施工过程的环保要求。骨料是建筑工程当中必不可少的原材料,而再生骨料主要是由建筑垃圾重新加工而制成的,再生骨料的应用满足了建筑行业的环保要求。但与此同时,也要关注再生混凝土的稳定性。从再生骨料品质方面来看,其质量对再生混凝土的稳定性有着很大的影响,因此,为了在保证建筑质量的基础上推动建筑绿色施工,相关施工单位需要加强对再生骨料品质的关注力度。随着我国城市化进程的不断加快,建筑废料产生量越来越多,在很多城市当中建筑废料的处理已经成为一个巨大的难题。在此背景下,骨料再生技术应运而生。再生骨料主要是对建筑垃圾进行再加工,以此作为建筑工程当中能够利用的再生骨料,此种材料的应用能够进一步降低能源的消耗,对环保事业的推进也有着重要的作用[1-2]。

一、再生骨料性能要求

1.1 再生骨料概念

骨料是土木工程建筑中混凝土的常用原料,该种原料在建筑施工当中的应用能够有效提高建筑的质量和稳定性。随着社会的不断发展,骨料的成分也在不断地发生变化,在过去几年中,骨料通常是由砂石组成。而在人们可持续发展理念不断加强的背景下,骨料应用方面的技术发展也越来越快,很多固体废料经过再加工形成再生骨料,以实现固体废物的循环利用,这些骨料也被称为再生骨料。目前,就我国建筑工程行业而言,再生骨料除了建筑拆除出的混凝土块之外,还夹杂有陶瓷、砖瓦、炉渣、玻璃、矿物废料等等,除此之外,塑料、橡胶、废弃的木头、废纸等等都被应用于再生骨料的制作当中。由此可见,经过相关技术处理后,将杂质经过破碎分级,然后按科学的比例进行混合,这便成为了适应不同建筑要求的再生骨料。再生混凝土主要是利用再生骨料所配制而成的混凝土,相对于再生混凝土,由天然骨料所配制而成的混凝土被称为天然骨料混凝土,这也是建筑当中常规采用的混凝土。针对再生骨料的粒度不同可以将其分为再生粗骨料(粒径在5mm以上),再生细骨料(粒径在0.08~5mm之间),再生微粉(粒径<0.08mm),在实际的建筑施工过程中可以根据不同需求来选用不同粒度的再生骨料。

1.2 再生骨料质量提升原则

1.2.1 经济性原则

对于再生骨料提质技术的选择,经济性是基础。对再生骨料品质提质处理,必然会增加能耗或成本,如果经过品质提升技术处理过的再生骨料的价格高于天然骨料,那么此技术不可能规模化、产业化地应用,因此,再生骨料品质提升技术选择要以经济性为基础,只有综合考虑再生骨料节能利废税费优惠政策、天然骨料紧缺性、价格上涨等因素,全面分析再生骨料品质提升技术的经济性,才能使其得到更好的应用。

1.2.2 先进性原则

再生骨料提质技术选择的先进性是核心,先进性主要体现在能否大幅度改善再生骨料品质,能否降低能源的消耗,能否明显地减少和避免环境污染与生态破坏,能否具有规模化生产的可操作性。只有先进的再生骨料品质提升技术,才能满足节能、减排、安全、便利、可循环的建材发展方向的要求。

1.2.3 适用性原则

再生骨料提质技术选择的适用性是关键,再生骨料生产所用建筑垃圾的来源广泛、成分复杂,生产工艺水平参差不齐,不同的再生骨料品质提升所用技术必须保证有一定的适用性,才能使提质增效事半功倍。一般来说,物理方法适用于提升再生骨料的颗粒级配、粒形、压碎值等性能;化学方法适用于提升再生骨料的吸水率、压碎值等性能[3]。

二、再生骨料试验研究

2.1 原材料

水泥材料为普通硅酸盐水泥,密度为3.1g/cm3,比表面积为356m2/kg,3d时抗折强度为6.4MPa,抗压强度为29.6MPa。本次试验采用的再生骨料为小型颚式破碎机破碎出的不同强度的废弃混凝土,所用骨料均经过试验筛进行筛分选配,分别得到不同品质的再生骨料,品质划分内容包含有压碎值、颗粒级配、微粉含量等。

2.2 试验内容

搅拌成型:分别将不同品级的骨料与相同量的水加入搅拌机当中混合搅拌,混合时间30s,然后在骨料混合物当中加入适量的水、硅灰和水泥进行搅拌,整个搅拌过程控制在2~3min,搅拌完成后,观察搅拌物状态,以良好粘结性、骨料颗粒均匀为搅拌完成状态。随后将混凝土装入150mm见方的抗压试模当中,利用捣棒进行均匀插捣,同时采用低频平板振动器振平,抹压到位。抗压试验操作方法依据 GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》[4]进行。

2.3 配比设计

本次试验采用体积比进行配比设计,具体混合比例如下:水泥∶硅灰∶再生骨料∶水∶外加剂=420∶34∶1380∶128∶4.5,其中,外加剂为聚羧酸高性能减水剂。

三、试验结果

3.1 再生骨料压碎值对再生混凝土的影响

再生混凝土是由再生骨料、水泥、水及外加剂等物质搅拌而成的,其稳定性与再生骨料之间形成的整体结构强度有着较大的关系。经研究发现,再生骨料形成的整体结构点的粘结力和强度对混凝土的抗压强度有较大的影响,可以说再生混凝土的力学性能由再生骨料的强度和密度所决定。一般而言,骨料的强度以压碎值表示。通常情况下,再生骨料的压碎值为10%~30%。本次试验研究所选取的骨料粒径为4.75~9.5mm,通过筛分得出的骨料级配共有6种,分别为10.5%、12.5%、14.5%、16.5%、20%、22.5%,以研究不同配级下的骨料对再生混凝土稳定性的影响。

经过试验发现,混凝土成型28d后,再生骨料压碎值在10.5%时,再生混凝土的抗压强度为29.2MPa;再生骨料压碎值在12.5%时,再生混凝土的抗压强度为28.4MPa;再生骨料压碎值在14.5%时,再生混凝土的抗压强度为26.2MPa;再生骨料压碎值在16.5%时,再生混凝土的抗压强度为24.7MPa;20%配级的骨料应用在再生混凝土当中,抗压强度为23.7MPa;22.5%配级的骨料应用在再生混凝土当中,抗压强度为24.1MPa,如图1所示。由此可见,再生混凝土的抗压强度与再生骨料压碎值成反比关系,在10.5%时抗压强度最大,为29.2MPa。同时,在本次试验所选取的再生骨料压碎值范围内,再生混凝土抗压强度变化较小,由数据分析可知,当再生骨料压碎值减小到一定程度后,再生混凝土抗压强度提升速率变慢。究其原因在于,再生混凝土抗压强度不仅与再生骨料压碎值有直接的关系,还与胶凝材料与骨料之间的过渡区、骨料形貌等因素有关。一般小的水灰比能够有效减小界面过渡区的宽度,这也能够提高再生混凝土的强度。除此之外,由于混凝土当中的应力较为集中,为了提高再生混凝土强度,应当最大程度降低再生骨料中针片状颗粒的含量,以提高整体结构的稳定性。

3.2 再生骨料微粉含量对再生混凝土稳定性的影响

在生产过程中,再生骨料需要经过破碎工序,而破碎便会产生大量的粉末状颗粒,通常情况下,将粒径小于0.16mm的颗粒称为微粉。通过对微粉的分析发现,其中成分主要为粗、细骨料的碎片、硬化水泥石等,并不包含泥块。再生骨料微粉含量的研究既能保证再生混凝土的稳定性,又能够避免资源浪费,同时对环境保护也有着重要的作用。本次研究所选取的再生骨料粒径为4.75~9.5mm之间,并在其中分别掺入1.0%、2.5%、4.0%、5.5%、6.5%、8.0%、9.5%、14.5%的再生微粉等量替代粗骨料,研究不同微粉含量的骨料对再生混凝土稳定性的影响。再生混凝土28d后的强度检测发现:掺入1.0%再生微粉的再生骨料混合而成的再生混凝土抗压强度为27.1MPa;掺入2.5%再生微粉的再生骨料混合而成的再生混凝土抗压强度为27.5MPa;掺入4.0%再生微粉的再生骨料混合而成的再生混凝土抗压强度为27.6MPa;掺入5.5%再生微粉的再生骨料混合而成的再生混凝土抗压强度为27.2MPa;掺入6.0%再生微粉的再生骨料混合而成的再生混凝土抗压强度为27.4MPa;掺入8.0%再生微粉的再生骨料混合而成的再生混凝土抗压强度为28.1MPa;掺入9.5%再生微粉的再生骨料混合而成的再生混凝土抗压强度为23.1MPa;掺入14.5%再生微粉的再生骨料混合而成的再生混凝土抗压强度为13.3MPa。

由此可见,在再生微粉含量在8.0%以内时的再生骨料与水泥、水等物质混合而成的再生混凝土强度变化较小,而在8.0%微粉掺入量时,再生混凝土的抗压强度为最高,达到28.1MPa,之后抗压强度便开始骤降。究其原因在于少量的微粉能够在再生混凝土当中起到填充作用,微粉当中含有大量的二氧化硅,而水泥当中含有氢氧化钙,两种物质在水中会形成硅酸凝胶,再生混凝土在搅拌和浇筑的过程中会有大量的空隙,而硅酸凝胶能够将空隙补充完整,从而提高混凝土的强度和稳定性。

四、结论

此次研究主要结果如下:再生骨料粒度在4.75~9.50mm之间时,再生骨料压碎值在10.5%时,抗压强度最大为29.2MPa;由掺入8.0%再生微粉的再生骨料混合而成的再生混凝土抗压强度为28.1MPa。本次研究主要是针对再生骨料品质对再生混凝土的影响进行分析,经过试验研究发现,再生混凝土的强度和稳定性与其中掺入再生骨料的微粉含量和骨料压碎值有直接联系。因此,相关施工单位在再生混凝土的浇筑过程中,要加大对再生骨料品质的关注力度,在砌筑之前针对不同粒度的骨料进行试验,选择最佳压碎值和微粉掺入量,以此来提高整体建筑的质量。

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