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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第1期

建筑固廢再生砂在C30混凝土中應(yīng)用研究

李微，王雙喜，戴蔚，張凱峰，高建，崔岱

［摘 要］本文對再生砂的基本性能及再生砂石粉的形貌及與水泥的適應(yīng)性進行驗證，研究了水膠比、不同摻量再生砂、再生砂石粉對 C30 強度等級再生砂混凝土力學性能的影響，三者對于再生砂混凝土的強度的影響順序為：水膠比＞再生砂摻量＞再生砂石粉摻量；隨著再生砂摻量的增加，再生砂混凝土的抗壓強度先升高后降低，再生砂摻量在 40% 時強度最高；再生砂混凝土的抗壓強度隨著水膠比的增加而降低，但是，再生砂混凝土的強度大于同水膠比的普通混凝土強度；增加再生砂石粉的摻量，混凝土抗壓強度先增加后降低，石粉摻量在 15% 強度最高；在相同強度等級下，在混凝土水化硬化初期，再生砂混凝土的干燥收縮率比未摻加再生砂的基準混凝土低，隨著齡期的延長，基準混凝土收縮率反而低于再生砂混凝土。

［關(guān)鍵詞］再生砂混凝土；再生砂；石粉；水膠比；摻量

0 引言

伴隨每年拆除的廢棄工業(yè)建筑越來越多，再生骨料如何有效的利用成為當今需要解決的問題?；炷林羞m量的摻加一定比例的再生骨料，不會影響混凝土的力學性能和耐久性能的穩(wěn)定。同時，再生骨料的應(yīng)用有利于大量消納由于城市建設(shè)產(chǎn)生的龐大建筑垃圾廢棄物，可有效促進建筑垃圾減量化的推廣。近年來，對于再生粗骨料的研究與應(yīng)用有很多成功的案例，但是對于再生砂骨料的研究比較少。再生細骨料受到自身的細度模數(shù)、吸水率、粗糙程度等特性影響，在制備再生混凝土的過程中需要考慮更多的影響因素，本文對再生砂的基本性能、再生砂石粉的形貌及與水泥的適應(yīng)性進行驗證，分析再生砂摻量、水膠比及再生砂石粉摻量對混凝土的力學性能、收縮性能的影響并進行探討。為再生砂能夠大范圍應(yīng)用提供理論支撐和借鑒，進而創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

1 原材料

（1）水泥：天津山水水泥廠PO42.5水泥，相關(guān)基本物理性能檢測數(shù)據(jù)如表1所示。其技術(shù)指標均符合國家現(xiàn)行標準要求。

（2）粉煤灰：天津大港電廠生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)Ⅱ級粉煤灰，45m方孔篩篩余細度為22.5%，燒失量1.0%，需水量比99%。

（3）礦粉：天津鋼鐵S95級礦粉，流動度比102%，28d活性97%，比表面積421m/kg。

（4）骨料：遵化5～25mm連續(xù)級配碎石、機制砂混合砂，及固廢再生砂混合砂，具體性能如表2、表3所示。

2 再生砂

2.1 再生砂物理性能

再生砂具體性能如表4所示。

2.2 再生砂石粉粉體性能檢測

收集再生砂石粉進行試驗，具體性能如表 5 所示。

2.2.1 SEM 檢測

固廢再生砂石粉粉體做SEM檢測，檢測結(jié)果如圖1～4所示。石粉呈顆粒狀，表面疏松多孔，通過放大倍數(shù)，可以看到顆粒為層狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有大量的空隙存在，比表面積大量增加。

2.2.2 粒徑分析

對固廢再生砂石粉粉體做粒徑分析檢測，檢測結(jié)果如圖5所示。該再生砂石粉粉體粒徑主要集中在50m，可以有效提高混凝土的密實性。

2.2.3 硫化物及膨脹率檢測

檢測結(jié)果見表6。檢測結(jié)果合格表明，該再生砂石粉粉體的硫化物及硫酸鹽含量，及堿—硅酸反應(yīng)膨脹率均合格，可以安全應(yīng)用于混凝土中。

2.2.4 與水泥的適應(yīng)性

測試再生砂石粉與水泥的適應(yīng)性，配合比設(shè)計及評價標準及試驗結(jié)果見表7。由結(jié)果可知，該樣品與水泥的適應(yīng)性較好。

3 固廢再生砂混凝土力學性能和收縮性能分析

試驗以天然碎石和固廢再生砂配制C30強度等級混凝土，因為固廢再生砂表面附有水泥砂漿很難去除，孔隙率較大，所以吸水率較高，本試驗中固廢再生砂的吸水率達到11%，該值遠遠高于普通砂的吸水率。再生混凝土用水量按標準DG/TJ 08-2018-2007《再生混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的要求分為凈用水量和附加水量。再生骨料在經(jīng)過預(yù)濕處理后，配合比中可以不再考慮再生骨料所需要的附加用水量，再生混凝土的用水量可以直接按凈用水量來確定。所以本試驗在預(yù)拌混凝土前，使再生砂處于飽和面干的狀態(tài)，不會對混凝土的和易性產(chǎn)生較大的影響^[1-2]

3.1 再生砂混凝土配合比

選取再生砂摻量分別為：30%、40%、50%、60%，再生砂石粉以再生砂質(zhì)量占比計算，含量為5%、10%、15%、20%，水膠比分別為0.30、0.40、0.50、0.60，進行正交試驗。正交試驗設(shè)計如表8所示，極差分析結(jié)果如表9所示。

由正交試驗極差分析結(jié)果可以看出，本次試驗，水膠比對混凝土的強度影響最大，即A（水膠比）＞C（再生砂摻量）＞B（石灰石粉含量）。再生砂在加工破壞的過程中會形成損傷及微裂縫，且表面較為粗糙，具有較大的吸水率。高吸水性會產(chǎn)生內(nèi)養(yǎng)護效應(yīng)。新拌混凝土在初期，由于再生砂的高吸水率會吸收較多的水分，這些水分首先會被儲存在損傷的結(jié)構(gòu)中，當混凝土開始水化硬化時，會存在一個濕度差，再生砂和水泥漿體的毛細水會在這個濕度差的影響下進行遷移，再生砂的孔隙大于水泥漿體的毛細孔，所以，在水分遷移的過程中，儲存在再生砂中的水分會逐漸的向水泥漿體中遷移，這樣使得水泥的水化更加充分，增大了界面的硬度，同時，再生砂中儲存的水分由于濕度差的作用，會緩慢的釋放出來，這樣在后期強度發(fā)展的過程中，即使沒有外部水分養(yǎng)護的情況，其內(nèi)部依然存在微養(yǎng)護的環(huán)境，混凝土的強度會得到良好的發(fā)展^[3]。所以，三者比較，水膠比的作用對于再生砂混凝土強度的影響程度最大。

最佳水平分別是再生砂摻量為30%、再生砂石粉含量為15%、水膠比為0.50，分別選取三個因素的最佳水平做混凝土性能分析試驗。配合比如表10所示。

3.2 不同再生砂摻量對混凝土性能影響

試驗結(jié)果詳見表11和圖6。表11中JZ為基準配合比，RS1～RS4為水膠比0.40、再生砂石粉摻量15%及不同再生砂摻量系列配合比。由表11和圖6可知，隨著再生砂摻量的增加，混凝土的抗壓強度先升高后又逐漸降低，再生砂摻量在40%以下，再生砂吸水率較高，隨其摻量的增加，再生砂吸附部分游離水，使混凝土的水膠比減小，因此，混凝土的抗壓強度隨之增加。但是，隨著再生砂摻量進一步增加，其本身的結(jié)構(gòu)特性占據(jù)主導(dǎo)作用，多裂紋，棱角多，砂漿孔隙率增大，導(dǎo)致再生砂混凝土的強度隨之降低^[4-6]

3.3 不同水膠比對混凝土性能影響

試驗結(jié)果詳見表12和圖7。表12為再生砂摻量40%、再生砂石粉含量15%不同水膠比系列配合比。由表12和圖7可知，再生混凝土的強度隨著水膠比的增加而減少，由于水膠比的增加，這導(dǎo)致了混凝土的密實度降低。但是，由于再生砂的吸水率較大，再生混凝土中的拌和水被再生砂吸收，導(dǎo)致實際水膠比降低，再生混凝土的強度超過同水灰比的普通混凝土。這里根據(jù)DB11/T 803—2011《再生混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》規(guī)定，再生混凝土凈水膠比不宜大于JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》所規(guī)定的最大水膠比，所以根據(jù)實際施工和經(jīng)驗，水膠比取值范圍在0.4～0.6。

3.4 不同再生砂石粉摻量對混凝土性能影響

試驗結(jié)果見表13和圖8。表13中RF1～RF4再生砂摻量為40%，水膠比為0.40，不同再生砂石粉摻量系列配合比。由表13和圖8可知，隨著再生砂石粉的摻加，混凝土抗壓強度呈現(xiàn)先增加到最大值后降低的現(xiàn)象?？赡苁且驗?，前期的石粉起到一個物理的填充作用，使再生砂混凝土中的損傷裂縫縫隙減少，增加了與水泥砂漿的粘結(jié)密實性，適當?shù)奶岣邠搅?，強度也隨之增加；當石粉含量達到一定值的時候，粉料的粒徑分布達到最佳級配，強度達到最大值；若繼續(xù)提高石灰石粉的摻量，其填充效應(yīng)減弱，強度不再增加^[7]

3.5 再生砂混凝土干燥收縮性能試驗分析

選取再生砂摻量為40%、水膠比為0.50、再生砂石粉摻量為15%的配比，制備強度等級C30混凝土測其干燥收縮率，并與基準普通混凝土做對比分析。結(jié)果如圖9所示。

在相同強度等級下，在混凝土水化硬化初期，再生砂混凝土的干燥收縮率比未摻加再生砂的基準混凝土低，而隨著齡期的延長，基準混凝土收縮率反而低于再生砂混凝土。分析原因，可能是因為再生砂吸水率較高，在水化干燥初期，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中由于濕度差，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部存在微養(yǎng)護現(xiàn)象，延緩了混凝土內(nèi)部微小孔隙的收縮，此時，再生砂混凝土收縮率相對普通混凝土低，隨著時間的延長，再生砂混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)，微養(yǎng)護作用消失，同時再生砂混凝土內(nèi)部孔隙率較普通混凝土大，自身抵抗外界干燥收縮能力相對較差，所以，再生砂混凝土在后期收縮率高于普通混凝土。

4 結(jié)論

（1）水膠比、再生砂石粉、再生砂摻量三者對再生砂混凝土強度影響順序為：水膠比＞再生砂摻量＞再生砂石粉。

（2）隨著再生砂摻量的增加，再生砂混凝土的抗壓強度先升高后降低，再生砂摻量在40%強度最高。

（3）再生混凝土的強度隨著水膠比的增加而減少，但是，再生砂混凝土的強度超過同水膠比的普通混凝土強度。

（4）隨著再生砂石粉的摻加，混凝土抗壓強度先增加后降低，石粉摻量在15%強度最高。

（5）在相同強度等級下，在混凝土水化硬化初期，再生砂混凝土的干燥收縮率比未摻加再生砂的基準混凝土低，隨著齡期的延長，基準混凝土收縮率反而低于再生砂混凝土。

參考文獻

[1] 張學兵，鄧壽昌，黃繼承，等．再生混凝土單位體積用水量的計算[J]．中南林學院報，2005(05): 105-107.

[2] 張學兵，鄧壽昌．再生混凝土單位體積用水量的實驗研究[J]．混凝土，2004(10): 38-40+64．

[3]楊青．再生骨料的吸水率對再生混凝土物理力學性能的影響研究[D]．杭州：浙江大學，2011．

[4] 肖建莊，蘭陽．再生混凝土梁抗剪性能試驗研究[J].結(jié)構(gòu)工程師，2004,20(6): 54-58．

[5] 高策．再生粗骨料混凝土梁受彎性能試驗研究[D]．成都：西南交通大學，2007．

[6] 林?。偕炷量箟汉土菏軓澬阅茉囼炑芯縖D]．南寧：廣西大學，2007．

[7] LIU S H, YAN P Y. Effect of Limestone Powder on Microstructure of Concrete[J]. J Wuhan Univ Technol, 2010,25(2): 328–331.

供稿人：李微，王雙喜，戴蔚

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標準規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說明書》團標

《砂漿和混凝土用石屑》團標

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團標

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【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書

《常見預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

《預(yù)拌混凝土企業(yè)標準化試驗室建設(shè)指南》圖書

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