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1、高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 粉煤灰再生混凝土力学性能的试验研究 池漪1 尹健2 再生骨料混凝土( R e c y c l e dA g g r e g a t eC o n c r e t e ，简称R A C ) 是指将废弃的混凝土经裂 解、破碎、清理、筛分后制成再生骨料，来全部或部分代替天然骨料配制而成的新混凝土。 虽然再生混凝土具有显著的社会、经济和环保效益，但是其工作性能和力学性能都比同配 比的普通混凝土要差。通过粉煤灰对再生混凝土进行改性，能使之向高性能化方向发展： 而且粉煤灰再生混凝土的绿色度较粉煤灰混凝土和再生混凝土都要高。因而研究粉煤灰再 生混凝土意义重大。本文
2、通过再生粗骨料取代率、粉煤灰取代率对再生混凝土工作性能和 力学性能的影响规律的探讨，配制出了工作性能好、力学性能优良的粉煤灰再生混凝土。 同时并初步探讨了粉煤灰对再生混凝土性能改善的作用机理，为粉煤灰再生混凝土应用于 水泥混凝土路面工程提供了技术支持和保障。 1 原材料及试验方案 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥( C ) ：采用湖南韶峰水泥厂生产的4 2 5 级普通硅酸盐水泥，密度3 1 3 9 c m 3 ， 比表面积3 7 5 m 2 k g ，水泥胶砂3 天、2 8 天抗折强度分别为：5 0 2 M p a 、8 1 0 M P a ，3 天、2 8 天抗压强度分别为：2 0 3 M
3、P a 、4 7 6 船a 。 ( 2 ) 超细粉煤灰( U F A ) ：湖南湘潭电厂生产的粉煤灰，密度2 2 6 9 c r a 3 ，比表面积 5 0 6 m 2 k g ，需水量比为9 3 ，化学成分分析见表l 。 ( 3 ) 天然粗骨料( N G ) ：湘江河卵石，级配合格，为5 3 1 5 m m 的连续级配。 ( 4 ) 天然细骨料( N S ) ：湘江河砂，级配合格，细度模数M x = 2 6 3 。 ( 5 ) 再生粗骨料( R G ) ：用长沙市某公路路面维修时废弃的混凝土( 原生混凝土的粗 1 池漪，硕士研究生，中南大学铁道校区土木建筑学院，4 1 0 0 7 5 2 尹
4、健，副教授，博士后，中南大学铁道校区土木建筑学院，4 1 0 0 7 5 - 4 2 6 - 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 骨料为卵石) ，先经人工破碎成中等尺度的碎块，然后用颚式破碎机破碎成小颗粒，再筛分 制得而成，级配合格，为5 3 1 5 m m 的连续级配，其有关性能如表2 所示。 ( 6 ) 外加剂( T J ) ：湘潭外加剂厂生产的潭建牌高效减水剂( 粉剂) 。 表l 水泥与超细粉煤灰的化学成分 W 1 2 试验方法 试件在试验室制作，采用5 0 公升搅拌机搅拌，振动台振动成型，在标准条件下养护至 一定龄期后进行试验。再生骨料混凝土的力学性能按照普通混凝土力学性能试验
5、方法 C G B T5 0 0 8 1 - - 2 0 0 2 ) 进行测试，其中立方体抗压及劈裂抗拉强度所用试件尺寸均为1 0 0 m m l O O n l O O m m ，抗折强度所用试件尺寸为l O O m m l O O m mX4 0 0 m m ，棱柱体抗压强度和弹 性模量所用试件尺寸均为1 0 0 m mXl O O m m X3 0 0 m m ，试验结果已乘相应的换算系数。 1 3 配合比设计 胶凝材料总用量恒定为4 2 0 k g m 3 ，粗骨料总用量恒定为1 2 3 0 k g m 3 ，砂率恒定为3 5 ， 高效减水剂的掺量恒定为2 5 2 k g m 3 。即在
6、设计时只需考虑水胶比、U F A 取代率、R G 取代率 三个控制变量。为了在保持工作性能的基础上找出力学性能满足道路混凝土要求的粉煤灰 再生混凝土的配合比，本文共设计1 5 个配合比，分3 批，每批5 个配合比。第l 批只变化 R G 取代率，优选力学性能和工作性能较好的一组为下一批试验作参考。第2 批只变化U F A 取代率，并进行优选。参考第i 、2 批中优选的配合比，在第3 批中固定U F A 取代率，变化 R G 取代率，并考虑了再生骨料高吸水率的影响而调整了用水量，即适当调节了水胶比。1 5 组混凝土的配合比及拌合物性能见表3 ，力学性能试验结果见表4 。 - 4 2 7 高强与高
7、性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 2 试验结果分析与讨论 2 1R G 取代率对粉煤灰再生混凝土性能的影响 根据第1 、2 、3 、4 号试验，不考虑再生骨料的高吸水率和粉煤灰减水效应的影响，固 定水胶比为0 3 7 ，U F A 取代率为0 3 5 ，只变化R G 取代率。 表3 粉煤灰再生骨料混凝土配合比与拌合物性能 2 1 1R G 取代率对抗压、抗折强度的影响 如图l 和2 所示，R G 取代率小于4 0 时，粉煤灰再生混凝土的抗压强度随R G 取代率的增 大而减小；而当R G 取代率大于4 0 ，则粉煤灰再生混凝土的抗压强度有所回升；R G 取代率 大于6 0 以后，抗压强度又开始
8、减小。R G 取代率对粉煤灰再生混凝土抗压、抗折强度的影 响规律类似。粉煤灰再生混凝土的抗压、抗折强度比基准的粉煤灰混凝土( 1 # ) 低，但用 再生粗骨料取代6 0 的天然骨料，其强度降低值较小，其2 8 d 抗压、抗折强度分别比基准的 粉煤灰混凝土低1 0 8 、3 4 ，认为此时的再生粗骨料取代率较适宜。这与未掺粉煤灰的 再生混凝土试验研究的规律一致，但适宜的R G 取代率数值存在差异。大量未掺粉煤灰的再 生混凝土试验研究表明，由于再生骨料属于低品质骨料，无论在早期还是后期，随着再生 骨料掺量的增加，混凝土强度会逐渐降低，日本B C S J 中再生混凝土的抗压强度比普通混凝 土降低约1
9、 4 3 2 。若再生租骨料取代率控制在3 0 以内时，则强度降低不多，其适宜 的R G 取代率均小于4 0 t - a 。但由本文的试验结果可知，粉煤灰再生混凝土的适宜R G 取代率 为6 0 。 4 2 8 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 粉煤灰的掺入提高了R G 取代率可能是因为粉煤灰和再生骨料能对混凝土的强度产生更 多正效应： ( 1 ) 粉煤灰作为一种活性混合材，必须在有激发剂存在的情况下才能发挥其活性效应。 在不掺外部激发剂的情况下，水泥的水化产物C a ( 0 H ) z 可以起到碱性激发剂的作用，而再生 骨料中有大量的废弃水泥浆存在，这些C a ( 0 H ) z
10、也可以起到上述碱性激发剂的作用，加速 了粉煤灰活性的激发。 ( 2 ) 同时由于水泥的水化是一个漫长的过程，因此废弃水泥浆中可能仍有未水化水泥 存在，这些未水化水泥遇水后可以继续水化，从而对混凝土的强度增长产生一定的贡献， 但其对混凝土强度的贡献非常有限。 _ 。q 。“ 一。卅 懒” 1 强扩4 ” 。1 “基 E 、 L 、 L - 一| o ；6嬲概黜8 0 9 61 0 0 9 6 粗剧印孵 4 2 9 印衢幻衢历扣垢 日v趟疆螋擐 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 ，。卜、。 女 。一一 _ 、L L夕L 1 一 1 卜L 、 、k 、 0 9 62 0 9 64 0 9
11、6 6 0 8 0 9 61 0 0 9 6 再生骨料取代率 图2 抗折强度与再生骨料取代率的关系 ( 3 )与轻骨料相似，再生骨料的微孔、微管系统在新拌混凝土中具有吸水和供水作 用，吸水作用使得集料附近处于局部低水灰比状态，因此减少或避免了骨料下部由于内分 层作用而形成的“水囊”，避免了界面处C a ( O H ) 。的富集和定向排列，提高了骨料与水泥的 界面粘结力；供水作用可起到“内养护”的作用，使得骨料附近的水泥能够充分水化，从 而增加了骨料表面附近水泥石的密实性：此外，在“内养护”作用下，粉煤灰能够完全参 与水泥的水化反应，生成低钙型的水化硅酸钙凝胶，包裹在骨料周围，填充了骨料与水泥
12、石之间的间隙，增加了骨料与水泥石之间界面的密实度口1 。 因此粉煤灰和再生骨料存在较好的相容性，即再生骨料本身对混凝土强度有一定贡献， 且又能起到激发粉煤灰活性从而提高混凝土强度的作用，同时粉煤灰的微填充效应增强了 骨料与水泥石之间界面的密实度。所以粉煤灰的掺入对提高R G 取代率是有利的。 但同时也存在以下一些负效应： ( 1 ) 再生粗骨料本身的强度低，刚度小。 ( 2 ) 再生粗骨料中有大量的杂质( 细粉) 存在。 根据上述分析可以很好的解释粉煤灰再生混凝土强度的变化规律。当再生骨料掺量为 6 0 时，正效应与负效应之比达到最大。 2 1 2R G 取代率对坍落度的影响 由图3 可知，再
13、生混凝土的坍落度随R G 取代率的增大而显著减小。产生这一现象的原 因可能是由于再生骨料表面粗糙，增大了混凝土拌合物在拌和与浇注时的摩阻力，从而使 新拌再生混凝土的保水性与粘聚性得到增强；再生骨料的吸水率大对于再生混凝土的流动 性也是很不利的。可见，R G 取代率对再生混凝土的工作性能影响很大，因此当R G 取代率 变化时要适当调整水胶比。 - 4 3 0 - 5 O 5 O 5 O 5 O &龟重&Z Z 签弓巡喂辖堰 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 重 魁 撼 蜜 7 - 、 ， 、 再生粗骨料的取代率 图3 坍落度与再生租骨料取代率的关系 2 1 3R G 取代率对表观密度的
14、影响 图4 的试验结果表明：再生混凝土的表观密度随R G 取代率的增大而减小是因为再生粗 骨料中大量存在的废弃水泥砂浆为多孔材料，其密度较小，所以再生粗骨料的表观密度小 于天然粗骨料，从而导致再生混凝土的表观密度较同配合比的天然骨料混凝土小并且随R G 取代率的增大而减小。 2 2U F A 取代率对再生混凝土性能的影响 彷 S 堪 梅 曝 样 0 9 6l 傩2 嘶3 0 慨5 0 6 0 7 0 黜9 0 j 61 0 0 9 6 粗骨料孵 表3 和表4 的试验结果表明：3 # 的早期抗压强度、抗折强度较高，但其坍落度较小。 因而以3 # 试验的配合比( 水胶比= 0 3 7 ，U F A
15、 取代率= 3 5 ，R G 取代率= 6 0 ) 为基准， 对其水胶比进行调整，增大至0 3 8 ，R G 取代率为6 0 ，只变化U F A 取代率，来探讨U F A 4 3 l - 骞渤弧渤啪啪晒湖l鸳渤蛳嬲差吾麟姗嬲姗薹毫姗嬲垂孳嬲 高强与高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集 取代率对再生混凝土性能的影响。 2 2 1U F A 取代率对抗压、抗折强度的影响 从图5 可知，粉煤灰取代率小于1 5 时，再生混凝土3 d 和7 d 的抗压强度随粉煤灰取 代率的增大而显著减小；而当粉煤灰取代率从1 5 变化到3 5 时，则再生混凝土3 d 和7 d 的抗压强度随粉煤灰取代率的增大而变化不大；
16、当粉煤灰取代率大于3 5 时，则再生混凝 土3 d 和7 d 的抗压强度随粉煤灰取代率的增大而显著减小。粉煤灰取代率在3 5 以内，再 生混凝土2 8 d 的抗压强度随粉煤灰取代率的变化不大，在粉煤灰取代率为2 5 时，其抗压 强度值较高。 由图6 可知，粉煤灰取代率小于3 5 时，再生混凝土3 d 和7 d 的抗折强度的变化不大： 而当粉煤灰取代率大于3 5 时，则再生混凝土3 d 和7 d 的抗折强度随粉煤灰取代率的增大 而显著减小。 掺入粉煤灰后使再生混凝土的抗压强度略有降低；而对抗折强度的影响不大。这是由 于随粉煤灰取代率增加，体系中水泥的数量相应减少，而且粉煤灰在2 8 天内并没有完全
