再生細(xì)骨料取代率對(duì)混凝土工作性的影響

彭春元1，余斌2，陳訪國(guó)3，黃沖1，張小鵬1，區(qū)淑燕2，毛山紅3

(1．廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣州 510006；2.廣州穗業(yè)混凝土有限公司，廣州 511483；

3.廣東省預(yù)拌混凝土行業(yè)協(xié)會(huì)，廣州 510180)

摘要：以不同流動(dòng)性的混凝土再生細(xì)骨料取代率為變化因素，對(duì)混凝土初始坍落度、1 h坍落度、快速工作度以及28 d抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試。研究表明，不同流動(dòng)性的再生混凝土再生細(xì)骨料總比例在30%～40%左右變化時(shí)，對(duì)混凝土工作性影響不大，再生混凝土的強(qiáng)度甚至高于基準(zhǔn)混凝土；在保持再生混凝土配合比其他摻量不變條件下，再生細(xì)骨料對(duì)坍落度要求較高的混凝土適應(yīng)性較好，最高取代率為30%。通過(guò)快速工作度測(cè)定方法建立了混凝土快速工作度與坍落度之間的關(guān)系，為快速推算混凝土坍落度并實(shí)時(shí)監(jiān)控混凝土施工狀態(tài)提供參考。

關(guān)鍵詞：再生細(xì)骨料；取代率；坍落度；快速工作度

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.04.002

Abstract:The initial concrete slump, 1 h slump , fast workability and 28 day compressive strength were tested, respectively on the substitution rate of the recycled fine aggregate with the different mobility of concrete. The research showed that the influence on the workability of concrete was little, recycled concrete strength even higher than that of the reference concrete,at the recycled aggregate proportion in the change of 30%~40%. In the condition of the constant concrete mixture proportion keeping other content of the recycled concrete, it was more suitable for the fine aggregate to the concrete with higher slump，the highest substitution rate of 30%. Through the method of fast workability determination, the relationship between the concrete fast workability and slump was established .It was provided for the rapid calculation of concrete slump and monitoring the concrete construction in real-time.

收稿日期：2015-06-02.

基金項(xiàng)目：廣州市2014年科技慧民專(zhuān)項(xiàng)(2014Y2-00190).

作者簡(jiǎn)介：彭春元(1966-)，副研究員，碩士.E-mail:pcy2@163.com

Effects on Substitution Rate of Recycled Fine

Aggregate to Concrete Workability

PENGChun-yuan1,YUBin2,CHENFang-guo3,HUANGChong1,ZHANGXiao-peng1,

OUShu-yan2,MAOShan-hong3

(1.School of Civil Engineering,Guangzhou University,Guangzhou 510006,China;

2.Guangzhou Suiye Concrete Limited,Guangzhou 511483,China;3. Guangdong

Province Prestir concrete Association,Guangzhou 510180,China)

Key words:recycled fine aggregate;substitution rate;slump;fast workability

天然砂石是一種短時(shí)間內(nèi)不可再生的資源，隨著基本建設(shè)的日益發(fā)展、環(huán)保和可持續(xù)性發(fā)展政策的逐步落實(shí)，我國(guó)不少地區(qū)出現(xiàn)天然砂資源日漸短缺的情況，尤其是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)可供開(kāi)采的砂石資源十分有限，在用砂高峰時(shí)砂的價(jià)格偏高，甚至沒(méi)有天然砂提供[1]。另外城鎮(zhèn)化建設(shè)的迅猛發(fā)展，許多大型工程在進(jìn)行建設(shè)的過(guò)程中，伴隨著許多混凝土廢棄物的產(chǎn)生。與此同時(shí)，預(yù)拌混凝土在生產(chǎn)和使用中產(chǎn)生大量的混凝土廢棄物也已成為當(dāng)前綠色混凝土生產(chǎn)亟待解決的問(wèn)題。面對(duì)砂、石緊缺及日益嚴(yán)重的廢棄混凝土堆積問(wèn)題，許多專(zhuān)家學(xué)者認(rèn)為將廢棄混凝土回收利用，制作成再生骨料既解決了環(huán)境污染問(wèn)題, 又節(jié)省了天然骨料, 而且還可以減少?gòu)U舊混凝土對(duì)環(huán)境的污染。國(guó)內(nèi)研究混凝土中單摻再生粗骨料從而生產(chǎn)再生混凝土的技術(shù)較多，而對(duì)再生細(xì)骨料的研究多偏重于砂漿,應(yīng)用于混凝土的研究則較少,該文旨在探討混凝土中再生細(xì)骨料的最佳配比，并利用快速工作度測(cè)定儀評(píng)估再生混凝土工作性,對(duì)及時(shí)掌握新拌混凝土的當(dāng)前狀態(tài)，有效解決混凝土工作性的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)技術(shù)難題具有參考價(jià)值。

1試驗(yàn)

1.1　原材料

1)水泥：PⅡ42.5R

2)礦物摻合料：S95級(jí)礦渣粉與Ⅱ級(jí)粉煤灰

3)減水劑：聚羧酸減水劑。

4)骨料。

由于該項(xiàng)目是以高效細(xì)碎機(jī)為主機(jī)設(shè)備的廢棄混凝土處置利用生產(chǎn)線作為技術(shù)支撐，該設(shè)備系統(tǒng)生產(chǎn)流程的終端產(chǎn)品主要為10～20 mm再生粗骨料、5～10 mm再生粗骨料和0～5 mm再生細(xì)骨料，其中0～5 mm再生細(xì)骨料產(chǎn)出率接近75%。為了最大限度的使用再生骨料，文中在混凝土配合比設(shè)計(jì)中以50%的再生粗骨料替代率為前提，重點(diǎn)研究0～5 mm再生細(xì)骨料替代率對(duì)基準(zhǔn)混凝土的影響。

1)粗骨料： 5～10 mm、5～20 mm連續(xù)粒級(jí)天然碎石和該項(xiàng)目所研制的5～10 mm、10～20 mm再生粗骨料，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1　粗骨料技術(shù)指標(biāo)

由表1可知，5～10 mm再生粗骨料針片狀含量和微粉含量均比天然河砂低。因此配制再生混凝土?xí)r，5～10 mm天然粗骨料將全部由5～10 mm再生粗骨料替代。

2)細(xì)骨料：天然河砂和該項(xiàng)目所研制再生細(xì)骨料粗細(xì)程度均為中等細(xì)度，顆粒級(jí)配均屬2級(jí)級(jí)配區(qū)。其它技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2　天然黃砂、再生細(xì)骨料相關(guān)性能指標(biāo)

簡(jiǎn)單破碎的再生細(xì)骨料顆粒棱角多，表面粗糙，且含有較多的微裂縫，導(dǎo)致再生細(xì)骨料的吸水率大、堆積密度和密實(shí)密度小[2]。由表2可知，該項(xiàng)目研制的再生細(xì)骨料與天然河砂相比雖然符合上述情況，但對(duì)比《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》GB/T 25176—2011標(biāo)準(zhǔn)可知，再生細(xì)骨料表觀密度、堆積密度，空隙率、需水量比、膠砂強(qiáng)度比均符合Ⅰ類(lèi)或Ⅱ類(lèi)再生細(xì)骨料的要求。因此可以嘗試使用該項(xiàng)目所研制的再生細(xì)骨料替代部分河砂配制混凝土。

1.2　方法

混凝土的初始坍落度、1 h坍落度、28 d抗壓強(qiáng)度的測(cè)試方法參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50080—2002)和《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》(GB/T 50081—2002)?？焖俟ぷ鞫仁抢肏GK260混凝土工作度快速測(cè)定儀進(jìn)行混凝土粘稠度(文中統(tǒng)稱(chēng)為快速工作度)的測(cè)定。其方法是通過(guò)分析混凝土的粘稠度實(shí)現(xiàn)對(duì)新拌混凝土工作性能指標(biāo)的快速測(cè)定，即將扭矩傳感器探頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受到不同粘稠度的混凝土的阻力，經(jīng)過(guò)一定程序的轉(zhuǎn)換而得到混凝土的坍落度。因此，該儀器所使用的測(cè)量方法與混凝土坍落度相關(guān)性良好，它們?cè)诒举|(zhì)上的原理都是一樣的。圖1為快速工作度測(cè)試照片。圖2為配制混凝土及工作性試驗(yàn)流程。

2再生細(xì)骨料取代率對(duì)混凝土工作性的影響

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量與驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50204—2002)關(guān)于選用坍落度的規(guī)定，干施工坍落度要求為70～100 mm，水下灌注坍落度要求為160～220 mm[3]。因此流動(dòng)性混凝土的坍落度一般在100～150 mm之間，而攪拌站生產(chǎn)的混凝土坍落度多數(shù)在150 mm左右；大流動(dòng)性混凝土坍落度一般大于160 mm；水下灌注樁等用的流態(tài)混凝土坍落度一般在200～220 mm。按《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50164—2011)要求，混凝土拌合物應(yīng)在滿足施工要求的前提下，盡可能采用較小的坍落度；泵送混凝土拌合物坍落度設(shè)計(jì)值不宜大于180 mm?；炷涟韬衔锏奶涠冉?jīng)時(shí)損失不應(yīng)影響混凝土的正常施工，泵送混凝土拌合物的坍落度經(jīng)時(shí)損失不宜大于30 mm/h[4]。因此該文設(shè)計(jì)了三種坍落度(150 mm、180 mm和210 mm±30 mm)的C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土配合比，以滿足不同工程的施工要求。其中再生細(xì)骨料取代率是指再生細(xì)骨料占細(xì)骨料總量的百分率；再生骨料占比是指再生碎石和再生砂占所有骨料總量的百分比。

2.1　再生細(xì)骨料取代率對(duì)流動(dòng)性混凝土的影響

由圖3可以看出，對(duì)于流動(dòng)性混凝土，以5%的再生細(xì)骨料取代天然黃砂后，混凝土各方面基本性能都能滿足設(shè)計(jì)要求，當(dāng)再生細(xì)骨料取代率超過(guò)5%以后，混凝土的初始坍落度、1 h坍落度、快速工作度都存在隨再生細(xì)骨料取代率增大而逐漸減小的趨勢(shì)，這與前述分析的再生細(xì)骨料的需水量比相對(duì)較高有關(guān)。因此在混凝土配合比中當(dāng)其他摻量因素保持不變，不斷提高再生細(xì)骨料的摻量會(huì)使得混凝土流動(dòng)性明顯下降，坍落度、快速工作度隨之而減小。

2.2　再生細(xì)骨料取代率對(duì)大流動(dòng)性混凝土的影響

由圖4中可以看出，針對(duì)大流動(dòng)性混凝土，隨再生細(xì)砂取代率增大，混凝土的初始坍落度、1 h坍落度、快速工作度的變化趨勢(shì)類(lèi)似流動(dòng)性混凝土，但再生細(xì)砂的最佳取代率比流動(dòng)性混凝土高出10個(gè)百分點(diǎn)，即取代率超過(guò)15%以后，混凝土的工作性呈下降趨勢(shì)。

2.3　再生細(xì)骨料取代率對(duì)流態(tài)混凝土的影響

由圖5分析可知，流態(tài)混凝土的再生細(xì)骨料的最佳取代率較前述兩類(lèi)混凝土都有所提高。即取代率超過(guò)30%以后，混凝土的工作性才開(kāi)始呈下降趨勢(shì)。說(shuō)明再生細(xì)骨料對(duì)坍落度要求較高的混凝土適應(yīng)性較好，摻量可以適當(dāng)提高。

3混凝土坍落度與快速工作度的關(guān)系研究

表3　基準(zhǔn)混凝土與再生混凝土配合比及性能試驗(yàn)結(jié)果

注:1)每組基準(zhǔn)混凝土配比需額外加入5～10 mm天然粗骨料300 kg。2)配制再生混凝土?xí)r，5～10 mm天然粗骨料將全部由5～10 mm再生粗骨料替代，同時(shí)以再生粗骨料總替代率50%為前提，額外加入10～20 mm再生粗骨料。

表3是滿足混凝土工作性和強(qiáng)度要求的基準(zhǔn)混凝土與再生混凝土配和比，從中可以看出，三種不同流動(dòng)性的混凝土配合比中，水膠比、砂率、膠凝材料總量變化并不大，但隨著流動(dòng)性的增大，外加劑摻量有所增加，水泥用量逐漸減少，而摻合料總量和再生骨料占比逐步提高，尤其是再生細(xì)骨料的最佳取代率提高幅度較大，由5%提高到30%。由于對(duì)三種不同流動(dòng)性再生混凝土中摻量最多的粗骨料均采取了5～10 mm再生粗骨料全部替代5～10 mm天然粗骨料，并摻入10～20 mm再生粗骨料，使再生粗骨料總替代率為50%的配制措施，導(dǎo)致盡管再生細(xì)骨料最佳取代率變化幅度較大，但再生骨料占比變化范圍并不大，約在30%～40%之間，此數(shù)量范圍已達(dá)到國(guó)家對(duì)企業(yè)資源綜合利用的免除產(chǎn)品增值稅的要求，因此對(duì)預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)具有一定的實(shí)用價(jià)值。

值得注意的是，針對(duì)同樣水膠比的混凝土，上述再生混凝土的強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)混凝土。這是由于再生細(xì)骨料含有大量微粉(主要成分：水泥石、石粉和部分水化的膠凝材料)，其吸水率高于天然細(xì)骨料，使得高品質(zhì)再生細(xì)骨料混凝土的有效水膠比有所降低，從而提高混凝土強(qiáng)度。另外，微粉中部分水化的膠凝材料還具有一定的水化活性，也有利于混凝土強(qiáng)度的發(fā)揮[5]

圖6為表3所列出的各組混凝土快速工作度與初始坍落度之間的關(guān)系曲線。從中可以看出，混凝土快速工作度隨著初始坍落度的增大而增大，它們之間呈線性關(guān)系。二者的線性關(guān)系式為

y=1.061 2x + 10.965

由于混凝土工作度快速測(cè)定儀測(cè)定混凝土快速工作度的方法是通過(guò)分析混凝土的粘稠度實(shí)現(xiàn)對(duì)新拌混凝土工作性能指標(biāo)的測(cè)定，它把扭矩傳感器探頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)因受到不同粘稠度的混凝土的阻力，經(jīng)過(guò)一定程序的轉(zhuǎn)換而得到混凝土的坍落度。因此，該儀器所使用的測(cè)量方法與混凝土坍落度相關(guān)性良好，它們?cè)诒举|(zhì)上的原理都是一樣的，但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，對(duì)于坍落度為150～210 mm的混凝土，其快速工作度比坍落度普遍高出20 mm左右。

4結(jié)論

a.當(dāng)混凝土配合比中其他摻量因素保持不變，不斷提高再生細(xì)骨料的摻量對(duì)再生骨料占比影響不大，約在30%～40%之間。但針對(duì)同樣水膠比的混凝土，再生混凝土的強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)混凝土。

b.針對(duì)流動(dòng)性、大流動(dòng)性和流態(tài)混凝土，隨著坍落度的提高，再生細(xì)骨料最佳取代率可從5%增大到30%，再生細(xì)骨料對(duì)坍落度要求較高的混凝土適應(yīng)性較好，摻量可以適當(dāng)提高。

c.混凝土快速工作度隨著初始坍落度的增大而增大，它們之間具有良好的線性關(guān)系。但對(duì)于坍落度為150～210 mm的混凝土，其快速工作度比坍落度普遍高出20 mm左右。

d.利用混凝土工作度快速測(cè)定儀測(cè)定快速工作度的方法，能夠推算出當(dāng)前混凝土的坍落度，為再生骨料混凝土的應(yīng)用提供了有效工作性檢測(cè)手段。

參考文獻(xiàn)

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