收稿日期:2003-12-01;修订日期:2004-01-14基金项目:上海市科学技术委员会资助项目(02DZ12104)作者简介:李佳彬(1978-),男,河北献县人,同济大学硕士.
文章编号:1007-9629(2004)04-0390-06再生粗骨料特性及其对再生混凝土性能的影响
李佳彬1, 肖建庄1, 孙振平2(1.同济大学建筑工程系,上海200092;2.同济大学混凝土材料研究实验室,上海200092)
摘要:系统测试了再生粗骨料的基本特性,研究了不考虑与考虑再生粗骨料的高吸水特性时再生混凝土的基本性能.结果表明,再生粗骨料的基本性能与天然骨料相比存在一定差异,主要表现为密度低、吸水率大、压碎指标大、坚固性差.不考虑再生粗骨料的吸水特性时,再生混凝土的坍落度偏小,强度低于普通混凝土,且水灰比越大,强度降低越多;考虑再生粗骨料的吸水特性时,再生混凝土可获得与普通混凝土相近的坍落度,强度则较普通混凝土降低更多,但其降低程度随水灰比的增大而减小.关键词:再生粗骨料;再生混凝土;吸水率;坍落度;抗压强度中图分类号:X799.1;TU528.041 文献标识码:A
PropertiesofRecycledCoarseAggregateandItsInfluenceonRecycledConcrete
LIJia-bin1, XIAOJian-zhuang1, SUNZhen-ping2(1.DepartmentofBuildingEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.LaboratoryofConcreteMaterialsResearch,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)
Abstract:Somepropertiesofrecycledcoarseaggregate(RCA)weretested.ThebasicperformanceofrecycledconcretewithorwithoutconsideringthehighwaterabsorptionofRCAwasstudies.There-sultsindicatethatpropertiesofRCAaredifferentfromthatofnaturalcoarseaggtegate(NCA),mainlycharacterizedaslowdensity,highwaterabsorptionandcrushindexaswellaslowsoundness.TheslumpandcompressivestrengthofconcretewithrecycledaggregatearelowerthanthatofconcretewithnaturalaggregatewhenhighwaterabsorptionofRCAisnotconsidered.However,whenhighwaterabsorptionisconsidered,thecompressivestrengthdecreasesfurther,whiletheslumpcanbesimilartothatofconcretewithnaturalaggregate.Keywords:recycledcoarseaggregate(RCA);recycledconcrete;waterabsorption;slump;compres-sivestrength
尽管混凝土材料的使用寿命较长,但是混凝土构筑物或建筑物在使用一段时间后,终将由于各种因素而被拆除,从而产生大量废弃混凝土.再生混凝土技术可实现对废弃混凝土的循环利用,通常被看作是发展绿色混凝土的主要措施之一[1].再生混凝土是利用再生骨料,部分或全部替代天
然骨料配制而成的混凝土.所谓再生骨料是指由废弃混凝土经破碎、分级所形成的骨料.根据其粒径的大小,再生骨料可以分为再生粗骨料(粒径>5mm)和再生细骨料(粒径<5mm).
第7卷第4期2004年12月建 筑 材 料 学 报JOURNALOFBUILDINGMATERIALS Vol.7,No.4Dec.,2004Sidney[2]指出,由于再生细骨料中含有大量水化水泥浆体和二水石膏,不宜再用于拌制混凝土,因此再生骨料一般指再生粗骨料.近年来,一些发达国家相继制定了再生骨料的质量标准和使用规程[3].国内关于再生粗骨料基本性能的研究已有所开展[4～6],但尚未制定出相应的标准或规
程,加之再生粗骨料本身的随机性和变异性,故仍需要对其基本特性及其对再生混凝土性能的影响进行系统的研究.
1 再生粗骨料基本性能试验1.1 试验原材料再生粗骨料由上海某机场跑道废弃混凝土经颚式破碎机破碎而成,该批废弃混凝土年代较久,技术资料不详.再生粗骨料的外形介于碎石与卵石之间,略扁并带有若干棱角,孔隙较多,表面附着有30%(质量分数,本文中所涉及的各百分数均为质量分数)左右的硬化水泥浆;粒径主要包括5～15mm和15～31.5mm两种.天然粗骨料为碎石,粒径为5～31.5mm.1.2 粗骨料级配 天然粗骨料(NCA)为连续级配;再生粗骨料采用连续级配(RCAⅠ)和自然级配(RCAⅡ)2种.NCA与RCAⅠ的级配组成见表1所示.选择RCAⅡ是考虑到由目前的破碎工艺所形成的再生粗骨料一般不可能达到连续级配,故将现有粒径按不同比例组合,测试其堆积密度,堆积密度最大的即为较优的自然级配.通过测试可知,当5～15mm与15～31.5mm再生粗骨料之质量比达3∶2时,其堆积密度最大,为1290kg/m3,故本文中取再生粗骨料自然级配(RCAⅡ)为2种粒径(5～
15mm,15～31.5mm),它们的质量比为3∶2.1.3 主要试验结果 按照《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》(JGJ53—92),主要测试了再生粗骨料的堆积密度、表观密度、吸水率、针片状颗粒含量、压碎指标、含泥量和坚固性等指标.1.3.1 堆积密度与表观密度 试验结果见表2.由表2可见,与天然粗骨料相比,再生粗骨料的堆积密度与表观密度分别降低了约13%和12%,原因主要是其表面水泥砂浆的含量较高.
表1 天然粗骨料与再生粗骨料的级配组成Table1 GradingofNCAandRCAⅠw/%CodeScope/mm5～1010～2020～31.5NCA14.3646.6838.96RCAⅠ12.560.7636.68表2 天然粗骨料与再生粗骨料的堆积密度和表观密度Table2 BulkdensityandapparentdensityofNCAandRCACodeBulkdensity/(kg·m-3)Apparentdensity/(kg·m-3
)
NCA14532820RCAⅠ12602482RCAⅡ12902520
1.3.2 吸水率10min,30min,24h的吸水率测试结果见表3.由表3可见,再生粗骨料的吸水率明显高于天然粗骨料.RCAⅠ和RCAⅡ的吸水率分别约为NCA的16倍和23倍.原因主要是再生粗骨料表面附着部分水泥砂浆,其孔隙率大,在短时间内即可吸水饱和,10min可达饱和程度的85%左右,30min可达饱和程度的95%以上.为反映粒径与再生粗骨料吸水率的关系,测试了5～10mm,10～20mm,20～31.5mm粒径的再生粗骨料10min,30min和24h的吸水率,结果见表4.可见,再生粗骨料的吸水率随粒径的减小而增加.这是因为再生粗骨料粒径愈小,其比表面积越大,从而使吸水率越大.1.3.3 压碎指标NCA,RCAⅠ和RCAⅡ的压碎指标值分别为4.04%,17.1%和15.2%.再生粗骨料的压碎指标值显著大于天然粗骨料,表明其强度较低.这主要是因为再生粗骨料表面水泥砂浆含量较高,导致其较易破碎.
391 第4期李佳彬等:再生粗骨料特性及其对再生混凝土性能的影响 表3 天然粗骨料与再生粗骨料的吸水率Table3 WaterabsorptionofNCAandRCAw/%Code10min30min24hNCA0.3320.3820.40RCAⅠ5.6805.9606.25RCAⅡ8.3408.8209.25表4 不同粒径再生粗骨料的吸水率Table4 WaterabsorptionofRCAwithdifferentgradingw/%
Grading/mm10min30min24h5～1011.4813.6213.6810～203.924.514.5620～31.52.633.123.18
1.3.4 针片状颗粒含量NCA,RCAⅠ和RCAⅡ的针片状颗粒含量分别为4.8%,5.7%和6.2%,这3个数值相差不大,表明再生粗骨料的形状与天然粗骨料较为相似,其形状不会对再生混凝土的工作性和强度产生显著的不良影响.1.3.5 坚固性NCA,RCAⅠ和RCAⅡ的坚固性试验结果(质量损失率)分别为3.2%,8.7%和9.2%.表明再生粗骨料的坚固性低于天然粗骨料,耐久性较差,因此应对再生混凝土的耐久性进行系统研究.1.3.6 含泥量NCA,RCAⅠ和RCAⅡ的含泥量试验结果分别为1.80%,3.55%和4.08%.可见再生粗骨料的含泥量高于天然粗骨料,这主要是由于再生骨料的破碎工艺所致.含泥量过高会对混凝土的性能产生不利影响,如强度降低,干缩率增大等.综合上述试验结果可知,再生粗骨料的性能与天然粗骨料相比存在较大差别,但仍能基本满足《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》(JGJ53—92)中对粗骨料的要求.因此,从对骨料要求的角度来讲,再生粗骨料用于配制普通混凝土是可行的.
2 再生混凝土基本性能试验2.1 试验原材料水泥为海螺牌32.5R普通硅酸盐水泥,砂为普通黄砂,拌合水为自来水.天然粗骨料为连续级配,再生粗骨料采用自然级配RCAⅡ.2.2 配合比设计为反映再生粗骨料高吸水率的影响,本文分别设计了不考虑和考虑其吸水特性的配合比.不考虑再生粗骨料吸水特性的混凝土配合比设计按照普通混凝土的配合比设计方法进行;考虑再生粗骨料吸水特性的混凝土配合比设计参照文献[7]进行,即首先按照普通混凝土配合比设计方法计算出各材料用量,然后根据实测再生粗骨料的有效吸水率(自然干燥状态至饱和面干状态的吸水率,本文约为4%)计算出用以补偿再生粗骨料高吸水率的那部分水(附加水)的用量.同时,为了探讨再生粗骨料取代率r(再生粗骨料占全部粗骨料的质量分数)对再生混凝土性能的影响,考虑了r=0,30%,50%,70%和100%共5种情况.r=0时即为普通混凝土,此处作基准混凝土之用.采用的水灰比共有3种:0.39,0.47和0.53.各混凝土的配合比分别见表5,6.2.3 试块的制作与养护试块的制作与养护在同济大学混凝土材料研究实验室进行.再生混凝土拌合物采用人工搅拌,投料顺序为:搅拌砂和水泥至均匀、加入粗骨料;继续搅拌至混合均匀、加入水;搅拌3～5min后测量坍落度、将拌合物注入钢模;人工插捣密实后用刮刀插实周边、抹平表面.24h后拆模,在标准条件下养护至一定龄期后进行试验.试块均为100mm×100mm×100mm的立方体,共27组,每组3块.抗压强度试验按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081—2002)进行.