再生骨料水泥混凝土影响因素试验与分析
时间：2023-03-04 10:00:03 来源：千叶帆 本文已影响人
施茂松
(广东华路交通科技有限公司，广州 510420)
随着我国早期修建的基础设施陆续进入维修期和扩建期，这部分基础设施已不满足当前社会经济发展的需求和技术标准，大量的水泥混凝土建筑物需要拆除或加固，产生了数以亿吨的废旧水泥混凝土。针对这部分废弃物的处理问题，将其集料化生产，形成再生骨料水泥混凝土(简称RACC)，以提高经济效益，避免资源浪费和环境污染，是解决这一问题的主要方式之一[1-4]。
RACC性能满足技术要求是其在工程中应用的前提条件。针对这一问题，杨俊[5]研究了再生骨料取代天然骨料且取代率为100%的条件下再生水泥混凝土的力学性能和工作性能，结果表明，再生水泥混凝土的强度能满足轻交通等级面层的要求，和易性和保水性较好，但其坍落度较小。刘炤伟和杨刚[6-7]研究了水灰比、RACC抗压强度、坍落度三者之间的关系，结果表明，水灰比大，坍落度大，抗压强度大。杨刚[7]研究了RACC抗压强度、坍落度和外加剂掺量、含泥量的关系，结果表明，减水剂添加量和混凝土坍落度及抗压强度呈正相关关系，含泥量与混凝土坍落度及抗压强度呈反相关关系。严天巍[8]研究了表面处理方式对再生集料性能的影响，结果表明，表面处理可提高再生集料的性能，建议采用聚乙烯醇或有机硅憎水剂或盐酸对再生集料的表面进行处理，应避免采用水泥浆对再生集料的表面进行处理。
综上所述，针对RACC力学性能的研究较多，但主要集中于RACC的力学性能和再生集料表面处理方面，对于RACC工作性能的主要影响因素及其改善措施方面仍缺乏相关的研究成果，实际工程中RACC的砂率、再生骨料取代率和减水剂添加量仍存在一定的不确定性。本文通过室内试验研究砂率、再生骨料取代率和减水剂对RACC工作性能的影响，旨在提出RACC工作性能改善措施即砂率、再生骨料取代率和减水剂的合理控制范围，为RACC的工程应用提供参考经验。
1.1 影响因素
已有的研究成果表明：水泥混凝土的砂率、骨料和减水剂添加量对水泥混凝土的工作性能具有明显的影响，但由于RACC中加入了再生集料，砂率、骨料和减水剂的添加量和普通水泥混凝土的影响规律是否一致，在RACC中砂率、骨料和减水剂添加量的合理范围等尚有待进一步研究。因此，本文通过室内试验研究砂率、骨料和减水剂的添加量对RACC工作性能的影响规律，提出RACC砂率、再生骨料取代率和减水剂添加量的合理控制范围。
1.2 试验方案
砂率、骨料和减水剂的添加量为RACC工作性能的主要影响因素，为考察上述三个因素对RACC坍落度、棍度、粘聚性和保水性等工作性能评价指标的影响，并在此基础上提出相应的改善措施，本文设计了如表1所示的试验方案。
表1 RACC工作性能影响因素及改善措施试验方案
根据表1所示的试验方案和表2所示的基准配合比，试验过程中保证水灰比不变，仅调整砂、骨料和减水剂的比例。考虑砂和骨料的比例变化范围为34%～40%，再生骨料替代石子的比例为50%，砂和骨料的比例按照2%变化依次减少；
考虑再生骨料替代石子的比例变化范围为0%～100%，固定砂子与石子比例为38%，按照20%或30%的比例调整再生骨料替代石子的质量；
考虑减水剂添加量的比例控制变化范围为0.10%～0.35%，此时，再生骨料替代石子的比例为50%，固定砂子与石子比例为38%，通过0.05%～0.10%比例调整减水剂的添加量。按照T0522试验方法进行试验。
表2 RACC基准配合比
2.1 砂率
按照表1所示的方案进行试验，试验结果见表3和图1所示。
表3 砂率对RACC工作性能的影响
图1 砂率对RACC坍落度影响的试验结果
从表3和图1可知：RACC坍落度随着砂率的增加而逐渐减小，保水性和粘结度反而逐渐变差，粘聚性变化不大。根据试验结果，当砂率为38%时，RACC工作性能可达到理想的效果。对这种现象进行分析，认为主要是如砂率大、砂子多、骨料总表面积大，在相同的水灰比下，RACC会出现干稠的现象，流动性降低。如砂率太小，RACC中石多砂少，石与石之间的摩擦力大，没有足够的砂提供润滑，RACC石与石、石与砂之间的粘聚力不足，容易造成石与砂之间产生离析。因此，RACC砂率处于合理水平，砂子能够提供足够的润滑作用，同时也需要保证RACC中骨料的总表面积合理，有足够的水泥浆包裹住骨料。试验结果表明，37%～39%的砂率是较为合理的。
2.2 再生骨料的取代率
按照表1所示的方案进行试验，试验结果见表4和图2所示。
表4 再生骨料替代天然石子RACC工作性能试验结果
图2 再生骨料取代天然碎石RACC坍落度试验结果
由表4和图2可知，再生骨料替代石子的量对RACC工作性能可产生明显的影响。具体表现为：保证其他因素不变，再生骨料替代石子的量越多，RACC坍落度越小，再生骨料替代石子的量≤30%时，RACC会出现水析出，且再生骨料与石子之间、再生骨料之间没有较好的粘结力；
再生骨料替代石子的量≥80%时，RACC没有泌水问题，且石子与再生骨料之间、再生骨料之间粘结力较好，但RACC此时坍落度较小。对这种现象进行分析：由于再生骨料空隙率和吸水率大的原因影响了RACC和易性，随着再生骨料取代率增大，而不改变水灰比，骨料表面将大量的水吸收，从而造成了骨料之间的润滑作用缺失，引起了RACC坍落度减小，但粘聚性和保水性却有所改善。
2.3 减水剂
按照表1所示的方案进行试验，试验结果见表5和图3所示。
表5 不同减水剂添加量下RACC坍落度试验结果
图3 不同减水剂添加量下RACC坍落度试验结果
由图3可知，RACC中逐渐增加减水剂添加量，坍落度明显增加，粘聚性和流动性明显改善，但RACC中减水剂添加量>0.3%，RACC的保水性不良。RACC中减水剂添加量<0.2%时，RACC坍落度较低。RACC中减水剂添加量为0.2%～0.3%时，RACC具有较好的坍落度，且粘聚性和保水性均较好。根据试验结果可知，减水剂添加量为0.2%～0.3%是较为合适的。减水剂添加量在0.2%以下时，因部分水泥未能完全被减水剂吸附，水泥颗粒间的摩擦作用较大，流动性不足；
减水剂添加量>0.3%以上时，水泥流动性被充分改善，但由于减水剂添加量过大，保水性不易满足技术要求。
3.1 影响因素
根据本文试验结果，分析砂率、再生骨料取代率和减水剂添加量对RACC工作性能的影响，并找出其影响规律(表6)。
表6 RACC工作性能影响因素
3.2 改善措施
根据表6所示RACC工作性能的影响分析，结合本文试验结果，提出针对性的RACC工作性能改善措施(表7)。
表7 RACC工作性能影响因素及改善措施
本文通过室内坍落度试验，确定了砂率、再生骨料取代率和减水剂添加量对RACC工作性能的影响，得到以下主要结论：
(1)随着RACC中砂率的增加，RACC坍落度逐渐减小，棍度、粘聚性和保水性逐渐改善，建议砂率控制为37%～39%。
(2)随着RACC中再生骨料取代率的增加，RACC坍落度逐渐减小，棍度、粘聚性和保水性逐渐改善，建议再生骨料取代率控制为30%～80%。
(3)随着RACC中减水剂添加量的减小，RACC坍落度逐渐减小，棍度、粘聚性和保水性逐渐改善，建议减水剂添加量控制为0.2%～0.3%。
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