再生粗骨料的制备试验研究
废弃混凝土再生骨料性能研究
岳 昌盛 马刚平 王 荣 刘 慧慧 孙丽 蕊
首钢总公司能源环保产业事业部（ １ ０ ０ ０ ４ １ ）
ｉ
摘
要： 废 弃 混 凝 土 在 建 筑 垃 圾 中具 有较 好 的 利 用 前 景 ， 研 究 废 弃 混凝 土 再 生 骨 料 的性 能 可 以提 供 理 论
压 碎 指 标％
碱 集 料 反 应
增 值税 。上 述 一系 列政 策 的 出台 ， 为再 生 骨料 的利 用 提供 了支持 和使 用依 据 。 但 目前 关 于再生 骨料 的
性 能 研 究较 少 ， 因此 ， 有 必要 开 展 再 生 骨料 尤其 是 废弃 混凝 土 再 生骨料 的研究 ， 从 而 为再 生骨 料 的利 用提 供可 靠参 考依据 。
表 ３ 再生 细骨料 中 的坚 固性 、 压碎 指标与
碱 集 料 反 应 测 定 结 果
项目 Ｉ 类 Ｉ Ｉ类 Ｉ Ｉ Ｉ类 性 能 测 定
空隙 率测定 结果
项 目 Ｉ类 Ｉ Ｉ类 Ｉ Ｉ Ｉ 类 性 能 测 定
表观密度（ ｋ ｇ ／ ｍ ３ ） ＞ ２ ４ ５ ０ ＞ ２ ３ ５ ０ ＞ ２ ２ ５ ０ ２ ３ ５ ０ （ Ｉ Ｉ Ｉ 类１
ｆ
堆集密度（ ｋ ｇ ／ ｍ３ ） ＞ １ ３ ５ ０ ＞ １ ３ ０ ０ ＞ １ ２ ０ ０ １ ３ ５ ０ （ Ｉ Ｉ 类１
●
坚 同性 ｆ 按 质 量 损
空 隙率 ％
＜ ４ ６
＜ ４ ８
＜ ５ ２
４ ３ （ Ｉ 类）
失１ ％
＜ ８ ． ０
支持 和应 用参 考 。 以 工 业 建 筑 废 弃 混 凝 土 破 碎 、 筛分 得 到 的 再 生 细 、 粗骨料为例 ， 研 究再生骨料的微粉 、
再生粗骨料混凝土抗冻性试验研究
用再生粗骨料取代部分天然骨料 ； 粉煤灰、 矿粉和硅灰等矿物掺和料取代部分水泥 ， 分析其对高性能再生
混 凝 土抗 冻性 的影 响 ．
１ 试 验 原 材 料
水泥 ： 三菱 水 泥厂 生 产 的 ＰⅡ５． 酸盐 水泥 ． ２５硅
普通 矿粉 ： ９ 级 矿粉 ． ￥５
超 细矿粉 ： 南钢 铁 厂生 产 的粒径 Ｄ ７ ６ ｍ 的超 细矿 粉 ． 济 ９－ 粉煤 灰 ： 岛 四方 电厂生 产 的 Ⅱ级 灰． 青 硅灰 ： 河南 巩 义生 产 的微硅 粉 ＳＯ ＞ ９ ． ｉ ５
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｅｙ ｌｄ ｃ ｎ ｒ ｔ ｒ ｆｇ ｅ ｔｓｇ ｉｉａ ｃ ｏ ｎ ｉ ｓｒ ｃ ： ｅｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｐ ｌ ｔ ｆｒ ｃ ｃｅ ｏ ｃ ｅｅ ａ ｅｏ ｒ ａ ｉｎｆｃ ｎ ｅｆ ｒｅ ｖ— ｃ ｏ ｒ ｎ ｎ ａ ｒ ｔｃｉｎ ａ ｄ ｉｓｄ ｒ ｂｌ ｙ ｉ ｎ ｉ ｐ ｒａ ｔｉ ｄ ｘ ｏ ｒ ｄ ｃ ｉｎ ａ ｄ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｍｅ ｔｌｐ ｏ ｅ ｔ ｎ ｔ ｕ ａ ｉ ｔ ｓａ ｍ ｏ ｔｎ ｎ ｅ ｆｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｐ ｌ ｔ ． ｏ ｉ ｏ ｃ ｏ Ｔｈ ｎ ｌ ｅ ｃ ｓｏ ｈ ｅ ｌｃ ｍ ｅ ｔｒ ｔ ｆｒ ｃ ｃｅ ｏ ｒ ｅ ａ ｇ ｅ ａｅ ｅｉ ｆ ｎ ｅ ｆｔ ｅ ｒ ｐ ａ ｅ ｎ ａ ｅｏ ｅ ｙ ｌｄ ｃ ａ ｓ ｇ ｒ ｇ ｔ ，ｍｉ ｅ ａ ｄ ｘ ｕ ｅ ａ ｄ ｕ ｎ ｒ １ａ ｍｉ ｔ ｒ ｎ ｏ ｈ ｒｆ ｃｏ ｓｏ ｈ ｒ ｓ ｅｉｔｎ ｅｏ ｅ ｙ ｌｄｃ ｎ ｒ ｔ ｒ ｔ ｄｅ ｎｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｔ ｅ ａ ｔ ｒ ｎ ｔ ｅｆｏ ｔｒ ｓｓａ ｃ ｆｒ ｃ ｃｅ ｏ ｃ ｅ ｅａ ｅｓｕ ｉｄ ｉ ｈ ｓ ａ ｅ ．Ｔｈ ｘ ｅ— ｅｅ ｐ ｒ
再生混凝土配合比设计及强度试验研究
浅谈再生混凝土配合比设计及强度试验研究摘要: 对华东地区再生骨料的基本性质进行检测，采用自由水灰比方法进行再生混凝土配合比设计，讨论不同水灰比对抗压强度的影响，建议净水灰比取 0. 4。
通过对 90 组再生混凝土不同龄期的抗压强度分析，回归不同取代率再生混凝土的强度换算公式，公式计算结果与试验结果符合良好，为该地区再生混凝土工程应用和结构早龄期强度推算提供强度指标。
关键词: 再生混凝土; 抗压强度; 水灰比; 强度换算中图分类号：tu37 文献标识码：a 文章编号：利用废弃混凝土经破碎处理后形成再生骨料制作而成的混凝土称为再生骨料混凝土。
由于其可以有效地处理城市发展过程中产生的建筑固体废弃物，减少对天然砂石等自然资源的需求，减轻环境的破坏和污染，因此对废弃混凝土的再生利用在国外得到广泛重视，我国在近几年也有很多学者对此开展了相关研究。
实际工程中受工期等条件限制，需要加快施工进度并准确预测混凝土不同龄期时的强度值，对于不同混凝土的强度增长规律研究提出了较高要求。
再生混凝土由于再生骨料来源广泛，受废弃混凝土龄期、原始强度、使用环境、产地等因素影响较大，各地区生产出的再生混凝土会存在较明显的性能差异。
1 再生骨料基本性能再生骨料由某工程废弃混凝土块经腭式破碎机破碎筛分后制成粒径为 5 ～ 20 mm 自然级配的粗骨料。
参考 jgj 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》，分别测得再生粗骨料的级配、含水率、吸水率、压碎指标等，结果见表 1。
试验所用砂为天然河砂，属中砂; 水泥为 32. 5 级复合硅酸盐水泥; 拌合水为普通自来水。
2 再生混凝土配合比设计2. 1 配合比设计方法国内外对于再生混凝土配合比设计方法大致有几种思路。
一种是考虑到再生骨料的高吸水率特性，采用骨料预吸水工艺，将拌制混凝土的用水量分别按不考虑吸水的总用水量和扣除骨料吸水消耗的净用水量，计算与之相对应的总水灰比和净水灰比( 净用水量这部分水主要对水泥水化和流动性起作用，总用水量则是包括再生骨料吸水在内的混凝土总用水量) ，来分别探讨更合理的经验公式表达式。
再生粗骨料混凝土柱受压力学性能试验研究
随着国内科技的不断进步以及经济的不断发展，建筑工程的发展规模越来越大。
国家对建筑工程的需求已经从新建阶段开始进入养护维修的阶段，由此产生了大量的建筑垃圾，对社会环境造成了不利影响[1-3]。
为了建设资源节约型和谐社会，国家开始对建筑垃圾的回收利用出台了大量的方针政策[4]。
如何将建筑垃圾进行高效再生利用成为土木工作者研究的重点，将其结合新材料制备成再生混凝土备受研究者的关注。
再生混凝土作为一种建筑材料，其在建筑构件中的应用效果是研究者最关心的。
柱构件作为房屋建筑结构的承重构件，对房屋建筑的安全性起到十分重要的作用，因此,研究其力学性能具有十分重要的意义[5-7]。
目前，国内外研究者已经开展了大量关于再生混凝土基本性能方面的研究，但针对再生混凝土构件的研究相对较少，有关再生混凝土柱的研究少之又少[8]。
在此背景下，本文开展了再生粗骨料混凝土柱受压力学性能随偏心距（0、30mm、60mm）及旧骨料取代率（0、50%、100%）的演变规律研究。
以期设计出最优的再生粗骨料混凝土柱的方案，提升再生混凝土柱的力学性能，对于建设长寿命房屋建筑及环境友好型可持续发展社会具有十分重要的意义。
1再生粗骨料混凝土柱受压力学性能试验1.1试件制备采用的试验材料主要包括天然粗骨料、再生粗骨料、细骨料、水泥和水。
其中，天然粗骨料为石灰岩碎石，最大粒径为31.5mm，最小粒径为5mm，表观密度为2.7g/cm3；再生粗骨料来自广西某一高速公路废弃路面经破碎后的骨料，最大粒径为29mm，最小粒径为5mm，表观密度为2.6g/cm3；细骨料为天然河砂，细度模数为2.8；水泥为复合硅酸盐水泥，水为自来水。
严格按照规范JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》[9]中的流程设计再生混凝土柱中的建筑材料组成比例，如表1所示。
为了分析再生骨料替代率及偏心距对再生混凝土柱受压性能的影响，制备了5个再生混凝土柱（偏心距0+再生骨料替代率50%、偏心距30mm+再生骨料替代率50%、偏心距60mm+再生骨料替代率50%）及旧骨料取代率（偏心距30mm+再生骨料替代率0%、偏心距30mm+再生骨料替代率50%、偏心距30mm+再生骨料替代率100%）。
再生骨料混凝土性能的试验研究
再生骨料混凝土性能的试验研究作者：张云霞来源：《科技创新导报》2011年第13期摘要:再生骨料混凝土在节约资源、能源,尤其对环境保护有着十分重大的意义,它解决了混凝土作为最大宗的人造材料对自然资源的占用及对环境造成的负面影响。
本文针对再生骨料混凝土性能进行了试验研究,旨在为相关的生产实践提供指导,对于相关领域的理论研究也能起到抛砖引玉的作用。
关键词:再生混凝土颗粒整形耐久性试验研究中图分类号:TU528 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)05(a)-0031-01引言据统计,工业固体废弃物中,建筑废弃物独占40%。
其中废弃混凝土是建筑废弃物排放量最大者之一。
由于废旧混凝土的大量的产生以及建筑业对混凝土的大量需求,人类必将面临废旧混凝土的处理和天然砂石的紧张两个非常严峻的问题。
一方面,我国与其它国家一样,许多老建筑物已达到了使用寿命,加之城区改造等工程,每年拆除的废旧混凝土量十分巨大,并呈逐年增多的趋势。
若将这些由解体而产生的混凝土作为废弃物进行掩埋处理,无论是在环境保护方面,还是在资源利用方面,都非上策。
另一方面,作为最大宗建筑材料的混凝土,其生产需要大量的天然砂石骨料。
生产1m3混凝土大约需要1700～2000kg的砂石骨料。
目前,全世界每年混凝土的使用量超过40亿m3,砂石骨料用量超过60～80亿t。
对砂石骨料如此巨大的需求,必然导致大量的开山采石,破坏生态环境。
为解决上述两方面的问题,废弃混凝土再生利用的课题摆在了人们面前。
利用废旧混凝土制备出高品质的再生骨料混凝土,不仅可以节省天然骨料资源,而且还可以减少废旧混凝土对环境的污染,符合可持续发展的国策。
1 试验方法收缩性能试验按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ81-85)中收缩试验的试验方法进行,制作两端预埋测头的l00mm×100mm×515mm长方体试块,在标准养护室养护3天后,从标准养护室取出并立即移入温度保持在20±2℃相对湿度保持在60±5%的恒温恒湿室,测定其初始长度,并依次测定1,3,7,14,28,45,60,90,120,150及180d的收缩变化量。
再生骨料的基本特性研究_刘数华
▲ 骨料不仅构成了混凝土的骨架，而且在很大程度上决定着混凝土拌和物的工作性能、硬化混凝土的力学性能与混凝土构筑物的耐久性能
的再生粗骨料成分十分复杂，不仅含有设计强度等级高低不同的混凝土成分，而且含有许多低密度的建筑材料，如粘土砖、硬化石膏的碎块、用于混凝土表面的找平砂浆及某些有机物。
由于再生粗骨料组成成分复杂、孔隙率气干状态的压碎指标大，这是由于粗骨料吸水软化所致。
由于混凝土28d强度是在试件饱和面干状态下测定的，此状态下的粗骨料是吸水饱和的，所以饱水压碎指标更能反映粗骨料的实际受力状态。
▲ 由废弃混凝土块破碎加工而得的再生粗骨料成分十分复杂，因而其强度往往低于天然骨料
应用标准和规范。
再生粗骨料混凝土性能的研究
从拆迁建筑物上取 得 的不 同地点 、 同 品种 的废 弃混凝 土 。 不
表 ２中给 出了本试 验所 用的混凝 土 的来 源 。表 ３给 出了以这些
砂子 ： 产于大连 的中砂 ， 细度模数 为 ２ ５ 含泥量为 ２ １ 。 ．； ．％
混凝 土制成 的骨料与天然骨料在技术性能指标上的比较 。
球单元的大小及体积 ， 以较好 的对不 同级配 的沥青 混合料进 行 ［ ］ 周长红． 青混合 料 非连 续力 学计 算模 型的研 究［ ． 可 ２ 沥 Ｄ］ 大
模拟 ， 而且模型较接近实 际情况 。 不易监控 ， 又因为模 型 中球单 元只是 模拟粗 集料 ， 故可 以采用 控 制模型空隙率作为模型成型及模型破坏的判断标准。
连： 大连理工 大学，０ ８ ２０ ． ［ ． Ｍ］ 北京 ： 清华大学出版社 ，０ ８ ２０ ． ［ ］ Ｊ ２ －０ １ 公路 工程 沥青及沥青混合料 实验规程 ［ ］ ４ Ｉ Ｅ ０２ １ ， Ｇ ｓ． ［ ］ 刘 玉． ５ 沥青 混合 料 细观 结 构模 型 的 离散 单 元数 值模 拟 ［ ． Ｄ］ 郑州： 南工业大学 ，０５ 河 ２０ ．
的再生骨料 对应的再 生混凝 土强度低 ； 通过各种 方法的复合运 用 ， 配得较 高抗压 强度 的再 生混 凝土 ； 可 混合 再生 骨料 配
制 的 再 生 混 凝 土 ， 中原 始 混 凝 土 强 度 低 的 再 生 骨料 ， 低 水 灰 比 和 高 水灰 比 的再 生 混 凝 土 有 不 同的 影 响效 果 。 其 对
再 生 粗 骨 料 混 凝 土 性 能 的 研 究
段 献 智
再生骨料水泥混凝土的级配优化试验研究
第11卷第1期2008年2月建 筑 材 料 学 报J OU RNAL OF BU ILDIN G MA TERIAL S Vol.11,No.1Feb.,2008收稿日期:2007-04-27;修订日期:2007-06-18基金项目:湖南省教育厅资助科研项目(06C113)作者简介:李九苏(1972-),男,湖南湘乡人,长沙理工大学副教授,湖南大学博士生.主要研究方向:废渣资源化利用、新型建筑材料. 文章编号:1007-9629(2008)01-0105-06再生骨料水泥混凝土的级配优化试验研究李九苏1,2, 肖汉宁1, 龚建清1(1.湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082;2.长沙理工大学公路工程学院,湖南长沙410076)摘要:研究了5种再生骨料级配对混凝土强度的影响,试验表明,较小的最大公称粒径对混凝土强度有利.提出了微粉体系级配范围和关键粒径的概念,研究了硅灰单掺、矿渣和硅灰复掺、粉煤灰和硅灰复掺以及这3种掺和料复掺时的优化级配.指出了硅灰对获得紧密堆积体系不可缺少,且掺和料复掺时比硅灰单掺更为有效,这为堆积密实度计算结果所证实.流变学参数测定结果也表明,双掺15%(质量分数,下同)硅灰和15%粉煤灰时,浆体屈服应力和塑性粘度最小,因而具有最优级配.关键词:再生骨料;矿物掺和料微粉;级配优化;再生混凝土中图分类号:TU528 文献标识码:ALaboratory R esearch on G rading Optimizationof R ecycled Aggregate ConcreteL I J i u 2s u 1,2, X I A O H an 2ni n g 1, GO N G J i an 2qi n g 1(1.College of Materials Science and Engineering ,Hunan University ,Changsha 410082,China ;2.Highway Engineering School ,Changsha University of Science &Technology ,Changsha 410076,China )Abstract :Influence of gradation of five types of recycled aggregate on st rengt h of recycled aggre 2gate concrete was investigated.The experimental result shows t hat smaller nominal maximum size of recycled aggregate co nt ributes to st rengt h develop ment.Grading range and key grain size of micro 2powder system are p ropo sed.And optimized gradation is calculated in sit uation of adding silica f ume alone ,incorporation of anot her mineral powder ,or combination of silica f ume ,fly ash and blast slag.Addition of silica f ume is essential to intense packing whereas addition of several mineral blendings toget her is more effective due to it s more intense packing effect ,which is veri 2fied by calculated packing density.When double mineral admixt ures were used ,rehological pa 2rameters were measured and t he relatively lower yielding st ress and plastic viscosity prove t hat an optimum gradation is acquired in case of 15%(by mass )silica f ume and 15%(by mass )fly ash is added.K ey w ords :recycled aggregate ;mineral micro 2powder ;grading optimization ;recycled aggregate concrete 所谓再生骨料,是指废弃混凝土、砖块等经过解体、破碎、筛分等再加工过程,重新用于生产水泥混凝土的材料.其中再生细骨料由于粉尘含量高、吸水量大等缺陷一般不用于浇筑再生混凝土.所以,目前的再生骨料混凝土主要是指利用再生粗骨料制备的混凝土.由于再生骨料水泥混凝土技术带来的巨大环保效应和潜在经济效应,再生骨料的研究及应用日益受到重视.对再生混凝土的研究主要集中在以下几个方面:一是对再生骨料基本性质的研究[1,2];其次是对再生骨料进行强化处理[3,4];最后是对由再生骨料配制的再生混凝土性质的探讨.对于再生混凝土的工作性[5]、力学强度[6]、耐久性[7]和配合比设计[8]已有较多实验研究,并取得了一定的进展.但是,尚未见有关再生混凝土级配系统研究的文献报道.由于再生骨料的物理、力学性能一定程度上劣于天然骨料,因此配制再生混凝土时,为改善混凝土性能,掺入矿渣、粉煤灰或硅灰等矿物掺和料已成为普遍的技术手段.再生混凝土中,再生骨料形成骨架,水泥和矿渣、粉煤灰、硅灰等掺和料填充在骨架之中.本文研究了再生骨料级配优化和水泥、掺和料的级配优化问题.1 再生骨料级配优化1.1 再生骨料级配固定净水胶比为0.28(本文所涉及的水胶比、砂率、掺量等除特别注明外均为质量比或质量分数);砂率为34%;胶凝材料总量为550kg/m3,其中P・O42.5级普通硅酸盐水泥375kg/m3,I级粉煤灰125kg/m3,硅灰50kg/m3;高效减水剂FDN掺量为胶凝材料总量的0.8%.再生骨料系强度等级为C40的水泥混凝土路面,经过颚式破碎机和反击式破碎机两级破碎,然后重新筛分、分级而成的粗骨料.研究了5种不同再生骨料级配对再生骨料水泥混凝土(以下简称为再生混凝土)28d抗压、抗折强度的影响.根据现行公路水泥混凝土路面施工技术规范(J T G F30—2003)推荐级配范围,按级配中值设计了4种连续级配A,B,C,D和1种单粒径级配E.其中A,B,C,D分别表示4.75～31.50mm连续级配、4.75～26.50mm连续级配、4.75～19.00mm 连续级配和4.75～16.00mm连续级配,E表示9.50～16.00mm单粒径级配.1.2 再生骨料级配对再生混凝土强度的影响骨料级配对再生混凝土强度的影响如图1,2所示.图1 级配类型对试件28d抗压强度影响Fig.1 Influence of grading on compressivestrength图2 级配类型对试件28d抗折强度影响Fig.2 Influence of grading on flexural strength 由图1可见,4.75～16.00mm连续级配(级配D)再生混凝土的28d抗压、抗折强度最大.天然骨料混凝土中,由于骨料的强度较高,所以骨料强度并不是影响混凝土强度的主要因素.而对再生混凝土而言,因为再生骨料在解体、破碎等加工过程中容易受到损伤,使骨料内部产生了大量微细裂纹,因而会给混凝土强度带来不利影响.但与天然骨料比较,再生骨料具有相对粗糙的表面,且其表面往往包裹有部分旧的水泥砂浆,故与新拌水泥砂浆之间结合更好.因此再生混凝土中,再生骨料与砂浆基质之间的粘聚力对混凝土强度的影响占有主导地位.随着最大公称粒径的减小,砂浆与再生粗骨料之间的接触面积增大,增大了混凝土的粘聚力,从而使混凝土强度提高.另外,在水胶比一定的情况下,随最大公称粒径的减小,比表面积增大,骨料之间的浆体厚度变薄.而根据de 601建 筑 材 料 学 报第11卷 Larrard 等的研究[9],当水胶比相同时,混凝土抗压强度f c 与骨料最大浆体厚度M P T 之间满足方程f c ∝MP T -r ,其中r 接近0.13～0.16,即混凝土抗压强度随最大浆体厚度的减小而增大,可见,这一结论对于再生混凝土也是适用的.2 微粉级配优化再生混凝土中,水泥和掺和料组成微粉体系.用L S -601激光粒度分析仪测定了水泥(C )、粉煤灰(FA )、矿渣(BS )和硅灰(SF )的粒度分布,其粒度分析结果整理如表1所示.表1 不同种类微粉的粒度分布T able 1 P article size distribution of various micro 2powdersParticle size/μm60.030.015.010.0 5.0 2.0 1.00.50.1C 100.072.050.332.120.610.0000PassingBS 100.047.923.511.3 4.9 2.00.80.30ratio/%FA 100.0100.094.261.725.88.3 2.50.80SF 100.0100.0100.0100.0100.0100.095.089.081.02.1 级配范围至今已有较多用来描述理想粉体级配的模型,较为广泛接受的是Andreasen 方程[10].根据Andreasen 方程,当粉体满足U (D )=100(D/D L )n 时可达到紧密堆积状态.其中:U (D )表示粒径D 对应的筛孔通过百分率、D L 为体系的最大粒径、n 为分布模数.Andreasen 指出,随着n 的减小,体系的空隙率减小;n =0.33时粉体可达到理想的紧密堆积状态;n 继续减小无实际意义.所以,级配上限可根据n =0.33计算.取n =0.70时的级配作为体系的级配下限.理想级配范围见表2.表2 二元、三元、四元微粉体系的优化级配及级配范围T able 2 Optimized grad ation of binary ,ternary and qu aternary micro 2pow der system and grad ation limits%System ItemParticle size /μm 60.030.015.010.0 5.0 2.0 1.00.50.1Binary system(w (C )∶w (SF )=85%∶15%)100.076.257.842.332.523.514.313.412.2Ternary system(w (C )∶w (FA )∶w (SF )=70%∶15%∶15%)100.080.464.346.733.323.214.613.512.2Ternary system(w (C )∶w (BS )∶w (SF )=80%∶5%∶15%)100.075.056.441.231.723.114.313.412.2Quaternary system(w (C )∶w (BS )∶w (FA )∶w (SF )=60%∶5%∶20%∶15%)100.080.665.247.232.822.814.813.512.2Upper limit100.079.663.355.444.032.525.920.612.1Lower limit 100.061.637.928.517.69.2 5.7 3.5 1.12.2 微粉组成根据级配范围和微粉的级配曲线,用Excel 电子表格进行计算和调整,以优化微粉比例.La 2bahn 等认为[11]:水泥熟料颗粒中,10μm 以下的颗粒对水泥砂浆早期强度有较大贡献,10～30μm 颗粒则对水泥砂浆7,28d 强度有较好的相关性,而大于60μm 的颗粒则难以水化;卢迪芬等[12]研究了矿渣颗粒尺寸分布对水泥砂浆强度的影响,结论认为:矿渣微粉中10～20μm 颗粒的含量对水泥砂浆7,28d 强度的影响最大;郝文霞等[13]经研究发现:粉煤灰中5μm 以下颗粒含量对水泥粉煤灰胶砂的流动度和抗压强度影响最大,10～16μm 颗粒次之.蒋永惠等[14]则认为粉煤灰中10～20μm 颗粒对水泥砂浆强度起主要贡献;硅灰中含有大量的0.1μm 以下颗粒,对填充效应的发701 第1期李九苏,等:再生骨料水泥混凝土的级配优化试验研究 挥起关键作用.由于60.0,30.0,15.0,10.0,5.0,0.1μm的粒径对胶凝材料特性影响很大,故选择它们作为关键粒径,微粉合成级配力求尽可能多的粒径接近级配上限,其他粒径则要求落在级配范围内.对单掺、双掺和三掺的“水泥-掺和料”二元、三元和四元体系进行级配优化.优化后的微粉配比和合成结果见表2.掺和料单掺时,由于水泥、粉煤灰、矿渣中均不含0.1μm粒径颗粒,水泥-矿渣、水泥-粉煤灰二元体系均不能满足0.1μm关键粒径通过百分率的要求,不能达到紧密堆积.根据0.1μm粒径合成级配要求,确定硅灰掺量大约为15%,故水泥-硅灰二元体系的优化组成为w(C):w(SF) =85%∶15%.结合表1,2可见,水泥的粒径分布远远偏离理想紧密堆积分布,即级配上限.掺入硅灰后,合成级配的0.1,30.0μm关键粒径通过百分率接近级配上限,其他粒径通过百分率都落在级配范围内.也就是说,硅灰的掺入使体系的堆积结构得到了大幅改善,更加接近Andreasen方程的紧密堆积状态.但是,仍有多个关键粒径偏离了理想级配.掺和料双掺时,微粉构成三元体系.同样,由于0.1μm粒径的要求,要达到紧密堆积,硅灰的掺入不可缺少,其掺量为15%左右.根据关键粒径通过百分率和级配范围要求,调整水泥-粉煤灰掺量和水泥-矿渣掺量,当w(C)∶w(FA)∶w(SF)=70%∶15%∶15%,w(C)∶w(BS)∶w (SF)=80%∶5%∶15%时,分别得到水泥-粉煤灰-硅灰、水泥-矿渣-硅灰三元体系的较理想合成级配.由表2可见,和单掺硅灰相比,合成级配粒径中有更多的关键粒径(0.1,15.0,30.0,60.0μm)通过百分率接近理想Andreasen方程,故硅灰和粉煤灰或矿渣双掺时,体系能获得更紧密的堆积排列,具有复合效应.另外,水泥-粉煤灰-硅灰三元体系和水泥-矿渣-硅灰三元体系相比,前者具有更紧密的堆积结构.这是由于矿渣颗粒较粗,矿渣掺入时的堆积密实效果不如粉煤灰所致.同时掺入矿渣、粉煤灰和硅灰构成四元体系,其优化的级配组成为:w(C)∶w(BS)∶w(FA)∶w(SF)=60%∶5%∶20%∶15%.此时,0.1,15.0,30.0,60.0μm等大多数的关键粒径通过百分率接近理想级配.2.3 CPM模型验证可压缩堆积模型(comp ressible packing model,CPM)是由法国混凝土专家de Larrand经过10多年的系统研究后提出来的,由于克服了Toufar模型[15]和Dewar模型[16]等经典密实度模型单一粒径假设的局限性,得到了各国研究者较广泛的认同.CPM模型是一个半经验的数学模型,其主要作用是可根据混合料中各种原材料颗粒的粒径分布和组成比例,确定混合料体系的实际堆积密实度,即体系中每个颗粒相互堆积并保持原有形状时固相体积占整个体系体积的百分率.CPM模型首先计算或实测各种原材料的剩余堆积密实度βi(即单位体积中其他粒级存在的情况下第i级单粒级颗粒所能占据的最大固体体积),然后根据堆积结构计算出具有不同粒径分布的固体颗粒在达到理想堆积状态时的虚拟堆积密实度γ,最后根据压实指数K(反映不同堆积过程中虚拟堆积密实度与实际堆积密实度关系)计算得到体系的实际堆积密实度Φ.对于存在部分交互影响的颗粒体系,用a ij,b ij分别表示小颗粒的松开效应系数和大颗粒的壁效应系数,则有γ=γi=βi1-6i-1j=1[1-βi+b ijβi(1-1/βj)]y i-6n j=i+1[1-a ijβi/βj]y j(1)a ij=1-(1-d j/d i)1.02,(j=i+1,…,n)(2)b ij=1-(1-d i/d j)1.50,(j=1,…,i-1)(3)K=6n i=1K i=6n i=1y i/βi1/Φ-1/γi(4)式(1),(4)中:y i,y j分别表示第i,j级颗粒的体积分数.对于水泥-掺和料粉体体系,假设由n种材料所组成,各组分所占固体体积比为Y i(i=1,…, n).每种原材料分别有各自的粒径分布曲线,但具有共同的m个粒级区间,每个粒级的特征粒径为801建 筑 材 料 学 报第11卷 d j (j =1,2,…,m ).设第i 种材料的第j 个粒级区间的颗粒在该种材料中的体积比为y ji ,其剩余堆积密实度为βji .则可以由式(5)将一个n 相体系转化为一个m 级混合体系.其中每级的粒径为d j ,固体体积为y 3j ,剩余堆积密实度为β3j .y 3j =6n i =1y ji Y i , 1/β3j =6n i =1y ji Y i y 3j βji (5) 首先,用最小需水量法实测测得水泥、粉煤灰、矿渣和硅灰的实际堆积密实度分别为0.629,0.666,0.619,0.536;接着根据式(4)反算它们的剩余堆积密实度βi ;然后由式(5)计算混合料各粒级区间的剩余堆积密实度β3j ;再由式(1)计算混合料的虚拟堆积密实度γj ;最后由式(4)求解水泥-掺和料混合体系的实际堆积密实度Φ.根据上述步骤编写Matlab 程序,分别计算二元体系、三元体系、四元体系优化级配的实际堆积密实度Φ,结果见表3.表3 实际堆积密实度计算结果T able 3 C alculated actu al p acking densityVarious system (optimized proportion )Packing density Binary system (w (C )∶w (SF )=85%∶15%)0.716Ternary system (w (C )∶w (FA )∶w (SF )=70%∶15%∶15%)0.734Ternary system (w (C )∶w (BS )∶w (SF )=80%∶5%∶15%)0.717Quaternary system (w (C )∶w (BS )∶w (FA )∶w (SF )=60%∶5%∶20%∶15%)0.737 由表3可见,无论硅灰单掺、粉煤灰与硅灰双掺、矿渣与硅灰双掺还是粉煤灰、矿渣、硅灰同时掺入,与不掺掺和料时相比,其堆积密实度均有不同程度提高.从堆积密实度计算结果分析,堆积效果由优至劣的顺序为四元体系>三元体系>二元体系>单掺水泥.在三元体系中,从堆积密实度结果分析,硅灰与粉煤灰复配效果优于硅灰与矿渣复配时的效果.2.4 流变学参数水泥-掺和料净浆接近宾汉姆体,其流变学参数可以用屈服应力和塑性粘度来表征.保持水泥用量为70%,水胶比为0.28,FDN 掺量为0.8%.改变粉煤灰和硅灰的掺量,制得净浆.用同轴旋转粘度计测定了水泥-粉煤灰-硅灰三元体系的屈服应力和塑性粘度,结果见图3,4.图3 水泥-粉煤灰-硅灰体系屈服应力Fig.3 Y ielding stress of C 2FA 2SF system 图4 水泥-粉煤灰-硅灰体系塑性粘度Fig.4 Plastic viscosity of C 2FA 2SF system 由图3,4可知,当粉煤灰掺量为15%,即w (水泥)∶w (粉煤灰)∶w (硅灰)=70%∶15%∶15%时,体系具有紧密的堆积结构,从而浆体具有最小的屈服应力和塑性粘度.3 结论1.再生骨料最大公称粒径影响再生混凝土的抗压强度和抗折强度.对于再生骨料,由于骨架作用的削弱,粘聚力占有更为重要的地位.较小的最大公称粒径由于增大了总表面积,提高了粘聚力,从而对提高混凝土强度有利.建议采用4.75～16.00mm 的连续级配.901 第1期李九苏,等:再生骨料水泥混凝土的级配优化试验研究 011建 筑 材 料 学 报第11卷 2.微粉体系的级配范围为n=0.33和n=0.70时对应的Andreasen方程,60.0,30.0,15.0, 10.0,5.0,0.1μm关键粒径应尽可能接近级配上限.3.水泥的粒度分布远远不能满足Andreasen方程,不能实现粉体的紧密堆积排列.掺入适量的矿渣、粉煤灰和硅灰可使水泥浆体体系获得紧密堆积结构.由于硅灰中含有其他微粉中缺少的0.1μm以下颗粒,因此硅灰是水泥浆体体系获得紧密堆积不可缺少的掺和料.4.硅灰、粉煤灰、矿渣的掺入使水泥浆体体系获得更高的堆积密实度,因此具有更紧密的堆积结构.粉煤灰、硅灰双掺或矿渣、粉煤灰、硅灰复配比单掺硅灰有效,矿物掺和料之所以具有复合效应,是因为体系能获得更好的堆积排列.在紧密堆积状态下,微粉体系具有较低的屈服应力和塑性粘度,这为流变学参数的试验结果所证实.参考文献:[1] Dos SAN TOS J,BRANCO F,BRITO J.Mechanical properties of concrete wit h recycled aggregates[J].Structural En2gineering International:Journal of t he International Association for Bridge and Structural Engineering(IABSE),2004,14(3): 213-215.[2] 徐亦冬,周士琼,肖 佳.再生混凝土骨料试验研究[J].建筑材料学报,2004,7(4):447-450.[3] KA TZ A.Treat ment s for t he improvement of recycled aggregate[J].Journal of Materials in Civil Engineering,2004,16(6):597-603.[4] TAM V W,GAO X F,TAM C M.Quality improvement of recycled aggregate concrete[J].Key Engineering Materials,2006,(302-303):308-313.[5] 邱怀中,何雄伟,万惠文,等.改善再生混凝土工作性能的研究[J].武汉理工大学学报,2003,25(12):34-37.[6] XIAO J,L I J,ZHAN G C.Mechanical properties of recycled aggregate 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再生粗骨料的制备试验研究
第一步是废弃混凝土骨料的收集和筛分。
废弃混凝土骨料是指在建筑
施工和拆除过程中产生的破碎混凝土，一般会包含水泥、沙子和石子等杂质。
首先，我们需要对废弃混凝土进行收集，并通过筛分设备将其分为不
同颗粒大小的骨料。
分选出来的较大颗粒将作为再生粗骨料的原料。
第二步是再生废弃混凝土骨料的清洗。
废弃混凝土骨料通常会存在沥青、胶泥和其他有机杂质。
为了提高再生粗骨料的质量，我们需要使用清
洗设备将这些有机杂质去除。
清洗后的骨料将放在通风处晾晒，以确保其
含水率符合要求。
第三步是再生粗骨料的破碎和筛分。
清洗后的骨料需要经过破碎设备
进行破碎，以得到所需的粗骨料。
采用适当的破碎设备和工艺参数，可以
确保再生粗骨料的颗粒形状和大小符合标准要求。
之后，再生粗骨料需要
经过一系列筛分设备进行筛分，以分离出符合要求的不同粒径级配的骨料。
第四步是再生粗骨料的物理和力学性能测试。
对再生粗骨料进行物理
和力学性能测试，可以评估其质量和适用性。
一般可以测试其密度、吸水率、抗压强度等性能指标。
通过这些测试，我们可以判断再生粗骨料是否
符合相关标准和要求，以确保其在工程中的使用安全和可靠性。
最后，需要对再生粗骨料的应用性能进行评估。
再生粗骨料在混凝土
制品中的使用性能是评价其实际应用效果的重要指标。
可以采用相应的实
验方法和评估指标，如抗压强度、冻融性能、渗透性能等来评估。
通过对再生粗骨料的制备试验研究，可以获得高质量的再生粗骨料，
并为其应用提供科学依据。
再生粗骨料的制备和应用不仅有助于环境保护，减少资源消耗，还有助于提高建筑材料的可持续性和工程质量的提升。
然
而，在实际应用中还需要进一步研究和完善相关技术，以解决可能存在的问题，达到更好的效果。