热点｜混合砂再生粗骨料混凝土试验研究

　　摘要：摘要“十二五”以来，建设资源节约型和环境友好型社会成为中国经济转型的重要着力点。天然中砂作为混凝土的细骨料，经过长期开采逐渐枯竭，细砂和机制砂的大量使用必将成为一种趋势。同样，粗骨料主要依靠传统的粗糙开采方式，严重破坏生态平衡，开采产生大量粉尘，严重影响当地居民生活；另一方面，城市产生的大量建筑垃圾

摘要

“十二五”以来，建设资源节约型和环境友好型社会成为中国经济转型的重要着力点。天然中砂作为混凝土的细骨料，经过长期开采逐渐枯竭，细砂和机制砂的大量使用必将成为一种趋势。同样，粗骨料主要依靠传统的粗糙开采方式，严重破坏生态平衡，开采产生大量粉尘，严重影响当地居民生活；另一方面，城市产生的大量建筑垃圾的处理成为城市管理的难题。传统上，填埋作为路渣并不能解决如此巨量的建筑垃圾。使之成为再生骨料，既解决了城市建筑垃圾的问题，又减少了矿山的开采，留得青山绿水利国利民。

1原材料

水泥为德清南方PO42.5水泥，标准稠度26%，28天抗压强度50.2Mpa；粉煤灰采用Cⅱ级灰，细度为28%，需水量比101%；采用S95级矿粉，28d总活性99%；外加剂为聚羧酸减水剂，掺量为1.1%。

细骨料按比例与机制砂混合，粗骨料用不同比例的再生骨料代替。

表1细骨料级配

特细砂平均粒径不大于0.315mm，机制砂和特细砂混合时大于1.25mm的颗粒较少，可以调整颗粒分布，加入0.315mm以下的颗粒，使颗粒级配更合理。机制砂的MB值为0.9，石粉含量为6.5%。

表2混合砂的细度模数

表3粗骨料的性能指标

2种测试方法

细砂中0.63mm以上的颗粒很少，大部分分布在0.30mm以下，孔隙率高，需水量大。如果单独使用特细砂配制混凝土，必须采用低水胶比和低砂率。过高的水胶比和砂率会导致细砂上浮或下沉，造成表面和下部砂浆集中，混凝土均匀性差，容易产生裂缝，对构件力学性能的耐久性不利。而水胶比低、砂率低的混凝土流动性差，无法泵送。机制砂是通过机械粉碎和筛分制成的人工砂。一般石粉含量较高，级配中大于2.36mm小于0.15mm的颗粒较多。颗粒多为狭长或三角形，粗糙度长度和直径都比较大，颗粒圆度较低，影响混凝土的流动性。含石量高，需水量大，混凝土较厚，不宜泵送。再生碎石是废弃混凝土经过破碎、分选后制成的。再生石的原料来源复杂、吸水率高、缺陷多等特点决定了其质量的不稳定性。

本文采用细砂、机制砂和再生碎石三种特殊原材料配制混凝土，研究了不同因素对混凝土性能的影响。试验中使用的水胶比为0.5，胶凝材料总量为350kg，外加剂为40%。外加剂的掺量为1.1%。

由于再生骨料的加入，试验用水量分为两部分:一部分是附加水，另一部分是拌合水。额外的水可以由下面的公式确定

δW=mrca×(S'RCA-S'OCA)

式中，δW为再生骨料的附加水量，kg

MRCA——再生骨料质量，kg

s'RCA——再生骨料的相对吸水率，kg

s'OCA——天然骨料的相对吸水率，kg

采用正交试验方法，以机制砂与细砂的比例、砂率、再生骨料取代率和外加剂的比例为因素，每个因素取4个水平。调查各因素对混凝土工作性和力学的影响。

表4因素水平表

采用L16(45)正交表安排实验。

表5测试方案

表6正交试验的比例

3测试数据和分析

影响坍落度的因素排序为ACDB，即机制砂和细砂的配比对坍落度的影响最大，其次是再生石，砂率和外加剂的配比对坍落度的影响稍小。机制砂的细度模数较大，一般大于3.0，颗粒尖面粗糙，长径比大于大石粉，级配不合理，中间少，两头多，对混凝土和易性影响较大。细砂的加入，填补了粗骨料与机制砂之间的空空隙，机制砂中石粉的细度与水泥相近，在混凝土体系中起到微骨料的作用。因此，细砂和石粉在不同的粒径范围内补充了体系，降低了体系的孔隙率，增加了自由水体积，改善了混凝土的流动性。但是，石粉本身具有吸水性。因此，石粉的含量存在一个临界值，低于该临界值流动性可以得到改善；在此之上，需水量增加，混合物的粘度增加，屈服剪应力增加，混凝土的流动性变差。从表8可以看出，机制砂与细砂的比例从5:5增加到8:2，混合砂的细度模数从2.16增加到2.81。混凝土的坍落度先增大后减小，粘聚性的变化规律基本相同。当机制砂与细砂的比例为6:4，细度模数为2.41时，混凝土的和易性最好。

表7坍落度和堆积密度范围分析

影响容重的因素顺序为CABD，再生石比例对容重的影响最大，机制砂比例次之，砂率和外掺料的影响略小。再生骨料的表观密度小于天然碎石，因此随着再生骨料的增加，混凝土的堆积密度降低。机制砂和细砂的孔隙率较大，其他材料不变，混凝土的容重与混合砂的密度呈正相关。

表9出血范围分析

影响泌水的因素顺序为ABCD，机制砂对泌水影响最大，砂率次之，再生骨料和外加剂影响最小。随着机制砂混合比从5:5增加到8:2，泌水先减小后增大。一方面，细砾石粉和粉煤灰粉的加入，微集料效应改善了体系的颗粒分布，同时使泌水通道变长，有利于降低泌水率。另一方面，细砂比表面积大，需水量高，机制砂中的石粉也具有吸水的特性。细砂粉的加入增加了混凝土的需水量，体系的自由水减少。当机制砂与细砂的比例为7:3时，系统的颗粒级配效果与细砂粉需水量叠加，泌水率最低。再生骨料的高吸水率有利于混凝土的保水性，泌水率随着再生骨料的增加而降低。

表10强度范围分析

影响7天ACDB强度的因素顺序，影响28天ACBD强度的因素顺序。机制砂用量对强度的影响最大，其次是再生石。砂率和外加剂的影响略小。

表11人工砂对强度的影响

随着机制砂与细砂的比例从5:5增加到8:2，7天和28天强度先增大后减小。当机制砂细度模数为2.41，含量为60%时，混合砂为中砂，符合II区，骨料达到最大密度积累和最佳强度。机制砂质地坚硬，断面新鲜，表面能高，表面粗糙，形状不规则，限制了水泥浆体的变形，改善了水泥浆体与机制砂的界面性能。降低界面孔隙率和应力集中。适量的石粉不仅可以改善混凝土的和易性，还可以改善混凝土的微观结构。研究表明，细石灰石粉在早期为水化硅酸钙凝胶提供了有利的成核和生长表面，加速了水泥的水化。

表12再生骨料对强度的影响

再生骨料取代率从15%提高到45%，平均强度分别为36.2mpa、34.6mpa、35.3mpa，变化不大。当再生骨料取代率为30%时，最高强度达到39.2mpa，与纯天然骨料和天然中砂制成的混凝土几乎相同。再生骨料中存在未水化的胶凝材料，掺入混凝土中会再水化，再生骨料的复水效应和吸水率相应叠加，导致混凝土实际水胶比降低。其次，由于再生石吸水率高，在搅拌过程中会吸入大量的游离水。水泥水化时，新砂浆中的自由水不断被消耗，因此再生石与新水泥砂浆的界面产生湿度梯度。由于毛细孔的压力差，再生石中的自由水迁移到新水泥中，使界面过渡区水化更充分，提高界面强度，产生“内部固化效应”。当取代率从45%增加到60%时，强度明显下降。根据破坏形式，混凝土破坏分为三种:水泥砂浆破坏、骨料破坏和水泥砂浆与骨料的界面破坏。混凝土的强度是由三者中最薄弱的部分决定的，再生骨料的情况比较复杂。只是界面有三种不同的形式:一是原骨料与原砂浆的界面；二是原砂浆与新砂浆的界面；三。原始骨料和新砂浆之间的界面。由这些界面组成的混凝土过渡区对混凝土的力学性能有很大影响。其次，附着在再生骨料上的砂浆层容易产生微裂缝，这种原始损伤也会成为混凝土结构最薄弱的环节之一。当再生骨料掺量增加到60%时，加工引起的界面缺陷和裂缝的负面影响占主导地位，强度明显下降。

4结论

通过实验研究，本文得出以下结论:

(1)混凝土坍落度的影响因素为:混合砂>:再生骨料>:砂率>:外加剂。混合砂混凝土的砂率不宜过高。当机制砂与细砂的比例为6:4，砂率为40%时，混凝土的工作性能和力学性能与天然砂混凝土相同。

(2)混凝土泌水的影响因素为:混合砂>:砂率>:再生骨料>:外加剂和适量石粉能改善混凝土的泌水。

(3)水胶比为0.5时，混凝土强度的影响因素为:混合砂>:再生骨料>:砂率>:外加剂。当再生骨料取代率不大于45%时，对混凝土的和易性和强度影响不大。