CN104628344A - 一种低自生收缩的高性能再生混凝土 - Google Patents

一种低自生收缩的高性能再生混凝土 Download PDF

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郑建岚
陈欣
罗素蓉
王国杰
王雪芳
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Abstract

本发明公开了一种满足泵送要求的低自生收缩的高性能再生混凝土，每立方米高性能再生混凝土中包含胶凝材料400-500kg，粗骨料950-1150kg（其中再生粗骨料取代率70%-100%），天然细骨料660-715kg，水160-180kg，高效减水剂7-9kg，并采用净浆裹石工艺制备而成。所得高性能再生混凝土的强度等级为C30-C50、坍落度为180-220mm，可有效改善再生混凝土的自生收缩性能，使其总自生收缩度比同配比普通再生混凝土降低25%以上，并接近于同配比普通混凝土。本发明对于促进再生混凝土合理、广泛应用以及建筑垃圾资源回收等问题均具有重要的理论价值和社会意义。

Description

一种低自生收缩的高性能再生混凝土
技术领域
本发明属于土木工程混凝土技术领域，具体涉及一种低自生收缩的高性能再生混凝土。
背景技术
21世纪以来，世界经济整体迅猛发展，城市化进程加快，土木工程也因此得到快速的发展。混凝土作为土木工程的重要组成材料，社会对其的需求量也与日俱增。目前，我国混凝土的年产量已达到11.6亿立方米，对于如此大量的产量，我国优质的天然粗细骨料已消耗殆尽。另一方面，世界各国每年产生的废弃混凝土的数量相当惊人，包括拆除旧建筑道路、新建建筑以及混凝土厂、预制构件厂产生的废弃混凝土。据统计，废弃混凝土的排放量约占建筑垃圾总量的40%左右，2005年我国废弃混凝土的排放总量就已达1亿多吨。如果将它们合理地回收利用，生产再生骨料并应用到新的建筑物上，不但可以解决处理废弃混凝土的问题，减轻环境污染；还可以减少消耗天然骨料，降低生产成本，缓解骨料供求紧张，实现建筑业的可持续发展。
高性能再生混凝土是使用再生骨料部分或全部代替砂石等天然骨料配制的高性能混凝土。鉴于未来普通混凝土高强、高性能化的发展趋势，再生混凝土也应该往高强、高性能的方向发展，从而发挥再生混凝土自身的优势，实现其巨大的经济效益、社会效益和环境效益。但高性能混凝土的特点是水胶比低、胶结料用量较大以及砂率较大。较低的水胶比，导致能提供水泥水化的自由水分少，早期强度的发展使得自由水消耗较快，混凝土内部毛细孔压力增大，另一方面由于再生骨料包裹老砂浆的影响，使得骨料对收缩的抑制作用降低，这些都将导致高性能再生混凝土早期产生较大的自生收缩，使混凝土容易产生裂缝，影响其强度和耐久性。目前关于高性能再生混凝土的目前研究虽已有一定成果，但仍处于初步阶段，主要问题在于对高性能再生混凝土自生收缩的体积稳定性方面还缺乏深入、系统的研究。本发明结合再生骨料预处理方法、再生粗骨料取代率、矿物掺和料对高性能再生混凝土自生收缩的系统影响，提出了一种低自生收缩的高性能再生混凝土。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低自生收缩的高性能再生混凝土，其强度为C30-C50中等强度、坍落度为180-220mm，克服了传统再生混凝土自生收缩大的缺点，可满足泵送要求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低自生收缩的高性能再生混凝土，每立方米高性能再生混凝土中包含胶凝材料400-500kg，粗骨料950-1150kg，天然细骨料660-715kg，水160-180kg，高效减水剂7-9kg。
所述胶凝材料为水泥和粉煤灰的混合物，其中粉煤灰的用量占胶凝材料重量的45-55%；或为水泥、粉煤灰和矿渣的混合物，其中粉煤灰与矿渣的用量相等，均占胶凝材料重量的25-30%。
所述粉煤灰的等级不低于Ⅱ级；矿渣的比表面积不小于400 m2/kg；水泥为42.5号普通硅酸盐水泥；水胶比为0.36-0.40。
所述粗骨料为再生粗骨料或天然粗骨料与再生粗骨料的混合物；所述再生粗骨料满足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T25177-2010）标准中关于Ⅰ~Ⅲ类再生粗骨料的性能要求，连续级配，粒径为5-20mm，其用量占混合物重量的70%以上；所述天然粗骨料是连续级配为5-20mm的碎石。
所述天然细骨料为河砂，中砂；砂率：0.36-0.43。
搅拌混凝土时，采用净浆裹石工艺，即首先加入胶凝材料、3/5水和1/2高效减水剂搅拌60秒；然后加入粗骨料搅拌90秒；最后加入天然细骨料、剩余的水和高效减水剂搅拌90秒。
再生混凝土与普通混凝土最主要的差别在于骨料的不同,，再生骨料表面包裹了一层硬化的水泥砂浆；同时，由于破碎后的混凝土内部存在大量的微裂缝，导致再生粗骨料孔隙率大、吸水率大、表观密度小、压碎指标高。现有技术主要是通过物理强化法或化学强化法对再生粗骨料进行预处理，以改善再生粗骨料的粒型、去除其表面附着的水泥砂浆、减小再生粗骨料的孔隙率，达到提高再生粗骨料性能的目的，但这些方法耗能大、操作复杂。本发明采用净浆裹石工艺，先将胶凝材料和部分水搅拌使之成为均匀的浆体，以有效避免胶凝材料遇水成团，使得胶凝材料扩散更均匀，从而较好的提高胶凝材料的水化程度，使混凝土的整体密实度和弹性模量得到提高，增强了混凝土抵抗自生收缩变形的能力；另一方面，经净浆裹石工艺处理，使再生粗骨料表面包裹着一层低水灰比的水泥浆，堵塞了再生粗骨料的多空隙结构，降低了再生粗骨料的吸水速率和吸水率，从而改善了再生混凝土的自生收缩性能。
矿物掺和料是高性能混凝土中不可缺少的组分，对混凝土的早期收缩开裂有重要的影响。粉煤灰具有改善混凝土性能的三大效应：形貌效应、填充效应和火山灰效应，一方面粉煤灰可推迟胶凝体系的水化，使体系早期水化程度降低，对混凝土早期的自生收缩抑制作用明显；另一方面，由于粉煤灰的二次水化反应，可提高混凝土的后期强度，进而提高其弹性模量，减少混凝土的后期自生收缩。矿渣具有微弱的水硬性，可减小泌水性。本发明将粉煤灰、矿渣、水泥进行混合，掺入的粉煤灰和矿渣可与水泥的粒径相互协调，颗粒级配好，使混凝土内的物理填充效果较好，减少毛细孔的贯通。此外，掺入粉煤灰和矿渣，利用其水化进程的互补和协同作用，使水化物致密性较好，混凝土更密实。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明生产的高性能再生混凝土是属于C30-C50中等强度范围，坍落度180-220mm，有利于现代化泵送浇筑工艺，且通过合理的再生骨料预处理方法、掺入适量的矿物掺和料与高效减水剂，可有效降低再生混凝土自生收缩值，使高性能再生混凝土的自缩值接近甚至低于普通混凝土，提高了高性能混凝土的体积稳定性，为再生混凝土合理而广泛的运用奠定基础。
（2）本发明中再生粗骨料的取代率可达到70-100%，在较大比例上利用了废弃混凝土，可从根本上解决我国建筑垃圾问题，同时也促进了我国科技进步、经济建设、环境可持续发展。
附图说明
图1为实施例1所得高性能再生混凝土与同配比普通混凝土自生收缩应变值的对比曲线。
图2为实施例2所得高性能再生混凝土与同配比普通混凝土自生收缩应变值的对比曲线。
图3为实施例3所得高性能再生混凝土与同配比普通混凝土自生收缩应变值的对比曲线。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
一种低自生收缩的高性能再生混凝土，每立方米高性能再生混凝土中包含胶凝材料400-500kg，粗骨料950-1150kg，天然细骨料660-715kg，水160-180kg，高效减水剂7-9kg。
所述胶凝材料为水泥和粉煤灰的混合物，其中粉煤灰的用量占胶凝材料重量的45-55%；或为水泥、粉煤灰和矿渣的混合物，其中粉煤灰与矿渣的用量相等，均占胶凝材料重量的25-30%。所述粉煤灰的等级不低于Ⅱ级；矿渣的比表面积不小于400 m2/kg；水泥为42.5号普通硅酸盐水泥；水胶比为0.36-0.40。
所述粗骨料为再生粗骨料或天然粗骨料与再生粗骨料的混合物；所述再生粗骨料来自公路拆除后破碎的废弃混凝土，该道路为上世纪90年代初建成，所用混凝土旧标号为200号，粒径5-20mm，综合性能指标符合《混凝土用再生粗骨料》（GB/T25177-2010）标准中关于Ⅱ类再生粗骨料的性能要求，连续级配，粒径为5-20mm，其用量占混合物重量的70%以上；所述天然粗骨料是连续级配为5-20mm反击破碎的花岗岩碎石。
所述天然细骨料选用福建省闽江中砂，细度模数2.26，表观密度为2630Kg/m3；砂率：0.36-0.43。
所用减水剂为聚羧酸高效减水剂（TW-JS）。
搅拌混凝土时，采用净浆裹石工艺，即首先加入胶凝材料、3/5水和1/2高效减水剂搅拌60秒；然后加入粗骨料搅拌90秒；最后加入天然细骨料、剩余的水和高效减水剂搅拌90秒。
实施例1：
每立方米低自生收缩的高性能再生混凝土中包含胶凝材料500kg（其中水泥250kg，粉煤灰250kg），再生粗骨料950kg，天然细骨料715kg，水180kg，高效减水剂7.0kg。采用净浆裹石工艺配制，所得高性能再生混凝土的坍落度为205mm，28天立方体抗压强度为52.4MPa。分别对实施例1高性能再生混凝土2RAC100-F50(Y2)与同配比普通混凝土NC1的自生收缩性能进行测试，结果见表2。
实施例2：
每立方米低自生收缩的高性能再生混凝土中包含胶凝材料400kg（其中水泥200kg，粉煤灰100kg、矿渣100kg），天然粗骨料345kg，再生粗骨料805kg，天然细骨料660kg，水160kg，高效减水剂7.6kg。采用净浆裹石工艺配制，所得高性能再生混凝土的坍落度为180mm，28天立方体抗压强度为39.8MPa。分别对实施例2高性能再生混凝土2RAC70-F25-S25(Y2)与同配比普通混凝土NC2的自生收缩性能进行测试，结果见表2。
实施例3：
每立方米低自生收缩的高性能再生混凝土中包含胶凝材料450kg（其中水泥180kg，粉煤灰135kg，矿渣135kg），天然粗骨料327kg，再生粗骨料764kg，天然细骨料669kg，水180kg，高效减水剂9kg。采用净浆裹石工艺配制，所得高性能再生混凝土的坍落度为220mm，28天立方体抗压强度为37.7MPa。分别对实施例3高性能再生混凝土2RAC70-F30-S30(Y2)与同配比普通混凝土NC3的自生收缩性能进行测试，结果见表2。
表1 测试样品的原料配比及性能测定结果
采用电涡流对实施例1-3及与普通混凝土的自生收缩应变值进行测定，结果见表2。
表2 实施例1-3及普通混凝土的自生收缩应变值测定结果
由表1-2可以看出，本发明高性能再生混凝土的自生收缩值接近于同配比普通混凝土，强度达C30-C50，坍落度180-220mm，符合高性能混凝土的泵送要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1. 一种低自生收缩的高性能再生混凝土，其特征在于：每立方米高性能再生混凝土中包含胶凝材料400-500kg，粗骨料950-1150kg，天然细骨料660-715kg，水160-180kg，高效减水剂7-9kg。
2. 根据权利要求1所述低自生收缩的高性能再生混凝土，其特征在于：所述胶凝材料为水泥和粉煤灰的混合物，其中粉煤灰的用量占胶凝材料重量的45-55%；或为水泥、粉煤灰和矿渣的混合物，其中粉煤灰与矿渣的用量相等，均占胶凝材料重量的25-30%。
3. 根据权利要求2所述低自生收缩的高性能再生混凝土，其特征在于：所述粉煤灰的等级不低于Ⅱ级；矿渣的比表面积不小于400 m2/kg；水泥为42.5号普通硅酸盐水泥；水胶比为0.36-0.40。
4. 根据权利要求1所述低自生收缩的高性能再生混凝土，其特征在于：所述粗骨料为再生粗骨料或天然粗骨料与再生粗骨料的混合物；所述再生粗骨料满足《混凝土用再生粗骨料》（GB/T25177-2010）标准中关于Ⅰ~Ⅲ类再生粗骨料的性能要求，连续级配，粒径为5-20mm，其用量占混合物重量的70%以上；所述天然粗骨料是连续级配为5-20mm的碎石。
5. 根据权利要求1所述低自生收缩的高性能再生混凝土，其特征在于：所述天然细骨料为河砂，中砂；砂率：0.36-0.43。
6. 根据权利要求1所述低自生收缩的高性能再生混凝土，其特征在于：搅拌混凝土时，采用净浆裹石工艺，即首先加入胶凝材料、3/5水和1/2高效减水剂搅拌60秒；然后加入粗骨料搅拌90秒；最后加入天然细骨料、剩余的水和高效减水剂搅拌90秒。
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