加热改性再生混凝土粗骨料试验研究.pdf
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1、2 0 1 5年第 1 0期 l 0月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 5 No 1 0 0c t o b e r 加热改性再生混凝土粗骨料试验研究 苏 燕 , 古 松 , 常晓蕾, 李金星 ( 西南科技大学土木工程与建筑学院, 绵 阳 6 2 1 0 1 0 ) 摘要 : 采 用加热 法对 简单破碎再生混凝土粗骨料进行正交试验改性研究 。加热工 艺的控制 参数 为加热温度 、 恒温时 间 对加热后再 生粗 骨料表 面附着砂浆的剥 离方式采 用混凝土振动 台, 控 制参数为混凝土振动 台振 动时 间。 试验测试
2、了改性前后再 生骨料的吸水 率、 表观密度 、 压碎 指标 采用极差分析 法对 正交试验 结果进行分析 。结果表 明 加热 温度 可明显改善再 生粗骨料性能 , 而增加 恒温时间及振 动台振 动时间对提 高再 生粗 骨料性 能效果 不显 著。 关键词 : 加 热 ; 再生粗骨料 ; 改性 ; 正交试验 Ab s t r a c t : He a t i n g me t h o d wa s a d o p t e d t o i mp r o v e t h e p e r f o r ma n c e o f s i mp l e c r u s h e d r e c y c l e d
3、 c o a r s e a g g r e g a t e a n d t h e e x p e r i me n t me t h o d wa s t h e o r t h o g o n a l t e s t Co n t rol p a r a me t e r s i n h e a t i n g p r o c e s s w e r e t h e h e a t i n g t e mp e r a t u r e a n d c o n s t a n t t e mp e r a t u r e t i me , a n d i n t h e p r o c e
4、 s s o f wi p i n g o u t t h e s u rfa c e mo r t a r o n h e a t e d r e c y c l e d a g g r e g a t e , t h e c o n c r e t e v i b r a t i n g t a b l e wa s u s e d t h e c o n t r o l l i n g p a r a me t e r f o r t h i s p r o c e s s wa s t h e v i b r a t i o n t i me , I I l e r a t e o f
5、 wa t e r a b s o r p t i o n , a p p a r e n t d e n s i t y ,c r u s h i n d e x o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e b e for e a n d a f t e r the i mp r o v i n g p r o c e s s we r e t e s t e d ,a n d t h e r a n g e a n a l y s i s r e s u l t s o f o r t h o g o n a l t e s t s
6、h o w t h a t c o n t rol l i n g h e a t i n g t e m p e r a t u r e c a n s i g n i fi c a n t l y i m p r o v e t h e p e r f o r ma n c e o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e , a n d t h e e ffe c t b y i n c r e a s i n g t h e t i me o f c o n s t a n t t e mp e r a t u r e a n d
7、v i b r a t i o n t i me t o i m p r o v e t h e r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e p e r f o rm a n c e i s n o t s i g n i fi c a n t Ke y wo r d s :He a t i n g me t h o d ; Re c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e ; I mp r o v i n g p e rf o rm a n c e ; Or t h o g o n a l t e s t
8、 中图分类号 : T U 5 2 8 0 4 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5 ) 1 0 0 6 0 5 0前 言 随着我 国城市化进程的不断发展 建筑垃圾产 量 E l 益 增 多 而 建筑 垃 圾 中有 大 约 3 0 是 废混 凝 土 块 。绝大部分废弃混凝土未经任何处理 , 便被采用 露 天堆 放 或 填埋 的方 式 进 行处 理 , 造 成 了严重 的环 境污染【 ” 。同时 , 随着对天然砂石 的不断开采 , 作 为 不可再生资源的天然骨料亦将趋于枯竭 。将废弃混 凝 土破碎 、 清洗 、 筛分 、 按一定 比例相互配合后
9、, 作 为 部 分 或全 部 骨 料 重新 拌 制 的混 凝 土称 为再 生 混 凝 土 ( r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e R AC ) 2 1 。再生 混 凝 土技术可实现对废弃混凝土的再加工 , 使有 限的骨 料资源得以再利用 。但由于简单破碎再生粗骨料表 面附着大量硬化水泥砂浆 , 且在破碎过程中由于机 械作用产生大量微裂缝 , 因此 , 与天然粗骨料相比 , 简单破碎再生粗骨料具有吸水率高 、堆积密度小 、 空隙率大 、 压碎指标值高的特点。全部或部分使用 简单破碎再生粗骨料 只能配制 中、 低强度的混凝土 3 1
10、,并且其力学性能、 耐久性也较天然骨料有很大差 基 金项 目: 绵 阳市科技 计划项 目( 1 2 G 0 3 1 - 4 ) ; 四川省循 环经 济 研究 中心 项 目( X H J J 一 0 9 1 8 ) ; 西 南科技大 学研究生创 新基 金 ( 1 4 YC X0 91 ) 。 一 6 一 距 。因此 , 有必要对简单破碎再生粗骨料进行强 化 , 提高再生粗骨料品质。 目前 对 再 生粗 骨 料 强化 的方法 主要 有 化学 强 化 、 物理强化 2种方法 。杜婷t6 采用化学浆液对再生 骨料进行强化试验 , 该种方法在增强骨料强度的同 时增加了骨料的吸水率 , 对再生骨料混凝 土
11、强度的 提高效果不 明显。朱亚光阴 采用硅烷与 P V A对再生 粗骨料进行改性试验 , 试验结果表 明二者均可提高 再生混凝土抗压强度 , 但 由于硅烷 的憎水性 , 由其 改性的再生骨料生产的再生混凝 土骨料表面与水 泥浆体之间的界面黏结强度较差。李秋义 8 1 提出颗 粒 整形 强 化技 术 , 该 法 可提 高 再 生混 凝 土 骨 料 的物 理性能及力学性能 , 但也对骨料本身产生损伤。在 加热改性方面 日本采用加热研磨法将初步破碎后 的混凝土块经过 3 0 0 加热处理 , 使水泥石脱水 、 脆 化 , 而后在磨机 内对其进行冲击和研磨处理 , 从 而 有效除去再生骨料 中的水泥石
12、 。但该 法的主要缺 点是工艺复杂 、 设 备庞大 、 动 力消耗 大 、 设备磨 损 大。 限制了其推广应用。 以上方法 中物理加热法可较大程度 提高再 生 粗 骨料 性 能 , 为 了简 化 工 艺 , 本 文 采 用 加 热 削 弱 再 生骨料与砂浆的界面连接强度 , 再利用混凝土振动 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 苏燕 , 古松 , 常晓蕾, 等 加热改性再生混凝土粗骨料试验研究 台使再生粗骨料相互摩擦 。 促进砂浆 的剥离 。 以达 到改 性再 生粗 骨料 的 目的。 1 试 验设 计 1 1 试 验机 理 水泥砂浆在高温的作用下 , C a( O
13、H ) : 会分解成 C a O, 且 C S H凝胶大量脱水使得水泥砂浆强度明 显下 砌 。 另一方面 。 水泥混凝土是一种多相非均质 材料 , 硬化的水泥砂浆 和粗骨料具有不同的热膨胀 性能【 l l 】 。 水泥砂浆的热膨胀系数较骨料大, 在相 同的 加热温度下 , 水 泥砂浆体积膨胀高于骨料 , 水泥砂 浆与骨料界 面形成压应力 ;当温度 降低至室温后 , 二者体积收缩 , 在界面形成拉应力 : 在压 、 拉应力作 用下二者界面产生破坏。且当温度发生变化时 。 两 个热性能不 同的组成相在界 面处有相对 的运动或 错动的趋势 使得界面产生微裂纹损伤且界面黏结 力降低【 。 砂浆在高温作
14、用下强度降低及砂浆与 骨料 的 界 面黏结破坏二者 同时作用 , 加速砂浆 的脱落。加 热后砂浆与骨料并未完全分离 , 采用混凝土振动台 振动 , 使骨料间相互摩擦 , 易于砂浆的剥离。 1 2 正 交试 验设计 采用正交试验方法对加热工艺 中所选参数进 行分析 。正交试验主要使用正交表这一工具来进行 试验的整体设计 、 综合 比较 、 统计分析 , 从而达到用 较少的试验次数解决 问题 的目的【 1 3 。 加热法改性再生粗骨料工艺正交试验中 选取 加热温度 、 恒温时间、 混凝土振动 台振动时间( 以下 简称振动时间) 为研究 因素。控制适 当加热温度可 使再生粗骨料 中水泥砂浆先于粗骨料
15、破坏 , 而粗骨 料性能基本保持不变 。适当的恒温时间可使粗骨料 与水泥砂浆在高温下性能保持稳定 , 同时 , 可控制 加热过程的能量消耗 , 避免不必要的经济浪费。再 生骨料加热后采用混凝土振动 台振动促进骨料与 附着砂浆的剥离 , 使用混凝土振动台可避免大型搅 拌机械对再生骨料产生二次破坏 。 试验选择加热后再生粗 骨料吸水率 、表观密 度、 压碎指标 、 质量损失率为质量指标。采用 ( 3 ) 正交 表对 再生 粗骨 料 进行加 热 改性试 验研 究 。正交 试验因素水平 的选取如表 1 所示 。 表 1 因素水平表 1 3 试验准备 废弃混凝土选用废弃立方体抗压强度试 验试 块 , 试
16、块混凝土抗 压强度设计值为 3 0 MP a , 实 测抗 压强度为 3 5 MP a 。将废弃混凝土块破碎 、 清洗 、 筛分 后选用 4 7 5 3 1 5 ra m连续粒级再生粗骨料 骨料级 配 良好 。 高温炉选用 S X 2 8 1 0型号马弗炉 ,控制精度 小 于 3 C, 炉内温度最高可达 1 0 0 0 C 。 混凝土振动 台选取 8 0型 , 振动频率 f = 5 0 H z , 振 幅 A= 0 3 0 6 mm。 1 4 试 验方 法 称取再生粗骨料( 记为 m ) 平铺于高温炉 内, 以 使骨料均匀受热 , 实测骨料升温曲线如图 1 所示。 时 I目, mi n 图 1
17、 升温曲线 当达到正交试验温度后 。按照设计时间恒温 , 降温机制 为让骨料 随加热炉 自然冷却至室温 。其 后 , 将骨料装入尺寸为 1 5 0 m mx l 5 0 mm x 3 0 0 m m的预 制模具 , 并置于振动 台中心 , 振 动前应保证模具 紧 固在混凝土振动台工作台上。开启振动台使骨料相 互摩擦 , 直至达到设计振动时间。为得到加热、 振动 后 的砂浆剥离量 , 用 2 3 6 mm方孔筛筛分骨料 , 称量 筛余物质量为 m , 由此计算得 出再生骨料质量损失 率为 。质量损失率 用下式表示 : : m l- m 2 1 0 0 m1 2试验 现象 及结 果 2 1 试 验
18、现象 受热后再生骨料整体表面呈现不同的颜色 , 常 温 到 3 0 0 颜色变化不大 ,为青灰色 ; 5 0 0 时为灰 褐 色 : 7 0 0 C 时为鹅 黄 色 。 通 过 振 动 台振 动后 观 察 ,当加 热 温度 不 同时 , 粗骨料与砂浆在界面处有不同程度脱落 。加热温度 为 3 0 0 C 时 再生粗骨料表面由机械破碎呈棱角状 态 的水泥砂浆部分脱落。由于振动作用 , 骨料表面 变得平滑 。 但水泥砂浆附着量依然较 多。加热温度 为 5 0 0 C 时 ,大粒径再生骨料 的附着砂浆在粗骨料 一一 7一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5
19、年第 1 0期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 4期 界面处呈砂浆大颗粒整体脱落 ,部分 旧骨料裸露 ; 小粒 径 再生 粗 骨料 表 面变 得 平 滑 , 但 由 于小 粒 径再 生骨料包裹的水 泥砂浆质量相对较多 , 水泥砂浆对 骨料 的握裹力较大 , 水泥砂浆不易脱落。当加热温 度为 7 0 0 时 ,再生粗骨料中的水泥砂浆在界面处 呈整体脱落 。 部分水泥砂浆在脱落后呈细粉状 。 根据文献 7 1 , 当加热温度低于 3 0 0 时, C S H 凝胶由于受热脱去部分化合水或结晶水 , 组织结构 变得更加致密。C S H凝胶的少量脱水使水泥砂浆 强度略有下降。 当加热温度为 5 0 0
20、 时 , C S H凝胶 结构与常温相 比较松散 , 且 C a ( O H ) : 有少量的分解 , 但总体上变化不太 明显 ; 另一方面 。 由于粗骨料与 水泥砂浆界面连接受到二者不协同变形的作用 , 使 界面连接受到破坏【8 叫, 水泥砂浆呈整体脱落 。当加 热温度为 7 0 0 C 时 , 水泥砂浆水化产物 中的 C a ( O H ) 已分 解 成 C a O并脱 去 结 构水 ,且 C S H 凝胶 也 同 时大量脱水 , 结构变形 收缩 , 水泥砂浆结构受到破 坏 , 因此 , 脱落后砂浆部分呈细粉状。 经 混 凝 土振 动 台振 动 后 , 再 生 骨料 表 面 砂浆 有 一
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