基于活性粉末增強(qiáng)的混凝土再生利用技術(shù)研究.pdf

1、混凝土的再生利用是21世紀(jì)水泥混凝土領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的熱點(diǎn)問題之一。再生混凝土技術(shù)因具有出色的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益而受到廣泛關(guān)注。但是，再生混凝土強(qiáng)度較低，干縮變形較大，常常成為制約其應(yīng)用于結(jié)構(gòu)混凝土的瓶頸。 目前的生產(chǎn)工藝難以制備出經(jīng)濟(jì)性好而且品質(zhì)優(yōu)良的再生骨料，因此在今后較長一段時期內(nèi)，如何利用壓碎值和吸水率較高的再生骨料來制備可以作為結(jié)構(gòu)混凝土使用的較高強(qiáng)度并具有較低干縮變形的再生混凝土，是混凝土再生利用亟需解決的問

2、題。此外，再生骨料雖然強(qiáng)度不高，但與水泥漿體基質(zhì)界面結(jié)合較好，用于開發(fā)具有某些特定功能的再生混凝土，如透水性再生混凝土，也成為當(dāng)前再生混凝土技術(shù)新的研究方向。 本文在對再生骨料和再生混凝土基本性質(zhì)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，提出了再生骨料的分級方法和適用范圍。根據(jù)Andersen方程，對二元、三元、四元水泥-活性粉末體系進(jìn)行級配優(yōu)化，確定了活性粉末的最佳摻量，并用可壓縮堆積理論計算了體系的實(shí)際堆積密實(shí)度，對優(yōu)化的級配進(jìn)行了驗(yàn)證。用原生

3、混凝土強(qiáng)度等級為C40的Ⅱ級再生骨料，通過再生骨料預(yù)處理、采用活性粉末裹石工藝等技術(shù)措施，成功制備出干縮性小的活性粉末高強(qiáng)再生混凝土。根據(jù)體積指標(biāo)確定透水性再生混凝土配合比設(shè)計的主要參數(shù)，提出了一種新的透水性再生混凝土的配合比設(shè)計方法，并利用硅灰對透水性再生混凝土的增強(qiáng)作用，研制出強(qiáng)度較高、透水性能優(yōu)良的再生混凝土。本文的主要研究工作和結(jié)果如下： 1.建立了摻或不摻活性粉末的再生混凝土抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)庫，對影響普通再生混凝土、高強(qiáng)再

4、生混凝土、活性粉末高強(qiáng)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的諸因素進(jìn)行了系統(tǒng)深入的分析，提出了再生骨料的分級指標(biāo)體系。結(jié)合文獻(xiàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了以表觀密度、表觀密度變異系數(shù)、吸水率、砂漿含量(或洛杉磯磨耗損失)和壓碎值為指標(biāo)的再生骨料的質(zhì)量評價方法和分級體系，確定了不同品質(zhì)再生骨料的適用范圍：Ⅰ級再生骨料可直接應(yīng)用于制備各強(qiáng)度等級的再生混凝土(RC15～RC60)；Ⅱ級再生骨料能直接應(yīng)用于生產(chǎn)中等強(qiáng)度的再生混凝土(RC40以下)；Ⅲ級再生骨料只宜應(yīng)用于生

5、產(chǎn)等級較低的再生混凝土(RC30以下)。 2.提出了制備活性粉末再生混凝土?xí)r水泥及活性粉末的選擇原則和技術(shù)要求。通過優(yōu)化再生骨料級配、活性粉末體系級配、采用粉末裹石工藝，可以改善再生混凝土過渡區(qū)結(jié)構(gòu)，從而提高其強(qiáng)度。綜合運(yùn)用再生骨料預(yù)處理技術(shù)和活性粉末裹石工藝，并采用高強(qiáng)度水泥來進(jìn)一步提高基體強(qiáng)度，成功制備出28d抗壓強(qiáng)度達(dá)71.21MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)7.98MPa的高強(qiáng)再生混凝土。其干縮性能也得到大幅改善，90d干縮率降低至2

6、9％?；钚苑勰└邚?qiáng)再生混凝土的XRD、IR和SEM分析結(jié)果表明，水化產(chǎn)物中的Ca(OH)2數(shù)量減少、水化產(chǎn)物更為均勻密實(shí)、過渡區(qū)結(jié)構(gòu)更為致密。 3.借鑒瀝青路面中瀝青碎石瑪蹄脂(Stone matrix asphalt，SMA)和開級配磨耗層(Open Graded Asphalt Friction Course，OGFC)的配合比設(shè)計方法，提出了基于體積參數(shù)指標(biāo)的透水性混凝土(或透水性再生混凝土)配合比設(shè)計方法。用這種設(shè)計方法

7、研制得到了空隙率達(dá)19.29％、透水系數(shù)為8.3mm/s、28d抗壓強(qiáng)度達(dá)19.03MPa的透水性再生混凝土。 4.指出活性粉末材料與再生骨料粘結(jié)點(diǎn)的數(shù)量對透水性再生混凝土的強(qiáng)度起關(guān)鍵作用。在粉煤灰、硅灰和礦渣中，硅灰是最佳的增強(qiáng)活性粉末。比較了硅灰單摻、有機(jī)聚合物增粘劑(HEMC)單摻、硅灰和增粘劑(HEMC)雙摻以及高強(qiáng)度水泥對再生混凝土的增強(qiáng)效果。結(jié)果表明，單摻硅灰的效果最好：摻入4％的硅灰，獲得了28d抗壓強(qiáng)度達(dá)26.3

8、7MPa，抗折強(qiáng)度為3.37MPa，透水系數(shù)為7.8mm/s的透水性再生混凝土。界面顯微結(jié)構(gòu)和紅外光譜分析結(jié)果表明，硅灰的摻入能促進(jìn)Ca(OH)2繼續(xù)水化，生成大量的水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠，提高了漿體的密實(shí)程度，從而提高了透水性再生混凝土的強(qiáng)度。 5.將新老混凝土界面結(jié)構(gòu)由滲透層、反應(yīng)層和漸變層所構(gòu)成的假設(shè)引入到透水性再生混凝土界面結(jié)構(gòu)的研究中，并通過試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了反應(yīng)層的存在。新的水泥漿體和再生骨料上粘附的舊砂漿通過反應(yīng)

9、層進(jìn)行復(fù)雜的離子交換，活性粉末摻入使新漿體水化產(chǎn)物的尺寸變小，增強(qiáng)了離子的穿透能力，使反應(yīng)層的離子交換活動增多，從而有利于提高界面的粘結(jié)強(qiáng)度。 6.建立了二維平面的圓形顆粒和多邊形顆粒有限元模型，用ANSYS軟件對透水性再生混凝土的受壓和受彎拉破壞進(jìn)行了數(shù)值分析，模擬了受壓破壞和受彎拉破壞的起始部位。 結(jié)果表明，受壓破壞主要發(fā)生在新的水泥漿體中，而受彎拉破壞既可發(fā)生在新漿體中，也可發(fā)生在舊砂漿中(當(dāng)舊砂漿抗拉強(qiáng)度較小時)