基于活性粉末增強的混凝土再生利用技術研究.pdf

1、混凝土的再生利用是21世紀水泥混凝土領域可持續(xù)發(fā)展的熱點問題之一。再生混凝土技術因具有出色的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益而受到廣泛關注。但是，再生混凝土強度較低，干縮變形較大，常常成為制約其應用于結(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，也成為當前再生混凝土技術新的研究方向。 本文在對再生骨料和再生混凝土基本性質(zhì)進行深入分析的基礎上，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際堆積密實度，對優(yōu)化的級配進行了驗證。用原生

3、混凝土強度等級為C40的Ⅱ級再生骨料，通過再生骨料預處理、采用活性粉末裹石工藝等技術措施，成功制備出干縮性小的活性粉末高強再生混凝土。根據(jù)體積指標確定透水性再生混凝土配合比設計的主要參數(shù)，提出了一種新的透水性再生混凝土的配合比設計方法，并利用硅灰對透水性再生混凝土的增強作用，研制出強度較高、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度數(shù)據(jù)庫，對影響普通再生混凝土、高強再

4、生混凝土、活性粉末高強再生混凝土抗壓強度的諸因素進行了系統(tǒng)深入的分析，提出了再生骨料的分級指標體系。結(jié)合文獻和試驗數(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用于制備各強度等級的再生混凝土(RC15～RC60)；Ⅱ級再生骨料能直接應用于生產(chǎn)中等強度的再生混凝土(RC40以下)；Ⅲ級再生骨料只宜應用于生

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時水泥及活性粉末的選擇原則和技術要求。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)，從而提高其強度。綜合運用再生骨料預處理技術和活性粉末裹石工藝，并采用高強度水泥來進一步提高基體強度，成功制備出28d抗壓強度達71.21MPa，抗折強度達7.98MPa的高強再生混凝土。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└邚娫偕炷恋腦RD、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、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)的配合比設計方法，提出了基于體積參數(shù)指標的透水性混凝土(或透水性再生混凝土)配合比設計方法。用這種設計方法

7、研制得到了空隙率達19.29％、透水系數(shù)為8.3mm/s、28d抗壓強度達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)點的數(shù)量對透水性再生混凝土的強度起關鍵作用。在粉煤灰、硅灰和礦渣中，硅灰是最佳的增強活性粉末。比較了硅灰單摻、有機聚合物增粘劑(HEMC)單摻、硅灰和增粘劑(HEMC)雙摻以及高強度水泥對再生混凝土的增強效果。結(jié)果表明，單摻硅灰的效果最好：摻入4％的硅灰，獲得了28d抗壓強度達26.3

8、7MPa，抗折強度為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，提高了漿體的密實程度，從而提高了透水性再生混凝土的強度。 5.將新老混凝土界面結(jié)構(gòu)由滲透層、反應層和漸變層所構(gòu)成的假設引入到透水性再生混凝土界面結(jié)構(gòu)的研究中，并通過試驗結(jié)果驗證了反應層的存在。新的水泥漿體和再生骨料上粘附的舊砂漿通過反應

9、層進行復雜的離子交換，活性粉末摻入使新漿體水化產(chǎn)物的尺寸變小，增強了離子的穿透能力，使反應層的離子交換活動增多，從而有利于提高界面的粘結(jié)強度。 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(當舊砂漿抗拉強度較小時)