稻壳灰与偏高岭土掺料对再生混凝土性能的影响

　　摘要偏高岭土与稻壳灰均是具有火山灰活性的材料.采用稻壳灰和偏高岭土配置复合强化液对再生粗骨料进行化学强化，研究强化液对再生粗骨料性能的改善效果以及强化后再生粗骨料制备的再生混凝土的性能.研究表明，5种不同配比的强化液均可以优化再生粗骨料和再生混凝土多项性能.当强化液中稻壳灰与偏高岭土掺量比为3:1时，再生粗骨料的压碎指标较强化前降低了1.47%，空隙率降低了3.5%，表观密度与堆积密度均有所改善，吸水率增加了2.22%.与基准组相比，用强化骨料制备的再生混凝土抗压强度增长了8.6%;抗折强度增长了4.4%;且具有更好的耐磨性.

　　关键词建筑材料;再生混凝土;再生粗骨料;化学强化;稻壳灰;偏高岭土

　　研究发展再生混凝土技术是实现建筑固废资源化、建筑资源可持续发展的主流趋势.将建筑固废经破碎、冲洗、筛分等工艺获得与天然砂石相同粒径的再生骨料，部分或全部取代天然骨料进行中低强度再生混凝土的制造是种科学合理的方法[1].然而再生骨料表面会有旧砂浆残余，且在机械破碎过程中再生骨料会因损伤积累出现微裂缝，用其制备的再生混凝土力学性能、耐久性能等都要比天然骨料混凝土差[2].为了使再生粗骨料满足行业常规化使用的要求，国内外学者对再生骨料进行了大量改性研究，主要有机械研磨、加热研磨等物理强化法[3-4]和使用化学试剂、聚合物溶液的化学强化法[5-6].高岭土是种分布广泛的非金属矿物材料，在橡胶业、石化、陶瓷等许多行业都有应用[7].

　　高岭土经高温煅烧脱水形成高火山灰活性的偏高岭土.研究发现，偏高岭土在混凝土中的作用机理与硅灰及其它火山灰性材料相似，水泥水化时偏高岭土中的活性铝和活性硅可以与Ca(OH)2反应生成CSH和CASH等水化产物[8].ERHAN等[9]指出，偏高岭土按一定比例替代水泥可以明显提高混凝土早期和后期强度.JIANG等[10]研究了不同替代比例偏高岭土混合水泥的水化热，提出可以通过水化热研究推断出偏高岭土最佳用量.曾俊杰等[11]的研究表明在偏高岭土替代率不超过12%的情况下，混凝土的氯离子渗透性随替代比例的增加而减小.

　　稻壳灰是由农业废料稻壳烧制成的矿物掺合料，其成分中非晶态SiO2占90%以上.同偏高岭土相似，稻壳灰也有着良好的火山灰活性和微集料填充效应[12].HA等[13]的研究结果表明稻壳灰可以提高混凝土的抗压强度，掺量较大时对后期强度的提高较为显著.马嘉琛等[14]研究了不同细度的稻壳灰对水泥砂浆性能的影响，研究结果表明细粒径稻壳灰(7-10μm)对缩短砂浆凝结时间和增强各项力学性能效果最佳.王维红等[15]采用电通量法研究了稻壳灰对混凝土氯离子渗透性能的影响，结果表明掺稻壳灰后混凝土抗氯离子渗透性能得到改善.本试验通过固定粗骨料取代率以及水灰比，研究不同复掺比例的稻壳灰与偏高岭土制备的强化液对再生骨料及再生混凝土的性能影响，得出了两种材料的最佳复掺比例.

　　1试验

　　1.1试验材料

　　试验所用水泥为P.O42.5水泥;砂为天然河砂，含泥量1.2%，细度模数为2.6;减水剂采用聚羧酸高性能减水剂，减水率18%;试验用水为自来水.试验所用的再生粗骨料取材于包头市当地城镇改造产生的废弃混凝土，在实验室进行破碎筛分，粒径范围5mm-31.5mm，级配连续.按规范GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》测得粗骨料的基本性能比较.

　　1.2再生骨料强化试验

　　试验设置五组强化液，稻壳灰与偏高岭土质量比分别为1:0，3:1，1:1，1:3，0:1，两种材料的总质量固定为水泥质量的20%.再生粗骨料强化试验配合比，配比完成后需在室温下进行不间断搅拌，使强化浆液与骨料充分混合.搅拌一小时后取出骨料在室温下平铺晾干，静置一天后按GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》进行骨料性能测试.

　　1.3再生混凝土性能试验

　　其中NC组为天然骨料混凝土，N0组选用未强化的再生粗骨料，N1～N6组所用的再生粗骨料分别为L1～L6组强化后的骨料.再生混凝土试件按照表5在试验室制备，每组制备三块尺寸为100mm×100mm×100mm的试件进行抗压强度测试;三块尺寸为100mm×100mm×400mm的试件进行抗折强度测试;三块尺寸为150mm×150mm×150mm的试件采用磨耗量法进行耐磨性测试.以上试验测试步骤、计算方法均按照规范GB/T50081-2019《混凝土物理力学试验方法标准》.混凝土拌合物的坍落度按照规范GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》规定方法、步骤进行测量，以探究强化骨料对再生混凝土工作性能的影响.

　　2实验结果与分析

　　2.1强化液对再生粗骨料性能的影响

　　研究强化液对再生粗骨料性能的影响，主要是对其强化前后压碎指标、吸水性、密度和空隙率进行比较，强化后各组骨料性能数据，未添加高岭土与稻壳灰的L1组处理的骨料性能也有提升，说明纯水泥浆对骨料的缺陷有一定的改善.添加两种掺料后，骨料密度、压碎指标和空隙率有明显的改善效果.当稻壳灰与偏高岭土质量比例为3:1时，压碎指标较未强化前降低了1.47%，空隙率降低3.4%，强化效果最好.原因是稻壳灰与偏高岭土优异的火山灰活性能够使水泥浆发生二次水化反应，在骨料外表面生成新的CSH凝胶。

　　强化了表面旧砂浆所在的薄弱区.两种掺料经细致研磨，其颗粒粒径均低于水泥，可对微孔、微裂缝进行填补，提高了骨料整体强度.强化液处理后的各组再生粗骨料吸水率普遍大于未强化再生骨料的吸水率，稻壳灰与偏高岭土比例为1:0时，吸水率最大，当偏高岭土比例增大，吸水率有明显下降，当稻壳灰与偏高岭土比例为0:1时，骨料吸水率降到最低，但仍高于强化前的吸水率.

　　3结论

　　本文通过配置水泥浆外掺稻壳灰和偏高岭土的化学浆液对再生骨料进行强化研究，并测试了用强化后骨料制备的再生混凝土的性能，探寻了两种掺料的最优配比.结论如下：

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　　(1).稻壳灰与偏高岭土复掺配置的强化液可以很好改善再生骨料的各项性能;当稻壳灰与偏高岭土质量比例为3:1时，压碎指标较未强化前降低了1.47%，空隙率降低了3.5%，强化效果最明显，但吸水率高的问题并不能解决，仍有待于进一步研究.(2).经测试与分析，当稻壳灰与偏高岭土掺量的比值为3:1时，对强化后的再生粗骨料制备的RCA混凝土流动性影响最大，坍落度较强化前降低了9.7%，降幅最大;同时其保水性和粘聚性优于未强化RCA混凝土.(3).强化后RCA混凝土力学性能和耐磨性都有了一定程度的提高.当稻壳灰与偏高岭土的比值为3:1时，各项力学指标强化效果最佳，抗压强度较未强化前增长了8.6%，抗折强度增长了4.4%;此时磨耗量为0.476g/cm²，耐磨性较好.试验并未探究两种掺合料之间相互作用的微观机理，仍需进一步研究。

　　参考文献:

　　[1]梁强强，郑挥欣.再生粗骨料特性及其对混凝土性能的影响研究[J].商品混凝土，2019(09)：40-43.LiangQiangqiang,ZhengHuixin.Reseachonpropertiesofrecycledcoarseaggregateanditsinfluenceonconcreteperformance[J].ReadymixedConcrete,2019(09):40-43.(inChinese)

　　[2]肖建庄，林壮斌，朱军.再生骨料级配对混凝土抗压强度的影响[J].四川大学学报(工程科学版)，2014(4)：154-160.XIAOJianzhuang,LINZhuangbin,ZHUJun.Effectsofrecycledaggregates’gradationoncompressivestrengthofconcrete[J].JournalofSichuanUniversity:EngineeringScienceEdition,2014(4):154-160.(inChinese)

　　[3]SHAIKHFUA.Mechanicalpropertiesofconcretecontainingrecycledcoarseaggregateatandafterexposuretoelevatedtemperatures[J].StructuralConcrete,2018,19(2):400-410.

　　作者：曹芙波魏子洋王晨霞田金亮