再生混凝土集料表面处理对新拌和硬化混凝土性能的影响外文翻译资料

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再生混凝土集料表面处理对新拌和硬化混凝土性能的影响

Sallehan Ismail,塔克诺洛基马拉大学建筑规划与测量学院

Mahyuddin Ramli,马来西亚塞因斯大学房屋建筑与规划学院

摘要:再生混凝土骨料(RCA)与天然骨料相比，其性能较差的原因是骨料中有大量微裂缝的多孔残余砂浆附着在原骨料上。RCA的劣质化限制了其在结构混凝土生产中的使用。因此，本研究探讨了结合两种不同的表面处理方法来提高粗RCA性能的可行性。该处理过程包括以低酸浓度浸泡粗RCA以去除RCA表面的松散颗粒，然后用硅酸钙(CS)溶液浸渍RCA。结果表明，该方法明显改善了粗RCA的物理性能。CS为RCA表面提供了一层涂层，起到了微填料的作用，可以填充和处理RCA表面的裂纹和气孔。此外，RCA表面的CS颗粒在混凝土硬化过程中产生了火山灰反应，可以通过增强RCA与水泥浆体之间的粘结来改善混凝土的微观结构，从而进一步提高混凝土的抗压强度。

关键词：混凝土，骨料，表面处理，砂浆，吸收，表面裂纹，养护

一．简介

废弃混凝土可以作为再生混凝土骨料(RCA)进行再利用，在各种应用中可以替代天然骨料，这是解决废弃混凝土问题的一种可能方法。此外，使用循环再生混凝土可以潜在地减少混凝土工业对天然骨料的依赖，维护天然骨料资源，减少垃圾填埋场处置的建筑废料的数量，从而确保建筑废料发展的可持续性，造福于工业和国民经济。

然而，由于RCA与天然骨料的性能存在显著差异，在混凝土应用中使用RCA代替天然骨料并不简单。压碎或拆除的混凝土的RCA一般由65%至70%的粗骨料和细骨料组成，其中30%至35%为粘结砂浆[1]。砂浆一般具有多孔性，其孔隙率取决于原始再生混凝土[2]的水灰比。粘结砂浆的孔隙率是造成粘结质量差的主要原因，与天然骨料相比，RCA具有密度低、强度低、吸收能力强等特点。因此，一些研究强调和报道了RCA的应用对新鲜混凝土和硬化混凝土性能的影响。当天然骨料被RCA代替时，特别是在50%以上的混凝土混合料中，附着的水泥砂浆孔隙率会降低新拌混凝土[3]的和易性。即使使用了超塑化剂[4]，粘结砂浆的高孔隙率也会导致混凝土的吸水率增加，从而导致坍落度的损失率增加。以往对RCA混凝土硬化状态的研究表明，混凝土的机械强度不令人满意，特别是当大量的RCA被用来代替天然骨料时。Tam等人[5]对RCA混凝土微观结构的研究发现，附着在RCA颗粒上的砂浆上存在数个微小的裂缝和孔洞，在混凝土中形成了一个薄弱区域，这可能对混凝土的整体强度产生至关重要的影响。这些孔隙和裂缝在搅拌过程中往往会吸收更多的水分，从而减少了水泥水化所需的水分，影响了RCA与新型水泥浆体的界面结合。Poon等人的观测研究中也有类似的发现[1]，其中RCA具有高孔隙率和高吸水率，在骨料和水泥浆体之间形成了多孔界面带，从而降低了混凝土强度。

为了促进混凝土工业在结构应用方面向最大化利用可再生混凝土转变，混凝土中添加可再生混凝土的不利影响必须最小化。如文献中所强调的，残余粘结砂浆的存在导致了RCA的孔隙和裂缝的存在以及RCA的高吸收能力。这些特性降低了RCA的质量，不利于生产的混凝土的性能。因此，本文旨在通过评估和改进现有技术以对RCA表面进行处理和改性来增强粗糙RCA物理性能的可行性。所提出的两步程序涉及到RCA在酸性溶剂中的预浸泡，以去除RCA表面的松散颗粒，然后是用硅酸钙(CS)溶液浸渍粗RCA以产生一种能重新填充孔隙和裂缝的涂层。本文还报道了上述表面处理对粗RCA物理性能的影响。本文从处理后的粗骨料混凝土的特性出发，着重阐述了表面处理的有效性。

二．实验过程

A.材料

试验主要采用I型普通硅酸盐水泥为粘结剂，比表面积为1.0432m 2 / g，比重为3.02。非晶态CS作为包覆粗晶RCA表面的火山灰材料。普通硅酸盐水泥和CS的典型化学组成见表1。本研究中天然粗骨料由最大粒径为20mm的花岗岩颗粒组成。本研究中使用的RCA是通过用钢锤破碎废弃混凝土立方体得到的。废弃混凝土是从槟城马来西亚大学住房、建筑和规划学院混凝土实验室的废墟中收集的。得到的样品被送入颚式破碎机，在那里它们被分解成所需的尺寸。破碎后，用振捣器筛将RCAs分级到所需的粒度，以获得公称尺寸为10mm到20mm的骨料。未压碎的本地石英岩质天然河砂被用作细集料。表2为本研究所用细、粗骨料的筛分分析。本研究采用盐酸(HCl)处理RCA，浓度分别为0.1 M和0.5 M。

表1 普通硅酸盐水泥的典型化学成分

表2 细骨料和粗骨料的筛分分析

图1经CS处理后的RCAs表面微观结构的SEM图像

B .表面处理

在处理方法的第一阶段，粗RCA浸泡在低浓度的HCl中，以去除附着在原始RCA骨料上的松散粘附灰浆，Tam等人证明了这一点[6]。这一阶段涉及到酸性溶剂对灰浆的降解。在一个塑料容器中，HCl被添加到RCA样品中，直到它覆盖RCA表面。本研究分别使用0.1和0.5 M的盐酸作为两个酸浓度的处理类型。骨料在酸性溶剂中浸泡24小时，偶尔晃动，以保证旧砂浆与原骨料之间的粘结能有效降解。浸渍一段时间后，用蒸馏水清洗骨料，然后将其排放。粗RCA置于烘箱中，在105℃下干燥24小时，然后记录烘干后的粗RCA样品的重量。

第二阶段涉及CS溶液的制备。将重量为10%的CS(粉状)溶解在蒸馏水中，搅拌几分钟，以确保CS颗粒的适当分散。然后立即将干燥的粗RCA加入到溶液中。RCA粒子在CS溶液中浸泡24小时，增加CS的吸收。浸没后，将骨料排干，放在托盘上，在105℃的烤箱中干燥24小时。在该步骤再次记录RCA的干重。烘箱干重为第一处理阶段和第二处理阶段RCA的重量差，表示RCA表面CS涂层的重量。

附着在RCA表面的CS颗粒比例约为50% ~ 70%。其余的CS颗粒既没有重新填充也没有附着在RCA表面(即呈散颗粒形式)，或在处理溶液的排放过程中丢失。用扫描电子显微镜(SEM)观察处理后的RCAs表面的微观结构。经CS浸渍处理后的RCA图像如图1所示。表面处理后的RCA被一层小颗粒覆盖，这些颗粒被鉴定为CS颗粒。

c .混合料配合比设计

混凝土的配合比设计遵循DOE方法，即所有混凝土混合物的有效水灰比为0.41，在第28天达到50mpa的目标抗压强度[7]。然而，由于粗骨料比天然骨料具有更大的吸水性，为了保持混凝土的坍落度，在配合比中加入了更多的水。此外，粗RCA是在烘干的条件下使用的，因此调节了混合水的量以补偿RCA对水的吸收。所有混凝土材料的组成见表3。通过用各种比例的已处理和未处理的粗RCA代替天然粗骨料，可以设计出所有混凝土拌和料的粗骨料组成。本研究分别采用粗骨料总量的15%、30%、45%和60%的重量置换。采用经表面处理的RCA配制了两批混凝土混合料。这些批次由RCA处理第一阶段使用的不同HCl浓度来区分(0.1 M HCl浸泡的RCA为1型，0.5 M HCl浸泡的为2型)，如表3所示。同时，用未经处理的RCA制备了一批混合物，作为对照样品进行比较。所有试验都与这些混凝土性能进行了比较。

D.混凝土混合物的混合和养护

本研究中所有混凝土配合比均采用两级混合法(TSMA)[5]按顺序混合，改善了RCA与新型水泥浆体的界面，从而提高了混凝土的性能。所有混凝土试件均在实验室条件下浇筑，浇筑后24小时脱模，在(25plusmn;2)℃完全浸没于水中，直至进一步试验。

E.测试

设计了三个测试程序来评估混凝土的和易性、密度和抗压强度，以确定不同比例的处理和未经处理的粗RCAs对新拌混凝土和硬化混凝土的影响。对新拌混凝土进行了坍落度试验，以确定混凝土搅拌后的和易性。坍落度试验按BS EN 12390-2[8]进行。将100 mm的混凝土立方体试件浇铸成型，然后固化。根据BS EN 12390-3 [9]，采用各配合比测定3、7、28d时的抗压强度。根据BS EN 12390-7[10]对硬化混凝土的堆积密度进行了测试。分析了经RCA处理后的新拌混凝土和硬化混凝土的性能，并与未经RCA处理的对照混凝土进行了比较。

表3 混合的比例

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