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细再生混凝土骨料生产自密实混凝土的可行性研究
J. Hu*, Z. Wang and Y. Kim
工程技术部，美国德克萨斯州，圣马科斯的德克萨斯州州立大学 （收稿日期2012年10月20；终稿2012年10月12日收到）
混凝土回收利用在保护固结骨料资源，减少垃圾填埋，节约能源，减少温室气体排放提供了可持续发展。从环境保护和资源可持续利用的角度来看，在水泥和混凝土行业的新生再生混凝土骨料（RCA）已经吸引了很多研究者的关注。虽然当地RCA成功地用于普通水泥混凝土，大部分的RCA，尤其是细再生混凝土骨料（FRCA）目前仅用于低端应用上面。使用FRCA（100％替代天然细骨料）如自密实混凝土（SCC）的高性能混凝土的可行性研究是必要的。本文提出了对于SCC，使用天然细骨料与使用FRCA的初步研究。为了评价在SCC中FRCA不同比例的影响，用坍落度，J-环，V型漏斗，L-框，视觉稳定性指数的测试来评估其流动性，传递能力和混凝土混合物的抗离析性。此外，还用流变仪来测量混凝土的流变学特性。混凝土的强度性能通过抗压强度进行评估，硬化混凝土的体积稳定性通过干燥收缩试验测验。结果显示，在FRCA中较高的细颗粒量确实会影响SCC的流动性，传递能力，抗离析性，流变性能以及硬化混凝土的行为，包括在研究的大部分混合物表现出良好的流动性，传递能力和稳定性，达到了SCC的标准。抗压强度和干燥收缩试验表明用FRCA制成的SCC有良好的性能。这项研究表明，使用适当混合比例的FRCA来制作SCC是可能的，其可行性已被证明。
关键词
自密实混凝土，再生骨料，流动性，流变学，传递能力
1.介绍
自我强化混凝土（SCC），也被称为自密实混凝土，最早是20世纪80年代在日本的一项创新技术，[1]此后，由于混凝土质量提高和改善了工作环境，其产品的市场份额迅速增长。SCC具有高流动性，它有混凝土不可分离，可传播到位，填充模板，加固封装，无需机械整合的特点。SCC的高流动性的性质使得它可以在艰难的施工条件，或在密实的钢筋条件下根据其本身的质量进行合并。通过在混凝土浇筑过程中消除振动，可以大大减少放置大部分SCC所需的时间。这反过来在工地上有助于减少噪音和听力减值的工伤。SCC被精心设计，因为它可以实现高流动性和良好的传递能力，同时也能保持足够的稳定性，以抵抗混凝土分离。然而，尽管有上述的技术优势和环境优势，但由于从大量的水泥和外加剂的使用中得出此混合物设计很敏感和且具有较高的成本的结果， 使得在建筑上，尤其是在美国建筑方面SCC的使用量仍然有限。 虽然SCC相比较传统混凝土，在施工期间的噪声和振动方面有环境优势 ，在水泥和混凝土行业的再生混凝土骨料（ RCA ）从环境保护和资源可持续利用的角度来看也吸引了很多研究者的关注。混凝土回收利用，不仅节约了固结
的总资源，还减少了不必要消耗的有限垃圾填埋场空间，节约能源，减少温室气体排放，实际上是从空气中除去CO2。据估计，全世界混凝土和砖石瓦砾每年产生约一亿吨，然而他们只有一小部分被回收。[2]，虽然当地RCA可以成功地应用于普通水泥混凝土，大部分RCA目前只用于在成本效益较低方面的使用，如回填，基础和路面基层的应用。在建筑上更高效使用RCA是需要的。由于更高精细成分和吸收的考虑，使得细再生混凝土骨料（FRCA）在新型混凝土上的使用被限制，甚至被禁止使用。虽然人们普遍期望，FRCA的使用会对混凝土的性能产生不利的影响，如强度的降低和干燥收缩率的增加，有研究表明FRCA的使用不一定是不好的，并且用FRCA的可接受的性能来制成混凝土是可行的。[3-9]
虽然在建筑上使用再生骨料混凝土已被广泛记载，但SCC与各种不同比例的再生骨料，包括与再生混凝土，砖块和玻璃进行的研究，是很少量的。[10-21]用不同的试验方法来评估流动性，传递能力，新鲜SCC的稳定性，硬化混凝土的性能，包括测试其抗压强度，拉伸强度和干燥收缩率。结果表明，SCC的性能高度取决于在混合中使用的再生骨料的质量，它可能使用RCA制成的SCC具有可接受的流动性和强度。 [13-15]实验还发现，大部分试验都是专注于更换粗骨料，但更换FRCA时不同速率在SCC性能的影响是没有足够研究的。在评估用FRCA制成的SCC的性能方面有系统的研究是必要的。从技术和环境方面的优势来说，所得到的结果应该是非常显着的。
2.实验细节
2.1材料
符合
ASTM C150（普通水泥的标准规范）的I型硅酸盐水泥[22]和符合
ASTM C618（在混凝土中使用粉煤灰或原材料或煅烧的天然火山灰标准规范）的C类粉煤灰[23]在混凝土拌合料中被用作为胶凝材料。在研究中使用的水泥和粉煤灰的化学组成和物理性能在表1中报告。碎石灰石，人工砂，和石英砂在混凝土混合物中被用作为骨料。RCA的最大公称尺寸为25毫米（1英尺），由本地再生混凝土厂获得，用约15毫米的开口实验室颚式破碎机进一步粉碎获得。然后用筛子筛选出大于2.36毫米（＃8）筛孔尺寸的颗粒。获得最大的FRCA直径为2.36毫米（＃8），如在图1中所示，被用作为天然细骨料的替代物，即制造砂和石英砂。聚羧酸高效减水剂（HRWR）外加剂（GLENIUM?7700）和粘度改性外加剂（VMA）（Rheomac VMA 362）被用来调整SCC混合物的和易性。
根据ASTM C136（粗骨料和细骨料筛选分析的标准试验方法）在研究中使用的所有四种骨料进行筛选分析。[24]所有四种不同骨料的级配曲线如图2所示。人工砂，石英砂，FRCA的细度模数分别为3.22，1.08，和2.52。 根据ASTM C127（密度，相对密度 [ 比重 ] 和粗骨料的吸收的标准测试方法[25] ，）和ASTM C128（密度，相对密度 [ 比重]和细骨料的吸收的标准测试方法）来分别测试骨料的比重和吸收[26] ，其结果示于表2中。应当指出，由于残留了大量的水泥浆，相较人工砂和石英砂，FRCA具有更高的吸收率（7.2％）和相对较低的比重。
表1. 水泥和粉煤灰的化学成分和物理性能
氧化物(%) 水泥 粉煤灰 SiO2 20.4 35.8 Al2O3 4.6 20.37 Fe2O3 4.5 5.54 CaO 64.4 26.04 MgO 0.8 4.49 SO3 3.7 1.52 亏损 1.8 0.31 成色 (M2/kg) 433 NA 比重 NA 2.74
图 1. 用于研究的FRCA 图2. 骨料的粒径分布
表 2. 骨料比重和吸收
骨料类型 比重(OD) 比重(SSD) 吸收率(%) 细度模数 粉碎石灰石 2.384 2.475 3.80 NA 人工砂 2.482 2.556 2.98 3 .23 石英砂 2.648 2.664 0.60 1.00 FRCA 2.158 2.313 7.20 2.52
2.2混合比例
在本研究中制备的两个系列的
SCC混合物如表3所示。A系列包含C类粉
煤灰，B系列只包含硅酸盐水泥，两个系列都被作为胶凝材料。A系列的水与水泥之比为0.41，水与粘合剂的比例为0.34，B系列的水与水泥之比为0.41。在两个参考混合物（A FRCA0 和B FRCA0）中，分别用25%，50%，75%，和100％（在参考混合物中，天然细骨料所占的质量分数）的种类来更换FRCA，用其他8种杂物来评估FRCA效果。由于本研究的重点为FRCA的效果，为了简化设计方案，将这两个系列的水泥，粉煤灰，水，HRWR和VMA的用量保
持恒定。表中使用的大量骨料为饱和、干燥的骨料。
表3. 混合比例
A FRCA0 A FRCA25 A FRCA50 A FRCA75 AI FRCA100 水泥 390 (657) 390 (657) 390 (657) 390 (657) 390 (657) 粉煤灰 83 (140) 83 (140) 83 (140) 83 (140) 83 (140) 水 160 (270) 160 (270) 160 (270) 160 (270) 160 (270) 粉碎石灰石 917 (1546) 917 (1546) 917 (1546) 917 (1546) 917 (1546) 人工砂 555 (935) 402 (678) 253 (427) 103 (173) 0 (0) 石英砂 98 (165) 73 (123) 44 (75) 18 (30) 0 (0) FRCA 0 (0) 163 (275) 326 (550) 489 (825) 600 (1012) HRWR 1043 (16) 1043 (16) 1043 (16) 1043 (16) 1043 (16) VMA 652 (10) 652 (10) 652 (10) 652 (10) 652 (10) B FRCA0 B FRCA25 B FRCA50 B FRCA75 B FRCA100 水泥 415 (700) 415 (700) 415 (700) 415 (700) 415 (700) 粉煤灰 0 (0) 0 (0) 0 (0) 0 (0) 0 (0) 水 170 (287) 170 (287) 170 (287) 170 (287) 170 (287) 粉碎石灰石 831 (1400) 831 (1400) 831 (1400) 831 (1400) 831 (1400) 人工砂 659 (1111) 480 (809) 301 (507) 123 (207) 0 (0) 石英砂 116 (196) 85 (143) 53 (90) 21 (36) 0 (0) FRCA 0 (0) 194 (327) 388 (654) 581 (980) 714 (1203) HRWR 978 (15) 978 (15) 978 (15) 978 (15) 978 (15) VMA 522 (8) 522 (8) 522 (8) 522 (8) 522 (8)
提示: 水泥、粉煤灰、 水、 骨料 单位为kg/m3 , HRWR 、 VMA 单位为 ml/100 l磅（盎司/英担）.
2.3混凝土搅拌
根据
ASTM C192（在实验室制作和养护混凝土试样的标准操作规程）中
所描述的过程[27] ，MP 75 SICOMA实验室搅拌机是用来搅拌混凝土的。粗骨料，人工砂，石英砂， FRCA先分别被置放于型号为1.28，2.93，4.33，和3.58％的搅拌器中。在每种混合物中，水的用量都进行了相应的调整。在搅拌过程中，粗骨料首先被导入混合容器，并且与将近一半的水一起搅拌30秒。之后，将细骨料，水泥，粉煤灰（看具体使用没有），HRWA与 VMA的剩余部分水放置到搅拌器中，并搅拌3分钟。将混合物在搅拌器中放置3分钟，然后在整个搅拌过程完成之前再搅拌2分钟。
2.4试验方法
2.4.1 鲜混凝土性能
混凝土混合后，用
ASTM C1611（自密实混凝土的坍落度的标准测试方
法）[28]中的坍落度试验来评估不同SCC混合物的横向流动和填充潜力。测试