细再生混凝土骨料生产自密实混凝土的可行性研究报告

1 细再生 混凝土骨料 生产自密实混凝土 的可行性研究 报告 自我强化 混凝土（ ， 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。 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 。 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 反过来 在 工地 上 有助于减少噪音和听力减值 的 工伤。 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 用 量 仍然有限 。 虽然 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（ 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 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 通水 泥混凝土， 大部分 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 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（ 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 ， 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，有研究表明一定是不 好 的，并且 用 接受的性能 来制成混凝土 是可行的 。 3在 评估 用 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 符合 150（普通 水泥的标准规范 ）的 22和符合618（ 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 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。 5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 8）筛孔尺寸 的 颗粒。 获得 最大 的 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（ 加剂（ 700）和粘度改性外加剂（ 62）被用来调整 根据 136（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， 别 为 根据 127（密度 ，相对密度 比重 和粗骨料 的 吸收 的 标准测试方法 25 ，）和 128（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 ， （ 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 损 色 (M2/ 433 重 3 图 1. 用于研究的 图 2. 骨料的粒径分布 表 2. 骨料比重和吸收 骨料类型 比重 ( 比重 ( 吸收率 (%) 细度模数 粉碎石灰石 工砂 3 英砂 在本研究中制备 的 两个系列的 如表 3所示。 类粉煤灰 ， 两个系列都被 作为胶凝材料。 与粘合剂的比例为 两个参考混合物（ A B 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 其他 8种杂物来 评估 于本研究的重点 为 果，为了简化 设计方案 ， 将这 两个系列的水泥，粉煤灰，水， 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 A A A 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) 0 (0) 163 (275) 326 (550) 489 (825) 600 (1012) 1043 (16) 1043 (16) 1043 (16) 1043 (16) 1043 (16) 652 (10) 652 (10) 652 (10) 652 (10) 652 (10) B B B B B 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) 0 (0) 194 (327) 388 (654) 581 (980) 714 (1203) 978 (15) 978 (15) 978 (15) 978 (15) 978 (15) 522 (8) 522 (8) 522 (8) 522 (8) 522 (8) 4 提示 : 水泥、粉煤灰、 水、 骨料 单位为 kg/ 位为 00 司 /英担 ） . 根据 192（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 ， 5 。粗骨料，人工砂，石英砂， 置放于 型号为 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 ）， 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。 混凝土性能 混凝土混合 后 ， 用 1611（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 横向流动 和填充 潜力。测试设备包括一个标准的坍落度筒和 900毫米 900毫米（ 寸 寸 ）的 不锈钢板。在该装置中，可以测量 到 00毫米（ 20英寸 ） 宽 的时间， T 50和最后的坍落流动直径， 如 图 3所示。根据 3729的一般范围 为 45018寸 ）。 图 测试 图 4. 测试 . 图 4所示的 也是 基于 1621（ 由 到 自密实混凝土传递能力 的 标准试验方法） 的测试 。 30这种测试方法提供了一个程序， 即通过 坍落 度 试验 的 组合 来 确定 混凝土 的 传递 能力。 当 圆锥体被提升时， 使 混凝土流经环的腿。 将 带 坍落度 进行 测量 比较 。一般小于 25毫米（ 1英寸）的差值表示 其具有 良好的 传递能力。 29一般大于 50毫米（ 2 英寸 ） 的差值 表示 其传递 能力差。 此 外， 坍落度试验 和 验 ，视觉稳定性指数（ 验也被用来确 5 定 测试是根据 1611中 提到 的 度 蔓延的 范围来测试的 。 基于离 析， 流动 ，传播 特 性 的 观察 ， 通常是 用 度蔓延 了 0， 1， 2，或 3（ 分别 指高度稳定的，稳定的，不稳定的，高度不稳定）的 合物的稳定性。在图 5中 可以找到， 不同 等级 0或 1的 定， 2或 3 的 有 可 能分 离。 图 图 图 递 能力。正如图 6所示，设备 由 一个矩形横截面 的 ， 设置在被 可动部 分 （出口）分离的垂直钢筋前面的水平和 竖 直部分 的 成 。 用 验 ， 可以测试得到 垂直部分的混凝土高度 平部分混凝土的高度 凝土到达水平部分的终点的时间 T。 h 2 / 常被定义为阻塞率。根据 31当 阻塞率大于 递 性。 如在图 7中 所示的 测得混凝土流过 V ，这个总时间 是 为了 评 估 混凝土 的 流动性 ，评估 改变混凝土的路径的 性能以及评估它 通过一个收缩区域 的性能 。 递 能力。 根 据 31一个 典型的 T 秒 和 12秒之间。 将 上述 基于 主要验收标准总结于表 4中 。应当指出， 大部分 上述方法 是 通过模拟在不同的情况下混凝土的流 动， 间接反映 证检验方法，多次的结果 之间 要么没有很好的相关性， 要么 无法准确反映 能。 表 4. (007; 002). 典型范围的值测试方法 参考 单位 最小值 最大值 坍落度 007 450 (18) 760 (30) 007;002 s 2 5 阻塞率 007; 002 % 007 0 1 002 s 6 12 6 除了测量 递能 力 ， 稳定 性 的常规试验 之外 ， 还用 能 ，以更好地了解新鲜 混凝土的性能 。 32人们 普遍 认为， 新拌混凝土的 流动性能可以通过 两参数的关系 来表示，即此关系用方程式将 屈服应力 和塑性粘度 表示为： （ 1） 参数 是剪应变率 ， 参数 是剪切应力。屈服应力一般表示开始流动所需的剪切应力 ， 塑性粘度反映超过屈服应力后的流动阻力。这两个参数，定义 了流量 曲线， 即 提供 混凝土混合物流动特性的完整描述。 曲线测试被用来测量剪切应力和剪切速率之间的关系，并计算屈服应力和塑性粘度 这两个 如图 8所示， 容纳新拌混凝土 的容器 ，一个 带 电动马达和扭矩计 的 驱动头，通过卡盘上的驱动程序 启动的 四叶叶片 ，将 附加驱动 /叶片 装配到所述 容器顶部 的构架 ，和一台笔记本电脑操作的驱动程序 组成 ， 需要 在测试过程中记录扭矩， 并 计算流 量 参数。该容器包含了一系列围绕 在 周边的垂直杆， 这是为了 防止 混凝土 在测试过程中沿容器壁 滑动 。本研究中使用的叶片的直径为 ，高度 为 5英寸 ），每 次 用于测试 的新拌混凝土约 20夸脱）。 在这项研究中，流量曲线测试用于确定动态屈服应力和塑性粘度。流量特性曲线的测试程序由预剪切期间和试验期间 组成，如 图 9（ a） 所示。流量曲线测试开始 时 ，预剪切 期间 叶片 以 秒 的速度 旋转 20秒， 是为了在 测量定 的剪切 速度 的期间内 ，能 击穿可能存在的触变结构。经过预剪切期间，流量曲线立即 以 按降序排列 的 一系列测试点开始 排列 。速度 从初始速度（ 转速下降到最终的速度（ ， 初始速度 和最终速度 之间有 7个不同的速度均匀分布。每一个的速度运行 时间为 5秒。在每个步骤中的速度保持恒定， 并 记录 下 平均的速度和转矩。在叶片速度降低的 七个步骤 中 ，测定的 平均扭矩 和 平均叶片旋转的情节通常被称为流量曲线。将 流量曲线测试的一个典型结果示于图 9的（ b） ，它可以用于计算 与 混凝土的流变性有 关 的基本单位。该软件计算出 了 最佳拟合线的数据 ，并用 截距和斜率作为 相对参数。截距表示屈服值（ 斜率 表示 粘度值（ 然后，该软件计算 ：动态屈服应力和塑性粘度 取决于 叶片和容器的几 何形状。屈服值和粘度值是成比例的，但屈服应力和塑性粘度 的基本单位不相同 。 32在 使用手册 中， 可以找到 此 移动设备的的详细信息。 33应当注意的是，由于 此 方法 是 用于 计算屈服值和屈服应力 ，即 剪切速率与剪切应力曲线到 零剪切速率 的计算 ， 因此 有时 会 在高度流动的混合物 中出现 负的屈服应力。由于这些混合 料都 应具有非常小的屈服应力，负值有没有 实际 的物理意义。 34 7 图 8. 变仪 . 图 9. 测试过程和混凝土 流变性测试的测试结果实例 在所有 新拌混凝土试验 之后 ，混凝土 被 倒入 100毫米 200毫米（ 4 英寸 8 英寸 ） 的 气瓶 ，而且 没有任何形式的 密实 ，即棒或振动作用。混凝土圆柱体被放置在标准养护室 ，浇筑 后 由 192 27可证实 。所有标本均 24小时后脱模，在标准养护室 养护 直到 进行 抗压强度试 验。依据 39（混凝土圆柱试体抗压强度的标准试验方法） ，通过 标记 缩试验机 来试验，对所有混凝土混合物 的 抗压强度进行测试。 35通过中间切断每个组合，研究粗骨 料在横截面 竖 直方向上的分布，随机抽取其中一个试样 ，用它 来 评估其 抗离析性。除了抗压强度试验 ，参照 157（硬化液压水泥砂浆和混凝土长度变化的标准测试方 法） ， 36干燥收缩试验是用来评 估 混凝土干燥收缩 方面个尺寸 为 7676265毫米（ 3310 英寸 ） 的 试样 被 准备 来进行 干燥收缩试验。 接下来进行 28天 的养护 ，从 标准养护室 中移除后，使用 灵敏度为 的 数字长度比较器 来 测定每个试样的初始长度。然后 将试样放置 到一个温度为 232 （ 733F）和相对湿度为 504的 房间，如在图 10中 所示，测出 7天， 28天， 56天， 112天 后 的收缩率变化率。 图 10. 干燥收缩试样 8 坍 落度 试验 测试了 动性。 参照 3729流蔓延 通常范围 为 450至 760毫米（ 18寸 ）。如表 5中所示， 在 坍落 度 试验 中，全部 10种 混合 物 ，包括两 种 参考 混合物和 的扩散直径 远 大于 650毫 米（ 25英寸 ），表明 其 良好的流动性。 在 坍落度流动试验过程中测得的混凝土 蔓延 到 500毫米直径 时的 时间 为 此时间 给出了粘度的相对度量。结果表明，较 说 ， 煤灰的混合物） 的 表明 其具有 较高的粘度， 然 而两个系列 中，不同 百分比 的 影响 得出的 T 50的趋势 是不同的。观察 得出 ， 50随着 减少 ， 在 有观察到类似的趋势 。 察表明， 在 坍流试验过程中 得到， 大部分的混合表现出良好的相对稳定性好，没有或 只有 非常 少 量 的 离析和泌水。过 钢筋 给出了与 坍流试验类似的结果 ，将此 用来描述 能 ， 然 而 量 和坍流流量之间的差异，在本文中 描述成 “流量差 ”， 是 通过钢筋被限制 的 种 迹象。结果表明，少数的混合物 在 坍落流动和 达 70毫米或 之间 具有相对 较 高的区别，大部分的混合物的流量差小于 50毫米 ，特别是所有 直 高于 600毫米（ 24英寸 ） 的 事实 ，得到 混合物 的阻塞潜力对所有混合物的 影响 相对 较 低。 进行额外的测试，包括 进一步调查不同的混合物的 流动性和阻 塞潜力 。如表 6所示的结果表明，虽然大多数的混合物显示低阻塞潜力 （阻塞率高于 也有一些的混合物（ B B 5）显示出高的阻 塞 比率。另一方面， 除了 一 种混合物 （ A ，其他所有混合物都 表现出 了 良好的传 递 能力 ，因为 T 2秒。 新拌混凝土的单位面积重量 高于 这可能是由于 使用 较少量的因为 该混合物单 的 位面积重量 越低 ， 这是 由于 相较 天然细骨料 较低 。应当指出的 是，由于使用了更高数量的细颗粒，通过能力应随着更替的 这趋势通过本研究并没有清楚地观察到。该作用可 通过在 混合 物中 增加 水 量，以补偿 。 从 前人研究 中，比较 坍流 实验结果 试的结果，由于不同材料的使用 导致 新鲜的 变， 目前的研究结果与其他含 粗和 /或 细 再生骨料 的 样。 12一般情况下，在这项研究中大多数的混合 物 显示 出 满意 的 表 6. 和 湿密度 结果 . 最终时间 s 阻塞比率 (s) 湿密度 (kg/ A 2305 (A 2287 (A 2259 (A 2278 (A 2235 ( 9 B 2231 (B 2228 (B 2233 (B 2204 (B 2177 (坍流试验是衡量的 它的方法，如 验， 用于评估 能力， 阻塞潜力 ， 稳定性。然而，这些常规的测试， 在描述 混凝土特别是 能时， 有时不能够提供精确的 数据 。流变学参数，例如，屈服应力和粘度，是确保 设计成功的最重要的 参数 之一。出于这个原因，在这项研究中 ， 此 混合物得到 了 更好的 了解 。 将 不同的混合物的流动曲线测试的结果总结于表 7中 。应当指出，对于许多高流动 性 的混合物，由于由 服应力为负。所有负值的屈服应力，因此被视为屈服应力为零 。 结果显示，虽然大部分的混合物显示 的 屈服应力 较 低 或为零 ， 但 大部分的混合物的粘度 都 相对较高（ 13）， 与 结果是一致的，即 相 比普通混凝土 ， 粘度 越高 ，屈服应力 越低 。 37 结果表明， 在 验中， 粘度 与 关性好， ，即 T 粘度增加 ； 坍流增加， 但 混凝土粘度 降低 。从 现粘度与 阻塞率没有明显的相关性， 在 坍流和 流变参数 也没用明显的相关性 。 从流变学测试的结果也表明，从 与 合物相比， 粉煤灰显示 出了 轻微较高的 粘度，这可能是由于 在 混合物中使用的胶凝材料总量较高 的原因 。 在 流变参数 上，没有观察到 明显的 不同 百分比 的化 趋势。 表 7. 流变参数 . 屈服应力 粘性 屈服应力 粘性 ( () ( () A B B B B B 为了评价 不同混合物的 稳定性和隔离 潜力 ，除了 同的混合物中的 10 混凝土圆柱体的垂直截面 ，都 通过中间气缸切割 来制备 。在图 11中所示的两个示例中，没有观察 到 明显的 离析现象 。 所有混合物的压缩强度测定的 时间 为 28天 ，其 结果 被 总结在图 12中 。结果表明 ， 抗压强度 随着 过天然细骨料） 而 下降，包含在这项研究 中的 所有混合物显示 出的 抗压强度高，即从 5480到 10,000 能与其他研究含 强度相聘美。 12 14 系列 ，此 混合 物 显示 出了 较高的抗压强度，这很可能是由于在 混合物中胶凝材料 使用 量较高。 从第 7天至第 112天 的全 干燥收缩的数据示于图 13。结果表明，在这项研究 中， 混合物的收缩率一般不是很高，这是由于 混合物的 低水胶 比率 。 4 系列具有较低的收缩率， 这种 趋势很可能 是 由于粉煤灰 的 使用减少 了火山灰的收缩。 38在系列 察到一个明显的趋势 ，即 果与以前的研究结果相矛盾，因为 普遍认为， 由于 砂浆附 着在促进新旧浆体体积增长的再生骨料上面， 导致较高的收缩率。 14这种现象可能归因于 通过内部的固化过程 提供水分 。高吸 收率骨料 内部的固化过程，被认为有更好的干缩性 。 39 由于以前的研究表明， 40由于高额的细颗粒 ,粉碎 的 收缩率最高的两种混合物是 A 这种相似的 现象很可能是由于较高的收缩率，高糊剂的 成分 和 细骨料 内部固化的组合效应。 与 少， 上述的结果表明，较高的 来 提供有效的内部固化。然而，需要进一步的研究来证明这一假设。 新拌混凝土试验，流变测试和硬化混凝土试验结果表明， 尽管各种试验参数 并不一定 相互 匹配，在这项研究 中， 大多数的混合物表明 好 的性能 ，即符合 有 兴趣 的话， 要注意作为 替换 细骨料 的 100 比例的这 种 混合物 具有 高坍流，低阻塞率，和高稳定性 ，是非常有 发展 前途的新拌混凝土。这种现象可能会导致 骨料填充 程度较高（较低的孔隙率）和骨料级配 较优 。然而 ， 如果 用这项研究 有限 的数据无法证实 这个假设， 就 需要进一步的调查 ，并结合 骨料级配 的影响 ，特别是 结合 骨料级配 和堆积密度， 来调查含 图 11. 截面所选标本 图 12. 不同百分比 8天强度 11 图 13. 不同百分比 . 在本文中， 呈现了 不同 合物。 在 坍流， 流变测量的基础上 ，评估了 性能 。强度和干缩性能 也 进行了测定。这项研究的结论概括如下： 同的测试 之间 ，没有相互匹配的结果， 然而 在这项研究中 的 大部分混合物，两 种含量为 100