化学方法改性再生骨料及其研究进展

化学方法改性再生骨料及其研究进展

摘要：再生骨料循环利用不仅可以减少环境污染的危害，并且可以有效缓解自

然资源的枯竭。然而，相较于天然骨料，再生骨料具有强度低、吸水率高、表观

密度低等缺点。为进一步推动再生骨料的应用，部分研究通过采用化学方法强化

再生骨料的性能，但缺少文献系统性综述与分析其对再生骨料的作用。本文介绍

了不同化学方法对再生骨料的作用机理，综述了改性后再生骨料的性能，并提出

目前研究存在的一些问题。

关键词：再生骨料；化学方法；作用机理

1 引言

近年来，随着城市建筑物的不断翻新与重建，产生的建筑废弃物已经占据城市废弃物总

量的30%-40%，建筑垃圾的妥善处理已经成为一个不容忽视的问题[1-2]，大规模的回收混凝

土废物被认为是最可行方法[3]。然而，再生骨料的缺点（高吸水率、强度低等）为混凝土的

性能带来的许多弊端。为了推动再生骨料的应用，有研究通过掺入聚丙烯纤维[4]，火山灰材

料[5]，氧化石墨烯[6]等掺合料提高再生混凝土的性能，但是改善幅度有限。再生骨料的性能

与再生混凝土的性能密切相关[7]，因此通过改善骨料品质提高混凝土的性能成为一种切实可

行的方法。

目前已有研究存在多种方法改性再生骨料，主要分为两类：（1）去除再生骨料表面的

旧水泥砂浆改善其性能。Nagatai 等[8]利用鄂式破碎机与反击式破碎机结合的方式处理再生骨料，结果表明，机械处理能够大幅度减少粘附砂浆。Ismail等[9]利用三种不同浓度的盐酸去

除再生骨料表面的旧水泥砂浆；（2）加强旧水泥砂浆的黏结度，提高其内部密实度。Ho等[10]发现粉煤灰浆液与聚乙烯醇溶液包裹后的再生骨料能够大幅度提高混凝土的工作性能。

机械方法需要大量的资金以及消耗大量的能源，并且容易对再生骨料造成二次损伤，而化学

方法处理再生骨料具有易于操作、周期短和低消耗等优点，因此化学方法在实际应用中具有

很大潜力。

本文综述了近年来化学方法改性再生骨料的研究进展，介绍了改性再生骨料的多种化学

方法，分析了其作用机理和对再生骨料的影响。

1.作用机理

再生骨料由天然骨料和旧水泥砂浆组成，其表面旧水泥砂浆是导致性能较差的主要原因。利

用化学方法处理再生骨料的方式主要分为两类：（1）利用酸溶液[9]浸渍处理再生骨料去除

其表面的旧水泥砂浆和微小颗粒；（2）利用化学浆体或溶液（火山灰浆液、聚合物溶液等）处理再生骨料[10]，浆体包裹再生骨料能够减少表面的孔洞与裂缝，溶液浸渍使化学成分

（Ca2+，火山灰颗粒，纳米材料等）随着溶液浸入再生骨料内部发生化学反应，生成水化产

物填充与密实内部微孔与微裂缝。

2.酸溶液

李阳[11]配制浓度为0.1mol/L的乙酸溶液处理再生骨料，结果表明，处理后的再生骨料

的各项性能都有改善。主要原因是乙酸与再生骨料表面的旧水泥砂浆中水化产物Ca（OH）2

反应，使浆体发生“溶解”。屈志中[12]指出5%浓度的盐酸改性处理的效果最好，盐酸浸渍不但提高了其强度，还改善拌合物的和易性。Tam V W Y等[13]设计三种酸液（盐酸、硫酸和磷酸）浸泡再生骨料。研究表明，酸液浸泡处理可以有效除去骨料附着的水泥砂浆。Ismail等[9]利用三种不同浓度（0.1mol、0.5mol、0.8mol）的盐酸处理再生骨料也得到相似的结果，扫描电子显微镜（SEM）结果表明，对比未处理的再生骨料，如下图（a），0.1mol、0.5mol浓度盐酸能够有效去除再生骨料表面的微小颗粒，如图1（b）和（c），而0.8mol浓度盐酸反而劣化了再生骨料的性能，如下图1（d）所示。这主要归因于高浓度盐酸具有较高的腐蚀性，降低了其性能。

（a）（b）（c）（d）

图1 不同类型再生骨料的SEM图[9]

3火山灰材料

3.1浆体包裹

Zhao等[14]利用普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、粉煤灰和硅酸钠六种材料制备十种不同类型浆液预包裹处理再生骨料，处理后再生骨料的压碎指标、吸水率和表观密度有一定程度的改善，此外，处理后再生骨料制备的混凝土的抗压强度提高了32.4%。Zhang等[15]和Shi等[16]也得到类似的结果。高活性的火山灰材料水化反应后生成了大量的水化产物填充了再生骨料表面的孔洞与裂缝，增强了其性能。

3.2溶液浸渍

Pan等[17]利用Ca（OH）2溶液预浸处理再生骨料，改性后骨料的压碎指标从18%降至13%，吸水率由4.35%降至1.65%。SEM分析表明，预浸后的再生骨料经过碳化生成了CaCO3改善了其孔隙率与孔结构。林腾玮等[18]利用不同浓度纳米SiO2溶液浸泡处理再生骨料，结果表明再生骨料的压碎指标和吸水率都有所改善，分别降低了54.7%和10.6%。王海超[19]通过渗透结晶材料浸泡处理再生骨料，其孔隙率、吸水率明显下降，压碎指标有所降低，主要原因是渗透结晶材料溶液有效的渗透到旧水泥砂浆中，裂缝被填充，结构变得更加密实。填充示意图如下图2所示。

图2 再生骨料裂缝填充示意图[19]

4 聚合物溶液

Spaeth等[20]结合不同的聚合物溶液处理再生骨料，结果表明，处理后再生骨料的吸水率大幅度地降低。鲍玖文等[21]用8%浓度的硅烷乳液浸渍强化再生粗骨料，结果表明处理后再生粗骨料的吸水率显著降低且再生混凝土的耐久性能得到一定的改善。Kou 等[22]利用聚乙烯醇溶液浸渍再生骨料，处理后的再生骨料配制的混凝土的力学性能得到明显的改善，干燥收缩率降低15%，抗氯离子渗透能力提高了约35%。

5.结论

本文综述了化学方法改性再生骨料的作用机理，介绍了酸溶液、火山灰溶液和聚合物溶液对再生骨料的改善效果，得到以下结论：

（1）酸溶液处理再生骨料能够有效去除其表面的旧水泥砂浆，改善其物理性能，然而

高浓度酸溶液处理再生骨料反而降低了其性能。

（2）火山灰材料包裹与浸渍再生骨料，都能够有效提升再生骨料的性能。

（3）聚合物溶液能够显著降低再生骨料的吸水率。

根据以往研究中出现的问题，未以后的研究提出以下建议：

（1）可以进一步细化研究酸溶液的浓度对再生骨料的影响；

（2）考虑酸溶液中的酸根离子对混凝土的耐久性能有很大影响，可以进一步结合再生

骨料微观结果进行分析；

（3）可以结合多种化学方法，使得改善效果更加显著。

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