活性摻合料對(duì)再生混凝土耐久性的影響
2006-06-15 00:00
摘要：由于再生集料本身具有一些天然缺陷，導(dǎo)致再生集料配制的混凝土綜合性能較同級(jí)配普通混凝土差。麗摻入礦渣、粉煤灰等活性摻合料則可以改善普通混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性能，因此，本課題在采用再生粗集料以不同比例取代天然集料的同時(shí)，用礦渣、粉煤灰等活性摻合料等量取代水泥，研究摻活性摻合料再生混凝土的力學(xué)性能和耐久性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨冉生集料用量的增加，混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性能有所下降，但摻加一定量的活性摻合料可以明顯改善再生混凝土的耐久性能 采用合適摻量的礦渣．可以配制出坍落度為180mm、28d抗壓強(qiáng)度達(dá)50MPa以上、各種耐久性能指標(biāo)均達(dá)到基準(zhǔn)混凝土技術(shù)指標(biāo)的再生集料混凝土。
關(guān)鍵詞：再生集料；活性摻合料；力學(xué)性能；耐久性能
0 前言
再生集料混凝土簡(jiǎn)稱再生混凝土，是指將廢棄混凝土塊經(jīng)過破碎、清洗、分級(jí)后，按一定比例而級(jí)配成的再生混凝土集料，部分或全部代替砂石等天然集料（主要是粗集料）配制而成的混凝土。由于再生集料表面粗糙、棱角較多，且表面包裹著相當(dāng)數(shù)量的水泥砂漿（水泥砂漿孔隙大、吸水率高），再加上混凝土塊在解體、破碎過程中由于損傷累積，內(nèi)部存在大量微裂縫，這些因素都使其吸水率和吸水速率增大，這對(duì)配制混凝土是不利的，因此，拌制的再生混凝土的工作性能、力學(xué)性能、耐久性能等綜合性能也較差。
而活性摻合料等量取代水泥不僅具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，而且還能顯著地改善、提高混凝土的抗腐蝕能力和耐久性。本文采用再生粗集料以不同比例取代部分天然集料的同時(shí)，用礦渣、鋼渣和粉煤灰等活性摻合料等量置換水泥，研究再生混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性能。
1 試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法
1．1 原材料
水泥，海螺牌P·042．5級(jí)普通硅酸鹽水泥。
活性摻合料，磨細(xì)礦渣（S）來自上海寶田新型建材有限公司，比表面積400m2／kg；鋼渣（SS）來自寶鋼，細(xì)度為45 µm篩的篩余量10%；粉煤灰（FA）來自石洞口電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰。各種活性摻合料的化學(xué)成分見表1。
天然集料，石灰石碎石，粒徑為5-25mm；砂，細(xì)度模數(shù)為2．6~2．8。
超塑化劑 ，聚羧酸鹽高效減水劑（WR），為中性，固含量30%，體積密度1．13g／mL。
再生粗集料（RCA） 廢混凝土集料，為舊建筑物上拆下來的廢混凝土碎塊。經(jīng)人工破碎后篩分而成，粒徑為5-40mm，級(jí)配良好，其基本性能見表2。
1．2 試驗(yàn)方法
抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按照GB／T50081—2002{普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行。試塊均為100mm*l00mm*100 mm的立方體，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后分別測(cè)試7d、28d抗壓強(qiáng)度。
坍落度試驗(yàn)按照GB／T50080—20024普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行。
碳化實(shí)驗(yàn)按照GBJ82—85《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性實(shí)驗(yàn)方法》中快速碳化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。采用100mm*100mm*300mm長(zhǎng)方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)26d，然后在60℃烘箱內(nèi)烘48h取出，除長(zhǎng)度方向相對(duì)的兩側(cè)面外，其余四面封蠟，并放入碳化箱，達(dá)到預(yù)定齡期（3d、7d、14d、28d）后取出試件，破型以測(cè)試其碳化深度。
混凝土氣滲試驗(yàn)按照RILEM．TC．1 16一PCD步驟進(jìn)行。每組兩塊，直徑為150mm、高度為50mm的圓柱體試件。成型后在20cc的室內(nèi)靜養(yǎng)，并盡量減少試塊與外界環(huán)境的水分交換。經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)28d后，在105cc±5℃的烘箱內(nèi)烘干后取出，立即將試塊密封保存。采用氮?dú)庾鳛闈B透氣體。滲透壓力分別為150kPa、200kPa、300kPa（絕對(duì)壓力）。計(jì)算各壓力下的K值，取平均值即得各配比混凝土的滲透系數(shù)K。
實(shí)驗(yàn)用基本配合比為水泥450kg/m3 、砂743 kg／m3 、碎石1027 kg／m3，水180 kg／m3、減水劑1．8 kg／m 3。
2 結(jié)果與討論
2．1 再生混凝土工作性能
再生混凝土坍落度試驗(yàn)結(jié)果見圖l。由圖1可見，隨著再生粗集料取代率的增加，再生混凝土的坍落度呈明顯下降趨勢(shì)，這是由于再生集料表呵粗糙、孔隙多、吸水率大，在混凝土拌制過程中，冉牛集料要吸收部分水分，使實(shí)際拌合水減少，故再生混凝土流動(dòng)性差、坍落度變小。當(dāng)采用礦渣取代水泥后，再生?昆凝土的坍落度得到較好的改善，可以看出在再生粗集料取代率相同時(shí)，再生混凝土的坍落度隨著礦渣摻量的增加，有一定程度的提高。例如再生粗集料取代率為40%時(shí)，未摻礦渣的?昆凝土坍落度為160mm，礦渣摻量為40%的混凝士坍落度為185mm，提高幅度達(dá)17%。
2.2 再生混凝土強(qiáng)度
采用再生粗集料取代天然粗集料的礦渣再生混凝土，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d、28d后的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見圖2、圖3。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨再生集料取代率由0%開始提升，混凝土強(qiáng)度有一定程度的提高，然而，當(dāng)再生集料取代率達(dá)到一定數(shù)值后，再生混凝土強(qiáng)度有下降趨勢(shì)，但下降幅度較小，并且當(dāng)取代率為20%和60%時(shí)，強(qiáng)度非但沒有下降，而有一定程度的提高。原因主要在于再生集料表面粗糙，棱角較多，有較好的粘結(jié)面和較高的界面粘結(jié)強(qiáng)度；同時(shí)，再生集料吸水牢火，使混凝土的真實(shí)水灰比下降，從而使再生混凝土強(qiáng)度有一定程度的提高。另外，當(dāng)摻加礦渣后，混凝土的7d抗壓強(qiáng)度明顯降低，這是由于礦渣的活性較低，水化速度慢，于是隨著水泥量的減少，礦渣再生混凝土早期強(qiáng)度明顯降低。但是隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，水泥水化產(chǎn)生的Ca（OH）2 不斷與礦渣發(fā)?；鹕交曳磻?yīng)。這樣，一方面可增加C—S—H凝膠的含量，另一方面可減少界面過渡區(qū)Ca（OH）2晶體的暈，從而使得混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，岡此礦渣再牛混凝土28d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)迅速，與未加礦渣的再生混凝土28d抗壓強(qiáng)度的差距減小。當(dāng)再生集料取代率為80%，礦渣摻暈為40%時(shí)，礦渣再生混凝土28d抗壓強(qiáng)度甚至超過了末加礦渣的冉生混凝土抗壓強(qiáng)度，達(dá)到了57．5MPa。
2．3 再生混凝土的氣滲性能
有害氣體或液體滲入混凝土內(nèi)部后，將與混凝土組分發(fā)生一系列的物理化學(xué)和力學(xué)作用，導(dǎo)致混凝土破壞，因此，抗氣體滲透性能是提高和保證混凝士耐久性首先要控制的主要性能。
2．3．1 冉生粗集料對(duì)混凝上氣滲性能影響
氣滲試驗(yàn)結(jié)果見圖4。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著再生集料摻量的增加，再生混凝士的氣滲系數(shù)急劇增加，抗氣滲性能變差。未加入摻合料時(shí)，再生粗集料最為0%的再生混凝土的氣滲系數(shù)為10．6*10 -16m 2，而加入60%再生粗集料的再生混凝土的氣滲系數(shù)達(dá)到20．73*10-16m2 ，氣滲系數(shù)增加了1倍，抗氣滲性大幅度下降。主要原因是與天然粗集料相比，再生粗集料不僅表面粗糙、棱角較多，且集料表面還包裹著相當(dāng)數(shù)量的水泥砂漿，再加上混凝土塊在解體、破碎過程中由于損傷累積，內(nèi)部存在大量微裂紋，這樣，再生混凝土孑L隙率大，集料一漿體的界面結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，界面數(shù)量更多。而混凝土中水泥漿體與集料間的界面區(qū)是混凝土最薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)，常常成為滲透途徑，因而抗氣滲性必然下降。
2．3．2 活性摻合料對(duì)再生混凝土氣滲性能的影響
由圖4可見，未加摻合料時(shí)，隨著再生粗集料摻量的增加，再生混凝土的氣滲系數(shù)急劇增加，即抗氣滲性急劇劣化。但加入摻合料后，隨著再生粗集料摻量的增加，再生混凝土氣滲系數(shù)的增長(zhǎng)變得緩慢。當(dāng)再生粗集料摻量為60%時(shí)，加入30%的礦渣后，再生混凝土的氣滲系數(shù)僅為4．04*l0-16m2 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于未加摻合料的再生混凝土氣滲系數(shù)（20.73*10-16m2 ）。由此可見，加入活性摻合料可以改善再生混凝土的氣滲性能，這是因?yàn)榛钚缘V物摻合料在水泥混凝土中具有微晶核效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)，因此摻加一定量活性礦物摻合料是改善再生混凝土界面結(jié)構(gòu)和提高再生混凝土性能的一種有效措施。
2．4 再生混凝土的碳化性能
混凝土的碳化過程是氣態(tài)CO2。向混凝土內(nèi)部溶解擴(kuò)散的過程，與氣滲一樣均是氣體在混凝土中的滲透過程。因此，氣體滲透性對(duì)混凝土的碳化有顯著影響。所不同的是，氣滲是純粹的物理過程，碳化是水泥石中的水化產(chǎn)物與環(huán)境中的CO2 相互作用的一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程。
2．4．1 再生粗集料對(duì)再生混凝土碳化性能影響
圖5所示為未加摻合料時(shí)，再生粗集料摻量對(duì)再生混凝土碳化性能的影響。
由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，同氣滲結(jié)果一樣，隨著再生粗集料摻量的增加，再生混凝土在各個(gè)齡期內(nèi)的碳化深度均有不同程度的增大，即再生混凝土的抗碳化能力下降。原因是再生混凝土的孔隙率高，抗?jié)B性差。另外，再生混凝土的碳化速度隨碳化時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減小，其碳化的發(fā)展規(guī)律同普通混凝土一樣。
2．4．2 活性摻合料對(duì)再生混凝土碳化性能的影響
加入活性摻合料后，再生混凝土的碳化試驗(yàn)結(jié)果見表3。
由表3試驗(yàn)結(jié)果可見，當(dāng)再生粗集料摻量為40%和60%時(shí)，分別加入30%的礦渣和10%的鋼渣后，再生混凝土在各個(gè)齡期內(nèi)的碳化深度均明顯減小，表明在再生混凝土中摻活性摻合料可以提高再生混凝土的抗碳化能力。原因在于加入活性摻合料后，混凝土更加密實(shí)，C0 滲透能力下降。
4 結(jié)論
（1）應(yīng)用礦渣和高強(qiáng)度再生粗集料，可以配制出滿足施工技術(shù)要求，坍落度為180mm，28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到50MPa的礦渣再生集料混凝土。
（2）由于再生集料孔隙率大，吸水率高，再生混凝土的坍落度隨再生集料的增加而降低，摻加活性摻合料可有效改善再生混凝土的工作性。
（3）再生粗集料摻量的增加，使再生混凝土內(nèi)集料 漿體界面結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，界面數(shù)量增加，因此，再生混凝土的抗氣性和抗?jié)B碳化能力較普通混凝土差。
（4）摻合料的微集料填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)可以降低再生混凝土中硬化漿體孔隙率，改善再生混凝土的孔隙特征，從而大幅度提高再生混凝土的抗氣滲性和抗碳化能力。
（5）礦渣對(duì)再生混凝土氣滲性能改善效果最優(yōu)，粉煤灰次之，鋼渣最差，但摻入三種摻合料后，氣滲系數(shù)都明顯低于未加摻合料的再生混凝土的氣滲系數(shù)。
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