建筑垃圾界面膜化及摻量對(duì)混凝土抗凍性的影響

李如超,張晨曦,王愛勤

(1.中原工學(xué)院,鄭州450007;2.河南省城鄉(xiāng)建筑設(shè)計(jì)院有限公司,鄭州450003)

建筑垃圾界面膜化及摻量對(duì)混凝土抗凍性的影響

李如超1,張晨曦2,王愛勤1

(1.中原工學(xué)院,鄭州450007;2.河南省城鄉(xiāng)建筑設(shè)計(jì)院有限公司,鄭州450003)

研究了不同的垃圾砂摻量和處理方式對(duì)混凝土抗凍性的影響.試驗(yàn)結(jié)果表明,用經(jīng)過處理的垃圾砂制作的混凝土試塊在抗凍性方面有提高,動(dòng)彈模量可以提高10%以上,而質(zhì)量損失明顯減小.

建筑垃圾;界面膜化;抗凍性

近年來,世界建筑業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展階段,混凝土作為最大宗的人造材料對(duì)自然資源的占用及對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響也引發(fā)了可持續(xù)發(fā)展問題的討論.世界每年拆除的廢舊混凝土、新建建筑產(chǎn)生的廢棄混凝土以及混凝土工廠、預(yù)制構(gòu)件廠排放的廢棄混凝土的數(shù)量是巨大的.我國(guó)每年拆除建筑垃圾4 000萬t[1],新建房屋產(chǎn)生建筑垃圾4 000萬t[2],今后建筑垃圾的產(chǎn)生量還會(huì)增多.如此巨量的建筑垃圾除處理費(fèi)用驚人外,還需要占用大量的空地存放,污染環(huán)境、浪費(fèi)耕地,成為城市的一大公害,因此如何處理建筑垃圾的問題將更趨嚴(yán)峻[3].

在對(duì)建筑垃圾的利用中,用建筑垃圾制備的再生骨料相對(duì)天然骨料來說性質(zhì)不穩(wěn)定,且性能較差;為了更好地利用再生骨料,就必須對(duì)再生骨料的性質(zhì)進(jìn)行深入研究,本文主要研究其抗凍性能.

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)儀器

1.1 試驗(yàn)原材料

(1)再生集料:原強(qiáng)度為C30的混凝土經(jīng)破碎后粒徑小于5 mm的再生集料(含有部分磚塊);

(2)水泥:標(biāo)號(hào)為425的普通硅酸鹽水泥(其化學(xué)組成見表1);

(3)天然細(xì)集料:天然河砂,細(xì)度模數(shù)2.90連續(xù)級(jí)配;

(4)水:純凈水;

(5)天然粗集料:石子(粒徑>10 mm);

(6)粉煤灰:取自某電廠的Ⅲ級(jí)粉煤灰(其化學(xué)組成見表1);

(7)建筑垃圾:取自某高校外被拆除建筑.

表1 水泥及粉煤灰的化學(xué)成分%

處理再生集料所用的膜的組成為:①水泥:42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥;②粉煤灰;③水:純凈水;④高效減水劑;⑤二水石膏;⑥膠粉;⑦纖維素醚.各成分配比如表2所示.

表2 膜的組成配比%

混凝土的配合比往往直接地影響到混凝土的力學(xué)性能.為了保證再生混凝土澆注時(shí)的工作流動(dòng)性和養(yǎng)護(hù)成型后的強(qiáng)度,此次再生混凝土試驗(yàn)設(shè)計(jì)的配合比為水泥:水:集料=1:0.4:3.0,其中集料為再生集料和天然砂的總和.根據(jù)取代率的不同,將試樣分為6組,如表3所示.

表3 抗凍試塊配合比計(jì)算g

1.2 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器有JJ-5行星式水泥膠砂攪拌機(jī)、ZS-15型水泥膠砂振實(shí)臺(tái)、YH-40B型標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱、101-A電熱鼓風(fēng)干燥箱、M P12001電子天平、100 mm×100 mm×400 mm的鋼質(zhì)試模、D T-W 18型動(dòng)彈系數(shù)模量測(cè)試儀、NJW-HDK-9型微機(jī)全自動(dòng)砼快速凍融試驗(yàn)機(jī).

2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)參照規(guī)范進(jìn)行,將部分再生集料浸泡在試驗(yàn)要求濃度的溶液中,1 d后取出并晾干.混凝土用機(jī)械攪拌,成型的抗凍試塊尺寸為100 mm×100 mm×400 mm,成型后經(jīng)振實(shí)臺(tái)振實(shí),24 h后拆模.將試塊放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(溫度(20±3)℃,相對(duì)濕度90%以上)養(yǎng)護(hù)到24 d時(shí)取出,再在水中浸泡4 d,使之達(dá)到飽水狀態(tài),將試塊表面擦干,放入凍融試驗(yàn)機(jī)內(nèi),進(jìn)行凍融試驗(yàn).測(cè)試其25、50、75、100次凍融循環(huán)的相對(duì)動(dòng)彈模和失重,直至試塊凍融破壞,即失重達(dá)到5%以上,或者動(dòng)彈模下降到60%以下.

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

表4所示為將處理或未處理的再生集料與天然砂按不同比例混合制備的混凝土,其相對(duì)動(dòng)彈模量隨凍融循環(huán)次數(shù)變化的測(cè)試結(jié)果.

表5所示為將處理或未處理的再生集料與天然砂按不同比例混合制備的混凝土,其質(zhì)量損失率隨凍融循環(huán)次數(shù)變化的測(cè)試結(jié)果.

從上述試驗(yàn)結(jié)果中,我們可以發(fā)現(xiàn):

(1)對(duì)比D1與A 1兩組可知,用處理過的再生骨料配制的混凝土,比沒有處理的再生骨料混凝土,試塊的動(dòng)彈模量損失小,尤其當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)增加到75次、100次時(shí),其動(dòng)彈模量約增加12.5%～14%.

表4 不同凍融循環(huán)次數(shù)下不同配比試塊的相對(duì)動(dòng)彈模量%

表5 不同凍融循環(huán)次數(shù)下不同配比試塊的質(zhì)量損失率%

(2)A 1、C1、D1、F1四組的動(dòng)彈模量損失較迅速,且損失率較大;而B1和 E1兩組的動(dòng)彈模量損失較小,直到100個(gè)凍融循環(huán)完成時(shí)其動(dòng)彈模量損失仍未達(dá)到初始值的60%以下.這說明當(dāng)再生骨料與天然骨料混合時(shí),有利于提高混凝土的抗凍性能.

(3)摻有不同量再生骨料的混凝土在凍融循環(huán)的初期,其質(zhì)量都呈現(xiàn)出上升趨勢(shì),而到了后期,其破壞速度與初期的質(zhì)量增加率成正比.

3.2 結(jié)果分析

(1)再生混凝土由于再生骨料在破碎過程中形成了許多微裂縫,這使再生混凝土在硬化過程中形成的毛細(xì)孔通道會(huì)多于普通混凝土.在凍融試驗(yàn)中,由于曲率半徑減小,冰點(diǎn)降低,隨著溫度的下降,首先是混凝土較大孔隙中的水開始凍結(jié),隨后是較小孔隙中的水凍結(jié).雖然再生混凝土的孔隙率大于普通混凝土,但由于微孔增加,這能在一定程度上緩解水的凍脹力,因此,相對(duì)于純天然砂配制的混凝土C1和F1兩組試塊來說,用再生骨料生產(chǎn)的混凝土抗凍性能提高[4].

(2)關(guān)于B1和E1兩組試塊動(dòng)彈模量下降較小的原因,本試驗(yàn)認(rèn)為這是級(jí)配因素所致.在B1和 E1兩組試塊中,級(jí)配良好,雖然再生骨料本身有孔隙率大、吸水率大、裂縫較多、泥土含量較多等特點(diǎn),在一定程度上影響了其自振頻率和質(zhì)量損失率,但是良好的級(jí)配使得再生混凝土的密實(shí)度大大提高,從而抵消了以上諸因素帶來的不利影響.

(3)關(guān)于A 1和D1兩組試塊指標(biāo)跳躍幅度較大的原因,本試驗(yàn)認(rèn)為,在這兩組試塊中,由于再生骨料的摻量遠(yuǎn)大于其他幾組,而再生骨料本身的裂縫較多,造成吸水率較大,那么在同樣的水灰比的情況下,非毛細(xì)管中的有效水就相對(duì)減少了,故而造成水泥不能完全水化,于是降低了混凝土的動(dòng)彈模量、質(zhì)量損失率這2個(gè)指標(biāo).同時(shí),由于再生骨料的摻量較大,造成再生混凝土中的絕對(duì)空隙增加;又由于在凍脹過程中試塊處于浸水狀態(tài),當(dāng)裂縫因凍脹更加開展時(shí),新的水分會(huì)進(jìn)入到原有的裂縫中,這種現(xiàn)象越是到后期越嚴(yán)重.這也就是為什么到了后期這2項(xiàng)指標(biāo)的變化幅度明顯增大的原因.

(4)關(guān)于前一條所述的到了后期2項(xiàng)指標(biāo)的變化幅度明顯增大的原因,可能還有空氣泡的保護(hù)作用.再生骨料混凝土中的再生骨料四周包裹有原聲砂漿,這些砂漿中含有大量的氣泡,這些氣泡中不易進(jìn)水,因此發(fā)生凍脹的可能性并不大,因而這些氣泡能夠保持一定的伸縮性,這對(duì)于抗凍是有利的.但是到了后期,外界的水分進(jìn)一步進(jìn)入到裂縫中,使得裂縫進(jìn)一步開展,這樣就很有可能使得原來封閉的氣泡撕裂而與外界連通,而一旦這些氣泡與外界連通,則它的保護(hù)作用就消失了,因而到了后期試塊有破壞加速的傾向.

(5)由于再生骨料孔隙多、吸水率大,以及引入大量氣泡的原因,隨著凍融次數(shù)的增加,質(zhì)量損失率一直保持負(fù)值,當(dāng)試塊接近凍融破壞的時(shí)候,質(zhì)量損失率才開始轉(zhuǎn)變?yōu)檎?這表明混凝土表面已發(fā)生了明顯的剝蝕.

(6)在凍融循環(huán)次數(shù)較少時(shí),普通混凝土和再生骨料混凝土試塊的質(zhì)量均呈增加趨勢(shì),75次以后混凝土試塊質(zhì)量才開始減少,而且到后來下降的速度很快.這可能是由于再生骨料孔隙率大且具有初始的損傷,吸水率較高,再經(jīng)歷過多次的凍融循環(huán),就會(huì)形成內(nèi)部通道,水分由通道進(jìn)入混凝土內(nèi)部,使再生混凝土的質(zhì)量增加.一定時(shí)間以后,再生混凝土吸水達(dá)到飽和,此后再經(jīng)一定的凍融循環(huán)次數(shù),混凝土表層才開始剝落,試塊質(zhì)量開始減少.

(7)對(duì)再生骨料進(jìn)行膜化處理,有利于抗凍性能的提高.當(dāng)再生骨料與天然骨料合理配比時(shí),抗凍性能提高更為明顯.

4 結(jié) 語(yǔ)

混凝土在長(zhǎng)期的凍融下,非常容易遭到破壞,致使構(gòu)件表面產(chǎn)生剝落,從而大大影響了混凝土結(jié)構(gòu)正常的使用功能.混凝土的凍融破壞是一個(gè)極其復(fù)雜的過程,而且受許多因素的影響.隨著相關(guān)理論和試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展,我們應(yīng)更加深入、多角度地研究混凝土的凍融破壞機(jī)理.對(duì)此,我們應(yīng)該嚴(yán)格控制混凝土的配合比、拌制質(zhì)量、施工工藝方法并加入一些新型材料,以提高混凝土的抗凍性能.

[1]李佳彬,肖建莊,孫振平.再生粗骨料特性及其對(duì)再生混凝土性能的影響[J].建筑材料學(xué)報(bào),2004,7(4):390-395.

[2]江俊松,王澤云.淺析混凝土凍融破壞機(jī)理及提高混凝土抗凍性能的對(duì)策[J].四川建材,2008(5):6-7.

[3]陳愛玖,王靜,章青.再生粗估聊混凝土抗凍耐久性試驗(yàn)研究[J].新型建筑料,2008(12):1-2.

[4]王立久,汪振雙,崔正龍.再生混凝土抗凍耐久性試驗(yàn)及壽命預(yù)測(cè)[J].混凝土與水泥制品,2009(4):6-8.

Effect of Interfacial Membranization and Content of Conctruction Waste on Frost Resistance

L IRu-chao1,ZHANG Chen-xi2,WANG Ai-qin1
(1.Zhongyuan U niversity of Technology,Zhengzhou 450007;2.U rban&Rural Construction and Designing Institute of Henan Province Co.,L td,Zhengzhou 450003,China)

This paper’smain pourpose is to study the effect of different substitution rate and handling way on the frost resistance of recycled concrete.According to the experiment,the concrete made with the membernized construction waste hasa rise in frost resistance,and it hasa riseof 4%atmost in dynamic elasticmodulusand it hasa evidence decrease in mass.

construction waste;interfacialmembranization;frost resistance

TU 528

A

10.3969/j.issn.1671-6906.2011.03.009

1671-6906(2011)03-0038-03

2011-05-07

河南省政府決策招標(biāo)課題(B573);河南省教育廳自然科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2010B560020)

李如超(1989-),男,河南臺(tái)前人,本科生;指導(dǎo)教師:王愛勤(1958-),女,河北秦皇島人,教授,博士.