富含磚粒再生骨料混凝土的耐久性試驗(yàn)研究

舒 倩，姜新佩，董云婷

富含磚粒再生骨料混凝土的耐久性試驗(yàn)研究

舒 倩，姜新佩，董云婷

(河北工程大學(xué) 水利水電學(xué)院，河北 邯鄲 056000）

用富含40%～50%磚粒的再生粗骨料配制再生混凝土，采用滲水高度法和電通量法，分析不同再生骨料取代率和粉煤灰取代率與再生混凝土抗水滲透性以及抗氯離子滲透性的關(guān)系，得出抗?jié)B透性最好的再生骨料取代率。然后，在最優(yōu)再生骨料取代率的情況下，采用快速凍融法研究粉煤灰取代率對(duì)再生混凝土的抗凍融性能的影響，并與普通混凝土進(jìn)行比較。結(jié)果表明：富含磚粒的再生混凝土的抗?jié)B透性能比普通混凝土弱，再生骨料取代率的增加會(huì)降低其抗?jié)B透性，磚粒類再生骨料取代率為40%的再生混凝土抗?jié)B透性能最好；粉煤灰對(duì)再生混凝土具有改性作用，粉煤灰摻量為20%時(shí)，再生混凝土的抗?jié)B透性能以及抗凍融性能均最佳；適當(dāng)取代率下，再生混凝土的抗凍等級(jí)能夠達(dá)到D100。

磚粒；再生混凝土；耐久性；粉煤灰；滲透性；抗凍融性

現(xiàn)今，我國(guó)建筑行業(yè)不斷高速發(fā)展，大量建筑垃圾產(chǎn)生的同時(shí)，建筑材料資源出現(xiàn)嚴(yán)重匱乏，兩者矛盾越來(lái)越突出。因此，將建筑垃圾破碎成再生骨料制備再生混凝土成為了工程界研究熱點(diǎn)之一。由于再生骨料表面包裹著舊水泥砂漿，內(nèi)部存在大量的細(xì)微裂縫，具有吸水率高、壓碎指標(biāo)高、孔隙率大等特點(diǎn)，使得再生混凝土的耐久性問(wèn)題更為復(fù)雜［1］。目前，大多數(shù)研究者主要致力于由廢棄混凝土制成的再生混凝土的耐久性研究方面上［2-8］。然而，在我國(guó)北方，拆除的建筑物大多為磚混結(jié)構(gòu)，碎磚含量達(dá)到了30%以上。目前，對(duì)磚粒類骨料再生混凝土的研究較少，對(duì)其耐久性的研究更是缺乏?；诖吮疚难芯苛嗽偕橇先〈室约胺勖夯覔搅繉?duì)磚粒類再生混凝土的抗水滲透性以及抗氯離子滲透性的影響。同時(shí)，對(duì)同一再生骨料取代率的再生混凝土進(jìn)行抗凍融試驗(yàn)，研究粉煤灰取代率對(duì)其抗凍融性的影響。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥為太行山牌42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；天然細(xì)骨料為普通河砂，其細(xì)度模數(shù)為2.67，屬于中砂；天然粗骨料采用5～25 mm連續(xù)級(jí)配的天然碎石；再生粗骨料由邯鄲全有生態(tài)公司將建筑垃圾破碎加工而成，含有40%～50%磚粒，其粒徑范圍為5～25 mm，均勻級(jí)配；粉煤灰為Ⅰ級(jí)粉煤灰；拌和水為自來(lái)水；減水劑采用山東濟(jì)南萬(wàn)山化工有限公司生產(chǎn)的奈系高效減水劑，摻量為水泥用量的0.8%，減水率約為25%。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

本次試驗(yàn)根據(jù)JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》和GB/T50082-2009《混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》配制強(qiáng)度等級(jí)為C35的再生混凝土，研究再生粗骨料取代率(α=0、40%、50%、60%)，粉煤灰取代率(β=0、10%、20%、30%)與富含磚粒再生混凝土的抗水滲透性、抗氯離子滲透性的關(guān)系。同時(shí)，固定抗?jié)B透性最優(yōu)的再生骨料取代率，研究粉煤灰取代率(β=0、10%、20%、30%)對(duì)再生混凝土抗凍融耐久性能的影響。其中，抗水滲透試驗(yàn)采用滲水高度法，抗氯離子滲透試驗(yàn)采用電通量法，抗凍融性試驗(yàn)采用快速凍融法。在設(shè)計(jì)配合比時(shí)，由于再生粗骨料含有較多吸水率高的磚粒以及砂漿塊，需考慮其附加用水量。在本次試驗(yàn)中，附加用水量根據(jù)張學(xué)兵［9］提出的公式計(jì)算得出，再生混凝土附加用水量和試驗(yàn)配合比見表1、表2。

表1 再生混凝土附加用水量Tab.1 Additional water of recycled concrete

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 抗水滲透性試驗(yàn)

滲水高度值與再生骨料取代率，粉煤灰取代率的關(guān)系如圖1所示。

2.1.1 富含磚粒再生粗骨料取代率對(duì)抗水滲透性的影響

由圖1可以看出，隨著再生粗骨料取代率的增加，滲透高度基本上呈逐漸升高的趨勢(shì)。當(dāng)粉煤灰摻量不為零時(shí)，雖然再生骨料取代率為40%的再生混凝土的滲透高度比普通混凝土高，但都比較接近；而當(dāng)再生骨料取代率超過(guò)40%時(shí)，再生混凝土滲水高度比普通混凝土高出了39.4%～91%，抗水滲透性快速降低且比普通混凝土差。由此可以看出，40%再生骨料的再生混凝土的抗?jié)B性最好，但仍低于普通混凝土。

表2 再生混凝土試驗(yàn)配合比Tab.2 Proportion design of recycled concrete

圖1 再生混凝土滲水高度值Fig.1 Height of water penetration of recycled concrete

再生混凝土的抗水滲透性低于普通混凝土的原因，主要是再生骨料中的碎磚及砂漿塊在破碎過(guò)程中存在許多裂紋，具有較多孔隙，隨著磚粒類骨料取代率的增加，在混凝土內(nèi)部形成了更多的吸水通道，因而降低了其抗水滲透性。然而，在未摻粉煤灰情況下，再生骨料取代率為40%時(shí)，再生混凝土滲水高度低于普通混凝土，其原因則只能源于混凝土的“內(nèi)養(yǎng)護(hù)效應(yīng)”作用［10］。由于再生骨料含有大量高吸水率的磚粒，養(yǎng)護(hù)時(shí)吸收了更多的水分，在混凝土硬化時(shí)，在基體濕度壓力差作用下，使界面區(qū)域內(nèi)的水泥水化更充分，減少了孔隙率，在適當(dāng)?shù)拇止橇先〈氏?，再生混凝土的“?nèi)養(yǎng)護(hù)效應(yīng)”作用明顯大于再生混凝土孔隙率的作用，從而提高了抗?jié)B性。

2.1.2 粉煤灰摻量對(duì)抗水滲透性的影響

摻入適量的粉煤灰能夠使富含磚粒的再生混凝土的滲水高度降低，提高其抗水滲透性能。摻粉煤灰后再生混凝土的滲水高度比不摻時(shí)降低了9.8%～22.6%。隨著粉煤灰摻量的增加，再生混凝土的抗水滲透能力先提高后降低，粉煤灰摻量為20%時(shí)，再生混凝土的抗?jié)B性最強(qiáng)，這與吳相豪［11］等研究結(jié)果相似，并且在相同骨料取代率下，最高提高了約20%。當(dāng)粉煤灰摻量為30%時(shí)，再生混凝土的抗水滲透性能開始降低，但差別不大。

由于粉煤灰的二次反應(yīng)能吸收混凝土空隙中的水，再生混凝土的孔隙率降低，使其密實(shí)度得到提高，從而改善了抗水滲透性能。但隨著粉煤灰摻量的加大，粉煤灰的二次反應(yīng)速度很慢，大量未水化的粉煤灰使得孔隙率增加，從而導(dǎo)致抗水滲透性能開始出現(xiàn)降低情況。

2.2 抗氯離子滲透性試驗(yàn)

2.2.1 富含磚粒再生粗骨料取代率對(duì)抗氯離子滲透性的影響

由圖2可知，再生混凝土氯離子滲透性隨著骨料取代率的增加而增強(qiáng)，抗氯離子滲透性能逐漸降低，并且低于普通混凝土。相同粉煤灰摻量下，再生骨料取代率越大，其電通量增加幅度越大，最高增加幅度為10.3%，抗氯離子滲透性能降低越明顯。當(dāng)取代率為40%，再生混凝土的電通量最低，抗氯離子滲透性能最強(qiáng)。

2.2.2 粉煤灰摻量對(duì)抗氯離子滲透性的影響

試驗(yàn)結(jié)果顯示，摻入粉煤灰能改善再生混凝土的抗氯離子滲透性能，再生混凝土的電通量比不摻時(shí)降低了5.2%～13.3%，普通混凝土的電通量比不摻時(shí)降低了2.5%～6.8%。再生混凝土的抗氯離子滲透性隨著粉煤灰摻量的增加呈先提高后降低的趨勢(shì)，這與粉煤灰對(duì)抗水滲透性的影響效果一致。粉煤灰對(duì)再生混凝土氯離子滲透性的影響機(jī)理與水滲透性相似。同時(shí)，粉煤灰能夠在水泥水化生成的Ca(OH)2的激發(fā)下，生成大量的鋁酸鹽和衍生物，并和氯離子反應(yīng)生成單氯鋁酸鈣［11］，當(dāng)粉煤灰摻量適當(dāng)時(shí)，可以有效地?cái)U(kuò)大粉煤灰結(jié)合氯離子的有效面積，加強(qiáng)了再生混凝土吸附氯離子的能力，從而提高其抗氯離子滲透性能。

圖2 再生混凝土電通量值Fig.2 Electric flux of recycled concrete

2.3 抗凍融性試驗(yàn)

從富含磚粒再生混凝土的滲透性試驗(yàn)可知，再生骨料取代率為40%時(shí)抗?jié)B透性最好，在此情況下，對(duì)再生骨料取代率為40%的再生混凝土進(jìn)行抗凍融試驗(yàn)，研究粉煤灰取代率對(duì)其抗凍融性的影響，并與普通混凝土進(jìn)行比較。質(zhì)量損失率、相對(duì)動(dòng)彈性模量損失率見圖3、圖4。

2.3.1 粉煤灰摻量對(duì)富含磚粒再生混凝土質(zhì)量損失率的影響

由圖3可知，普通混凝土與再生混凝土在凍融過(guò)程中，隨著凍融次數(shù)的增加，質(zhì)量均存在先增加后降低的現(xiàn)象。當(dāng)未摻入粉煤灰時(shí)，普通混凝土與再生混凝土均在凍融次數(shù)為50次時(shí)，質(zhì)量損失開始增加；摻入粉煤灰時(shí)，當(dāng)凍融次數(shù)達(dá)到50次時(shí)，普通混凝土質(zhì)量開始降低，而再生混凝土質(zhì)量仍在增加。同時(shí)，摻入粉煤灰能夠改善再生混凝土的抗凍融性，摻粉煤灰后再生混凝土的質(zhì)量損失率比不摻時(shí)最高減少了42.8%，隨著粉煤灰取代率的增加，再生混凝土的質(zhì)量損失先減少后增加。再生混凝土的質(zhì)量損失率在粉煤灰取代率為20%時(shí)最低，并且比較接近未摻入粉煤灰的普通混凝土，抗凍融性能最好。

在凍融初期，再生混凝土與普通混凝土的質(zhì)量均有所增加，這可能主要是因?yàn)閮鋈谇盎炷羶?nèi)部不相通的孔隙經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的凍融后變得相互連通，增加了混凝土的吸水量，同時(shí)，混凝土表面未出現(xiàn)浮渣或者水泥漿剝落等現(xiàn)象，隨著吸水量的增加，導(dǎo)致了混凝土質(zhì)量的增加。而在凍融后期，混凝土試件表面開始出現(xiàn)浮渣，水泥漿剝落，從而質(zhì)量又開始降低。再生混凝土質(zhì)量增加率大于普通混凝土，主要是因?yàn)楦缓u粒骨料的吸水率遠(yuǎn)大于天然骨料，使其吸水量更多。

圖3 質(zhì)量損失率Fig.3 Loss rate of mass

圖4 相對(duì)動(dòng)彈性模量損失率Fig.4 Loss rate of relative dynamic elastic modulus

2.3.2 粉煤灰摻量對(duì)富含磚粒再生混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量損失率的影響

由圖4可以看出，隨著凍融次數(shù)的增加，再生混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量損失率逐漸增加，損失率大于普通混凝土，且凍融次數(shù)大于75次時(shí)更明顯。摻入粉煤灰能夠改善再生混凝土的抗凍融性，隨著粉煤灰取代率增加，相對(duì)動(dòng)彈性模量損失率先減少后增加，粉煤灰摻量為20%時(shí)，相對(duì)動(dòng)彈性模量損失率最少，比不摻粉煤灰時(shí)減少了27.5%，當(dāng)取代率為30%，相對(duì)動(dòng)彈性模量損失率又開始增加，再生混凝土的抗凍融性有所下降，這與質(zhì)量損失率相似。另外，與普通混凝土相比，再生混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量損失率的增加速率明顯大于普通混凝土，但當(dāng)凍融次數(shù)達(dá)到100次時(shí)，相對(duì)動(dòng)彈性模量損失率仍未超過(guò)規(guī)范要求。

3 結(jié)論

1)富含磚粒再生混凝土的耐久性能弱于普通混凝土。

2)隨著富含磚粒類再生骨料取代率的增加，再生混凝土的抗水滲透性及抗氯離子滲透性均逐漸降低，再生骨料取代率為40%時(shí)，抗?jié)B透性最好。

3)富含磚粒再生混凝土的抗?jié)B透能力和抗凍融能力均隨著粉煤灰摻量的增加先提高后降低，粉煤灰的最佳摻量為20%。

4)富含磚粒再生混凝土的抗凍融性能比普通混凝土差，但再生骨料取代率為40%的再生混凝土抗凍融等級(jí)能夠達(dá)到D100。同時(shí)，對(duì)于評(píng)價(jià)再生混凝土的的抗凍融性能，質(zhì)量損失率評(píng)價(jià)效果沒(méi)有相對(duì)動(dòng)彈性模量損失率好，應(yīng)考慮從強(qiáng)度損失率方面來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

[1]徐寶維.混凝土抗?jié)B性能及檢驗(yàn)方法研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2007.

[2]張大長(zhǎng)，徐恩祥，周旭洋.再生混凝土抗?jié)B性能的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2010(9)：65-67.

[3]MANDAL S，GUPTA A.Strength and durability of recycled aggragate concrete[C]//IABSE Symposium Report.International Association for Bridge and Structural Engineering，2002：33-46.

[4]ROUMIANNA Z，F(xiàn)RANCOIS B.Assessment of the surface permeation properties of recycled aggregate concrete[J]. Cement and Concrete Composites，2003，25(2)：223-232.

[5]吳相豪，岳鵬君.再生混凝土中氯離子滲透性能試驗(yàn)研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2011 (3)：381-384.

[6]韋慶東，孫 俊，黃沛增，等.再生骨料對(duì)混凝土的抗氯離子滲透性能影響[J].混凝土，2014(12)：101-104.

[7]尹興偉，吳相豪.礦物摻合料對(duì)再生混凝土抗凍性影響的試驗(yàn)研究[J].混凝土，2012(8)：90-93.

[8]陳愛(ài)玖，章 青，王 靜，等.再生混凝土凍融循環(huán)試驗(yàn)與損傷模型研究[J].工程力學(xué)，2009(11)：102-107.

[9]張學(xué)兵，鄧壽昌.再生混凝土單位體積用水量的實(shí)驗(yàn)研究[J].混凝土，2004(10)：38-40.

[10]黃 瑩.再生粗骨料對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響機(jī)理研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2012.

[11]吳相豪，聶勁庭.粉煤灰再生混凝土中氯離子滲透性能試驗(yàn)研究[J].粉煤灰綜合利用，2010(5)：3-5.

（責(zé)任編輯 王利君）

Experimental study on durability of recycled concrete with brick coarse aggregates

SHU Qian, JIANG Xinpei, DONG Yunting

(College of Water Conservancy and Hydropower, Hebei University of Engineering, Hebei Handan,056000,China)

The recycled concrete is made of recycled coarse aggregates rich in 40% ～ 50% brick aggregates. And the water penetration height method and electric flux method are used in the test to investigate the effects of the replacement rate of brick coarse aggregate and fly ash on the water permeability and chloride ion penetration and further to find out the best replacement rate. Then, the rapid frozen thaw method is used to investigate the effects of the replacement rate. The results show that the impermeability of recycled concrete is lower than that of ordinary concrete. With the increase of the replacement rate, the impermeability of recycled concrete becomes lower. The fly ash has the modification effects on recycled concrete. The penetration resistance and freeze-thaw resistance performance of recycled concrete are the best when the replacement of cement with fly ash is 20%. Under the appropriate replacement ratio, the frost resistant grade of recycled concrete can reach the D100.

brick aggregate;recycled concrete;durability; fly ash;permeability; freeze-thaw resistance

TU528.04

A

1673-9469（2017）01-0043-05

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.01.010

2016-10-18 特約專稿

河北省科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（15273609D）

舒倩（1989-），女，四川廣安人，碩士，主要研究方向?yàn)樗そY(jié)構(gòu)。