再生混凝土抗凍性能研究現(xiàn)狀

鄔丹 鄭易 柳蘊(yùn) 焦寶宇

【摘 ?要】論文在廣泛查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)再生混凝土抗凍性從研究方法和研究成果方面進(jìn)行了分析和總結(jié)，旨在尋找提高再生混凝土抗凍性能的技術(shù)措施，以期促進(jìn)再生混凝土在寒帶地區(qū)的應(yīng)用，并對(duì)今后的相關(guān)研究提出建議。

【Abstract】On the basis of extensively consulting domestic and foreign literature， this paper analyzes and summarizes the frost resistance of recycled concrete from the aspects of research methods and results， aiming to find technical measures to improve the frost resistance of recycled concrete， so as to promote the application of recycled concrete in cold regions， and puts forward some suggestions for future related research.

【關(guān)鍵詞】再生混凝土;抗凍性;凍融循環(huán)

【Keywords】recycled concrete; frost resistance; freeze-thaw cycle

【中圖分類號(hào)】TU528 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2021）07-0181-02

1 引言

隨著政府提倡并日益普及的“垃圾分類”新風(fēng)尚，將廢舊建筑垃圾回收重新作為骨料生產(chǎn)的再生混凝土既可變廢為寶又能降低成本，這種再生混凝土若能廣泛使用則會(huì)大幅提升經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。與天然骨料相比，再生骨料存在孔隙率比較大、微裂紋相對(duì)多的特點(diǎn)，導(dǎo)致再生混凝土的耐久性[2]與強(qiáng)度都與同條件下的普通混凝土具有一定差距。我國(guó)北方地區(qū)的建筑物基本上都面臨著遭受凍害的問(wèn)題，抗凍性是混凝土耐久性中最重要的問(wèn)題之一。

2 再生混凝土抗凍性能的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

目前，對(duì)于混凝土抗凍性能的檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)部門(mén)都制定了相關(guān)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，例如，美國(guó)的ASTM C666-86和ASTM C666-86，蘇聯(lián)的FOCTL006標(biāo)準(zhǔn)，歐洲地區(qū)則以RILEM TC4-CDCI-77為代表[3]。我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)部門(mén)，如水利水電、建筑工程等行業(yè)制定的測(cè)量混凝土抗凍性的相關(guān)規(guī)范主要有快凍法和慢凍法這2種方法。國(guó)內(nèi)主要依據(jù)《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行混凝土的抗凍性試驗(yàn)。慢凍法是對(duì)混凝土立方體試件進(jìn)行氣凍水融試驗(yàn)，以試件經(jīng)受的最大凍融循環(huán)次數(shù)來(lái)表示混凝土的抗凍性能的好壞?？靸龇ㄊ菍⒒炷晾庵w試件進(jìn)行水凍水融的凍融循環(huán)試驗(yàn)，一次凍融循環(huán)應(yīng)在2～4h完成，在多次凍融循環(huán)后，當(dāng)混凝土試件的相對(duì)彈性模量下降為初始值的60%且質(zhì)量損失率小于5%時(shí)，用最大的快速凍融循環(huán)次數(shù)表示混凝土的抗凍性。由于混凝土在凍融循環(huán)的環(huán)境中產(chǎn)生的開(kāi)裂破壞是混凝土內(nèi)部受到拉力才產(chǎn)生的開(kāi)裂，所以混凝土在凍融環(huán)境中對(duì)抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度更加敏感，而在慢凍法中卻采用抗壓強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的抗凍性，顯然是不合理的。而快凍法在測(cè)量混凝土試件抗凍性時(shí)，由于試件的降溫速度要比實(shí)際施工環(huán)境中快得多，得出的試驗(yàn)結(jié)果往往不能直接推廣到實(shí)際工況中。目前，學(xué)者的研究以快凍法為主，但是想得到能夠指導(dǎo)實(shí)際工況的試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)該尋求更加適合評(píng)價(jià)混凝土抗凍性能的試驗(yàn)方法。

3 再生混凝土抗凍性能的影響因素

3.1 再生粗骨料取代率及品質(zhì)的影響

高翔使用快凍法分別對(duì)再生粗骨料取代率為0、12.5%、25%、37.5%、50%的再生粗骨料混凝土進(jìn)行了抗凍性能測(cè)試試驗(yàn)。

不同再生粗骨料取代率的再生混凝土在經(jīng)過(guò)最大120次凍融循環(huán)后，圖1顯示隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，再生混凝土的質(zhì)量損失率越來(lái)越大，而由于再生粗骨料的空隙率較天然骨料要大得多，所以再生粗骨料的取代率越大，抗凍性能越差。由圖2可知，相對(duì)彈性模量隨再生骨料的增大也呈下降趨勢(shì)。在經(jīng)過(guò)120次最大凍融循環(huán)后，再生骨料取代率為12.5%的再生混凝土的相對(duì)彈性模量與天然骨料混凝土的相對(duì)彈性模量接近，可見(jiàn)在較低的再生骨料取代率下，再生混凝土的抗凍性能和天然骨料混凝土相差無(wú)幾。但粗骨料取代率為50%時(shí)，再生混凝土的抗凍性能明顯變差。

謝靜靜等使用快速凍融法對(duì)再生粗骨料取代率分別為0%、30%、40%、50%、60%、70%的再生粗骨料混凝土進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，由于粗骨料中較多的微小空隙吸收了大量的游離水，所以在進(jìn)行凍融循環(huán)時(shí)會(huì)彌補(bǔ)混凝土質(zhì)量上的損失，但隨著凍融循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)的增加，膨脹應(yīng)力不斷積累，導(dǎo)致混凝土表皮剝落，從而使質(zhì)量驟減，50次凍融試驗(yàn)后質(zhì)量損失率增大。

王欣等為研究再生骨料品質(zhì)對(duì)再生混凝土抗凍性的影響，先是將再生骨料按品質(zhì)好壞分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ這3個(gè)等級(jí)，再選取粒徑5.0～31.5mm的再生骨料制作成100mm×100mm×100mm的混凝土試件并測(cè)量了7d和28d的再生混凝土強(qiáng)度，得出再生骨料的添加使混凝土強(qiáng)度降低且骨料品質(zhì)越差強(qiáng)度越低。之后對(duì)再生混凝土試件進(jìn)行了凍融循環(huán)試驗(yàn)，結(jié)果表明，再生骨料質(zhì)量對(duì)再生混凝土抗凍性影響顯著，質(zhì)量等級(jí)越差抗凍性越差。此外，對(duì)于同種再生骨料，其粗骨料取代率越高，再生混凝土抗凍性越差。

綜上，再生混凝土拌合加工時(shí)，再生粗骨料的表面有許多水泥固體雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)與新的水泥漿形成大量的微裂縫和空隙，使再生混凝土產(chǎn)生缺陷。在進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，空隙中的水結(jié)冰膨脹，再生混凝土的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)因縫隙的擴(kuò)大而破壞，從而使再生混凝土的抗凍性降低。所以選用合適取代率的高品質(zhì)再生骨料會(huì)對(duì)再生混凝土的抗凍性有很大提高作用。

3.2 水灰比及外加劑的影響

覃銀輝研究發(fā)現(xiàn)，摻入適量的YJ-4型防凍劑能夠提高再生混凝土在凍融試驗(yàn)后的抗壓強(qiáng)度，如表1所示。當(dāng)防凍劑摻量為1%時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度最高，摻量再大，強(qiáng)度有所降低。但由于再生混凝土受凍后的強(qiáng)度受多方面因素影響，防凍劑摻量在1%以下時(shí)其摻量對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響有待進(jìn)一步研究。因此，考慮防凍劑摻量時(shí)需同時(shí)考慮其對(duì)再生混凝土強(qiáng)度的影響。

陳德玉、譚克鋒也通過(guò)試驗(yàn)研究了水灰比和外加劑對(duì)再生混凝土抗凍性能的影響，當(dāng)w/c低于0.28時(shí)，再生混凝土的抗凍性達(dá)到高強(qiáng)再生混凝土的標(biāo)準(zhǔn)。而當(dāng)w/c為0.42～0.56時(shí)，需要加入外加劑來(lái)提高再生混凝土的強(qiáng)度。所以我們認(rèn)為當(dāng)w/c低于0.28時(shí)，再生混凝土的抗凍性能夠滿足基本的施工要求。

3.3 纖維的影響

陳愛(ài)玖、王靜等采用正交分析的研究方法研究了摻入不同種纖維（聚丙烯纖維、鋼纖維）對(duì)再生混凝土抗凍性能的影響。在試驗(yàn)過(guò)程中采用快凍法進(jìn)行試驗(yàn)，并通過(guò)測(cè)量經(jīng)過(guò)最大150次凍融循環(huán)后試件的相對(duì)彈性模量和質(zhì)量損失率作為評(píng)定混凝土抗凍性的指標(biāo)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析后，得到選用銑削波紋型鋼纖維時(shí)的再生混凝土的抗凍性要好于摻入聚丙烯纖維的再生混凝土。纖維能夠在混凝土中形成亂向結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強(qiáng)混凝土內(nèi)部的約束力，抵消一部分膨脹應(yīng)力，減小再生混凝土在凍融循環(huán)中的變形，抑制裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，從而提升再生混凝土的強(qiáng)度和抗凍性能。

4 提高再生混凝土抗凍性能的措施

基于以上國(guó)內(nèi)外關(guān)于再生混凝土抗凍性能的研究成果，歸納出以下再生混凝土施工時(shí)提高其抗凍性能的措施：①優(yōu)選原材料，選取質(zhì)量和級(jí)配良好的再生骨料并合理控制再生骨料取代率。②控制水灰比。研究表明，當(dāng)w/c在0.28左右時(shí)，即使不添加任何外加劑，再生混凝土的抗凍性能也能滿足要求。③摻入引氣型外加劑。④摻入性能良好的礦物摻合料。大量試驗(yàn)研究表明，加入陶粒、粉煤灰、硅灰等礦物摻合料可使再生混凝土的抗凍性能有很大提高。⑤加強(qiáng)對(duì)再生混凝土的養(yǎng)護(hù)。再生混凝土的抗凍性會(huì)隨水泥水化的程度而變化，養(yǎng)護(hù)的時(shí)間越長(zhǎng)，水泥的水化程度越高，抗凍性能越好。

5 結(jié)論及發(fā)展方向

抗凍性是再生混凝土耐久性能評(píng)價(jià)的一個(gè)重要內(nèi)容，是目前我國(guó)北方地區(qū)工程中急需解決的問(wèn)題。本文根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)再生混凝土抗凍性的研究和相關(guān)資料，通過(guò)對(duì)比其試驗(yàn)方法和研究成果，總結(jié)得出如下結(jié)論和發(fā)展方向：①再生混凝土若想在寒區(qū)廣泛使用，必須提高其抗凍耐久性，需要仔細(xì)控制的因素主要有再生骨料的質(zhì)量和摻量、水灰比、外加劑和礦物摻合料等。②已有的研究多是通過(guò)將再生混凝土的抗凍性與普通混凝土的抗凍性進(jìn)行對(duì)比來(lái)評(píng)價(jià)。多數(shù)學(xué)者采用質(zhì)量損失率和相對(duì)彈性模量變化率來(lái)評(píng)價(jià)其抗凍性，但由于試驗(yàn)材料、方法和研究方式不同，得到的結(jié)果并不統(tǒng)一，有的結(jié)果間甚至差異很大，因此，需要將其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化、試驗(yàn)方法規(guī)范化。③對(duì)于凍融環(huán)境中再生混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的研究目前多數(shù)是對(duì)其進(jìn)行靜荷載加載研究，而動(dòng)荷載作用下的研究成果有待進(jìn)一步探討。

【參考文獻(xiàn)】

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【3】高翔.骨料添加對(duì)再生混凝土抗凍性能的影響[J].粉煤灰綜合利用，2019（2）：39-41+45.