再生復(fù)合微粉對(duì)混凝土力學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu)的影響

劉 超, 胡天峰, 劉化威, 余偉航, 胡慧敏

(西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院, 陜西 西安 710055)

隨著中國城市化的快速發(fā)展,大量以廢舊混凝土和黏土磚為主的建筑拆除垃圾不斷產(chǎn)生.據(jù)統(tǒng)計(jì)[1],中國在2016年和2017年分別產(chǎn)生了16億t和18億t建筑拆除垃圾,預(yù)計(jì)2020年將產(chǎn)生50億t,在這些建筑垃圾中黏土磚的含量高達(dá)50%[2].然而，傳統(tǒng)的建筑垃圾處理方式以填埋為主,這種方式不僅未能充分利用廢棄資源,更為甚者還會(huì)造成環(huán)境及地下水的嚴(yán)重污染.因此,提出一種新型綠色的方式來處理大量的廢棄混凝土和黏土磚迫在眉睫.

有研究表明[3-4],利用廢棄黏土磚制備的磚粉具有良好的火山灰活性;磚粉中的非晶態(tài)SiO2、Al2O3會(huì)與水泥水化產(chǎn)物(CH)反應(yīng)生成硅酸鹽和鋁酸鹽水合物,而水化反應(yīng)過程中堿含量的消耗也有助于抑制堿-硅反應(yīng)所造成的危害[5].Lin等[6]研究發(fā)現(xiàn)，磚粉混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展緩慢,然而隨著水化齡期的增加,磚粉的火山灰活性逐步增強(qiáng),將產(chǎn)生大量凝膠體而進(jìn)一步提升磚粉混凝土的后期強(qiáng)度.鄭麗[7]研究了磚粉細(xì)度對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響,結(jié)果表明，在磚粉取代率為20%,細(xì)度從0.04mm增大到0.06mm和0.10mm時(shí),混凝土28d抗壓強(qiáng)度分別降低了4.25%和4.53%.

除了廢棄黏土磚之外,建筑垃圾中還含有相當(dāng)一部分廢棄混凝土,有關(guān)學(xué)者對(duì)廢棄混凝土粉進(jìn)行了相關(guān)研究.馮慶革等[8-9]發(fā)現(xiàn)加入廢棄混凝土粉對(duì)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量無影響,其含有的石灰石粉具有水化活性,可與水泥水化產(chǎn)物生成單碳鋁酸鈣,在廢棄混凝土粉摻量低于5%時(shí)對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度影響不大.Braga等[10-11]研究表明,相比于普通砂漿,摻加15%廢棄混凝土粉砂漿的28d抗壓強(qiáng)度提高30%,黏結(jié)強(qiáng)度提高6%,并且孔隙結(jié)構(gòu)得到細(xì)化,提高了砂漿密實(shí)性.

由當(dāng)前研究發(fā)現(xiàn),再生磚粉和再生混凝土粉均具有一定的反應(yīng)活性,然而對(duì)于二者混合后的復(fù)合微粉,當(dāng)其作為輔助性膠凝材料后對(duì)混凝土力學(xué)性能產(chǎn)生影響的微觀機(jī)理鮮有報(bào)道.鑒于此,本文對(duì)復(fù)合微粉的微觀形貌和化學(xué)組成進(jìn)行了分析,研究了復(fù)合微粉取代率、再生磚粉與再生混凝土粉質(zhì)量比對(duì)混凝土力學(xué)性能和工作性的影響;利用X射線衍射儀(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)復(fù)合微粉混凝土水化產(chǎn)物和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,揭示了復(fù)合微粉混凝土的水化特性.

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥(PC)為陜西省翼東水泥廠生產(chǎn)的盾石牌P·O42.5普通硅酸鹽水泥;細(xì)骨料(FS)為普通河砂,屬于級(jí)配良好的中砂,表觀密度為2.58g/cm3,細(xì)度模數(shù)為2.62;粗骨料(CS)為5～25mm連續(xù)級(jí)配碎石,表觀密度為2.66g/cm3,壓碎指標(biāo)為10.6%;外加劑(WR)選用陜西秦奮建材聚羧酸液體高效減水劑,減水率(質(zhì)量分?jǐn)?shù),本文涉及的減水率、摻量和比值等均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)或質(zhì)量比)為20%;拌和水(W)為西安市自來水;復(fù)合微粉為陜西建新環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的再生磚和再生混凝土粗骨料,經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎成粒徑為0.16～5mm的再生細(xì)骨料,最后用球研磨機(jī)根據(jù)不同時(shí)間段研磨成再生微粉并以不同質(zhì)量比混合成復(fù)合微粉.所用水泥(PC)、再生磚粉(BP)和再生混凝土粉(CP)的物理化學(xué)性質(zhì)如表1所示.

表1 水泥、再生磚粉和再生混凝土粉的化學(xué)組成和物理性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)配合比

混凝土配合比如表2所示,采用純水泥組作為普通組,研究復(fù)合微粉取代率R和再生磚粉與再生混凝土粉質(zhì)量比m(BP)∶m(CP)對(duì)混凝土性能的影響.復(fù)合微粉分別以0%、15%、30%、45%的取代率等質(zhì)量替代水泥,其中m(BP)∶m(CP)分別為8∶2 和6∶4.

表2 復(fù)合微粉混凝土配合比

1.3 試驗(yàn)方法

(1)微粉粒度測(cè)試：采用HELOS-BR-OM-RODO-S-T4-R4型激光粒度儀,測(cè)試再生磚粉和再生混凝土粉的粒徑大小和粒度分布.

(2)拌和物性能測(cè)試：根據(jù)GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,采用坍落度桶測(cè)量拌和物流動(dòng)性;根據(jù)GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規(guī)定,測(cè)試再生磚粉和再生混凝土粉的需水量比.

(3)混凝土強(qiáng)度測(cè)試：根據(jù)GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,將混凝土拌和物裝模后振動(dòng)成型,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件((20±2)℃、相對(duì)濕度RH≥95%)下,測(cè)試100mm×100mm×100mm混凝土立方體非標(biāo)準(zhǔn)試件7、28d抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度.其中CMP、OPC、CMPC分別表示復(fù)合微粉、普通混凝土、復(fù)合微粉混凝土.

(4)水化產(chǎn)物試驗(yàn)：取復(fù)合微粉和相同條件下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期的混凝土水化試樣,破碎后用乙醇終止水化,經(jīng)40℃干燥48h,研磨制備粉末樣品.采用D/MAX2200X射線衍射分析儀(XRD)表征樣品產(chǎn)物組成.

(5)微觀試驗(yàn)：取復(fù)合微粉和混凝土水化試樣干燥養(yǎng)護(hù),表面噴金鍍膜處理后采用Quanta600FEG型場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡(SEM)分析試樣的微觀結(jié)構(gòu)形貌.

2 結(jié)果與討論

2.1 微粉粒度及微觀形貌分析

圖1為再生磚粉和再生混凝土粉平均粒徑與研磨時(shí)間的關(guān)系.由圖1可見：隨著研磨時(shí)間的增加,這2種微粉的平均粒徑在前30min內(nèi)呈直線式下降,超過30min后其平均粒徑降低幅度趨緩,研磨效率較低.本試驗(yàn)為了達(dá)到最大限度地利用建筑拆除垃圾和節(jié)約能源的目的,最終選擇采用研磨10min 的再生磚粉和研磨30min的再生混凝土粉,二者粒徑范圍均為0.5～100μm.

圖1 微粉平均粒徑與研磨時(shí)間的關(guān)系Fig.1 Relationship between average particle size of micro-powders and grinding time

圖2、3為2種微粉的粒徑分布和頻度分布.由圖2、3可知：再生磚粉的中位粒徑、表面積平均粒徑、體積平均粒徑分別為18.56、6.17、25.89μm,大部分粒徑在25μm以內(nèi);再生混凝土粉的中位粒徑、表面積平均粒徑、體積平均粒徑分別為17.15、5.25、29.99μm,大部分顆粒在65μm以內(nèi).水泥的平均粒徑約18μm,由此可知再生磚粉和再生混凝土粉的整體顆粒細(xì)度略低于水泥.研究表明[12],粉煤灰中10μm以下的顆粒含量越多,其火山灰活性越高,而粒徑大于45μm時(shí)火山灰活性明顯降低.在本試驗(yàn)的再生磚粉和再生混凝土粉中,10μm以下顆粒含量分別達(dá)到了33.81%和39.46%;45μm以下顆粒含量分別達(dá)到了82.13%和73.69%,符合GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中Ⅱ級(jí)粉煤灰的粒度要求.

圖2 微粉的粒徑分布Fig.2 Particle size distribution of micro-powders

圖3 微粉的頻度分布Fig.3 Frequency distribution of micro-powders

圖4為復(fù)合微粉的SEM圖.由圖4可見,復(fù)合微粉顆粒結(jié)構(gòu)形貌粗糙且不規(guī)則,大部分呈不規(guī)則塊狀及片層狀,其粗糙表面有利于增加微粉與水泥漿之間的吸附力[13],使水泥漿更易滲透到復(fù)合微粉之中.同時(shí)在高倍數(shù)放大后可以觀察到微粉顆粒具有一定的解理面,進(jìn)而說明顆粒內(nèi)部含有部分易發(fā)生解理的礦物成分;同時(shí)也可清晰看到微粉具有一定的微孔隙,這些都會(huì)增加漿體流動(dòng)過程中的顆粒間內(nèi)摩阻力[1-2],進(jìn)而對(duì)混凝土的流動(dòng)性造成一定影響.

圖4 不同質(zhì)量比復(fù)合微粉的SEM圖Fig.4 SEM micrograph of composite micro-powders with different mass ratios

2.2 微粉X射線衍射分析

圖5為再生磚粉和再生混凝土粉的 XRD圖譜.由圖5可知：再生磚粉的主要礦物組成是石英(SiO2)、長石和赤鐵礦;再生混凝土粉的主要礦物相為方解石(CaCO3)、SiO2、水化產(chǎn)物氫氧化鈣(CH)以及未完全反應(yīng)的C2S.其中再生磚粉中具有一定火山灰活性的SiO2特征衍射峰強(qiáng)度較高,而再生混凝土粉中可促進(jìn)水泥成核效應(yīng)的鈣鋁酸鹽礦物成分和CaCO3衍射峰強(qiáng)度較高.CaCO3可與水泥水化產(chǎn)物生成碳鋁酸鹽,而碳鋁酸鹽的形成可阻礙三硫型水化硫鋁酸鈣(AFt)轉(zhuǎn)化為單硫型水化硫鋁酸鈣(AFm),有利于細(xì)化水泥漿體孔隙結(jié)構(gòu)[14].

圖5 再生磚粉和再生混凝土粉的XRD圖譜Fig.5 XRD patterns of BP and CP

2.3 復(fù)合微粉含量對(duì)混凝土工作性能的影響

各組試驗(yàn)用水量保持一致,混凝土在坍落度保持(90±10)mm時(shí)所需減水劑用量如圖6所示.由圖6可見：隨著復(fù)合微粉取代率的增加,復(fù)合微粉混凝土所需減水劑用量不斷增加;在m(BP)∶m(CP)=8∶2時(shí)的復(fù)合微粉混凝土所需減水劑用量明顯高于m(BP)∶m(CP)=6∶4時(shí),間接說明加入復(fù)合微粉后導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性降低,并且隨著復(fù)合微粉中再生磚粉質(zhì)量的增加,對(duì)混凝土流動(dòng)性影響增大,這也證實(shí)了表1中再生磚粉的需水量比大于再生混凝土粉的需水量比的結(jié)論.另外,由圖4還可知,復(fù)合微粉中再生磚粉質(zhì)量越多,其內(nèi)部疏松多孔特征就越明顯,從而可能使顆粒內(nèi)部形成連通孔隙,在這些孔隙中吸收部分拌和水和減水劑,導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性降低,但復(fù)合微粉取代率在15%以內(nèi)時(shí)對(duì)混凝土的流動(dòng)性影響不顯著.

圖6 復(fù)合微粉取代率與減水劑用量的關(guān)系Fig.6 Relationship between the substitution rate of composite micro-powders and amount of water reducer

2.4 復(fù)合微粉混凝土力學(xué)性能分析

2.4.1抗壓強(qiáng)度

圖7、8為m(BP)∶m(CP)分別為8∶2和6∶4時(shí),取代率不同的復(fù)合微粉混凝土7、28d抗壓強(qiáng)度及其相對(duì)抗壓強(qiáng)度.由圖7可見：隨著取代率的增加,復(fù)合微粉混凝土抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì);當(dāng)取代率大于30%后,復(fù)合微粉混凝土抗壓強(qiáng)度明顯降低.在圖8中,除取代率15%、m(BP)∶m(CP)為6∶4的復(fù)合微粉混凝土28d相對(duì)抗壓強(qiáng)度略有提高外,其余試驗(yàn)組均出現(xiàn)了強(qiáng)度損失.

圖8 復(fù)合微粉混凝土的相對(duì)抗壓強(qiáng)度Fig.8 Relative compressive strength of composite micro-powder concrete

由圖7還可見：普通混凝土7d抗壓強(qiáng)度較高,而再生混凝土粉質(zhì)量較多的復(fù)合微粉混凝土28d抗壓強(qiáng)度也較高.當(dāng)取代率為15%時(shí),m(BP)∶m(CP)為6∶4的復(fù)合微粉混凝土28d抗壓強(qiáng)度比普通混凝土提高4.2%,7d抗壓強(qiáng)度卻比普通混凝土降低5.8%;m(BP)∶m(CP)為8∶2的復(fù)合微粉混凝土7、28d抗壓強(qiáng)度比普通混凝土分別降低11.5%和9.4%.復(fù)合微粉混凝土與普通混凝土抗壓強(qiáng)度的差異隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加而逐漸縮小,主要原因是復(fù)合微粉早期火山灰活性較弱[15-16],與水化產(chǎn)物CH反應(yīng)生成的膠凝產(chǎn)物較少,其物理填充效應(yīng)起主導(dǎo)作用;隨著水化齡期的增加,復(fù)合微粉的火山灰活性逐步增強(qiáng),而且再生混凝土粉也參與復(fù)合膠凝材料的水化過程,生成碳鋁酸鹽等水化產(chǎn)物[17],同時(shí)在m(BP)∶m(CP)為6∶4下復(fù)合微粉級(jí)配較好,其良好的填充效應(yīng)增加了水泥基體的密實(shí)度.再生混凝土粉中含有的水化產(chǎn)物既可為水泥基水化補(bǔ)充Ca2+,又能夠起到晶胚作用[18];再生磚粉中的鋁酸鹽相具有激發(fā)水化成核效應(yīng)[19],在合理質(zhì)量比下能較好地發(fā)揮二者疊加作用,改善復(fù)合水泥基體強(qiáng)度,因而當(dāng)復(fù)合微粉替代少量水泥后,可使復(fù)合微粉混凝土抗壓強(qiáng)度有所提高.在30%和45%取代率下,由于體系中水泥含量大量減少,導(dǎo)致復(fù)合微粉的填充效應(yīng)和火山灰反應(yīng)不足以彌補(bǔ)水泥減少所帶來的副作用,水化產(chǎn)物數(shù)量大幅減少,使得復(fù)合微粉混凝土抗壓強(qiáng)度顯著降低.復(fù)合微粉混凝土的總反應(yīng)圖如圖9所示.

圖9 復(fù)合微粉混凝土的總反應(yīng)圖Fig.9 Total response diagram of composite micro-powder concrete

2.4.2劈裂抗拉強(qiáng)度

圖10、11為m(BP)∶m(CP)分別為8∶2和6∶4時(shí),取代率不同的復(fù)合微粉混凝土7、28d劈裂抗拉強(qiáng)度及其相對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度.由圖10可見：與抗壓強(qiáng)度相似,當(dāng)取代率為15%時(shí),m(BP)∶m(CP)為6∶4的復(fù)合微粉混凝土7、28d劈裂抗拉強(qiáng)度要比普通混凝土分別提高6.9%和10.1%;m(BP)∶m(CP)為8∶2的復(fù)合微粉混凝土由于粒徑較小的再生混凝土粉含量相對(duì)減少,影響了復(fù)合微粉級(jí)配和活性的發(fā)揮,使其7、28d劈裂抗拉強(qiáng)度相比普通混凝土分別降低了4.2%和6.3%.

圖10 復(fù)合微粉混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度Fig.10 Splitting tensile strength of composite micro-powder concrete

圖11 復(fù)合微粉混凝土的相對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度Fig.11 Relative splitting tensile strength of composite micro-powder concrete

通常輔助膠凝材料對(duì)水泥水化起到稀釋作用、物理填充作用和火山灰效應(yīng)[20-21].復(fù)合微粉替代水泥后,降低了水泥中的熟料含量,延遲了CH結(jié)晶和C-(A)-S-H凝結(jié)成核[22],進(jìn)而會(huì)影響混凝土短期強(qiáng)度的發(fā)展.隨著水化的進(jìn)行,復(fù)合微粉的火山灰活性會(huì)消耗復(fù)合膠凝體系產(chǎn)生的CH,并促進(jìn)水泥水化;同時(shí)新產(chǎn)生的CH又會(huì)激發(fā)復(fù)合微粉的活性,使得復(fù)合材料之間相互促進(jìn)水化[2],不斷生成新的凝膠產(chǎn)物,改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu),增強(qiáng)界面黏結(jié)力.m(BP)∶m(CP)分別為8∶2和6∶4時(shí),取代率為30%的復(fù)合微粉混凝土28d劈裂抗拉強(qiáng)度相比普通混凝土分別降低19.9%和8.0%;取代率為45%的復(fù)合微粉混凝土28d劈裂抗拉強(qiáng)度分別降低23.6%和18.3%,原因是復(fù)合微粉的火山灰反應(yīng)會(huì)消耗大量水分,導(dǎo)致水泥水化所需水分減少,進(jìn)而抑制水泥的水化作用[23];同時(shí)水泥的大量減少將直接導(dǎo)致Ca2+濃度的降低,減少C-(A)-S-H等凝膠體的生成,使其28d劈裂抗拉強(qiáng)度明顯降低.

2.5 復(fù)合微粉對(duì)水泥水化產(chǎn)物的影響

圖12為普通混凝土、m(BP)∶m(CP)分別為8∶2和6∶4且取代率不同的復(fù)合微粉混凝土28d水化試樣在10°～70°的XRD圖譜.由圖12可見：取代率不同的混凝土基體物相無明顯差異,主要物相中均含有水化生成的氫氧化鈣(CH)、鈣礬石(AFt)、方解石(CaCO3)及少量未完全反應(yīng)的硅酸二鈣(C2S)等,此外還有新物相白鈣沸石(2CaO·3SiO2·2H2O)、鈣霞石(Ccn)生成;相比普通混凝土,取代率為15%的復(fù)合微粉混凝土中CH特征衍射峰強(qiáng)度削弱,而SiO2特征衍射峰尤為突出,這是因?yàn)樗嗪康臏p少會(huì)導(dǎo)致CH衍射峰有所降低,同時(shí)復(fù)合微粉也會(huì)與產(chǎn)物CH反應(yīng)生成C-(A)-S-H等凝膠體,文獻(xiàn)[24-25]也表明,摻加再生磚粉的水泥漿體中CH衍射峰強(qiáng)度與再生磚粉的火山灰反應(yīng)程度有關(guān);當(dāng)m(BP)∶m(CP)為6∶4時(shí),取代率為15%的復(fù)合微粉混凝土中CaCO3以及新物相白鈣沸石和鈣霞石衍射峰增強(qiáng),這將有助于凝膠體C-(A)-S-H、AFt的生成,使其強(qiáng)度提高[26].另外還可看出,隨著取代率的增加,復(fù)合微粉混凝土中SiO2衍射峰逐步增強(qiáng),取代率為30%和45%時(shí)CH衍射峰略有增強(qiáng),然而新物相、CaCO3以及AFt的衍射峰強(qiáng)度均有不同程度的削弱,這表明復(fù)合膠凝材料中復(fù)合微粉取代率將顯著影響新物相的生成以及自身的火山灰反應(yīng)程度.

圖12 不同復(fù)合微粉取代率下混凝土的XRD圖譜Fig.12 XRD patterns of concrete with different substitution rates of composite micro-powder

2.6 復(fù)合微粉混凝土力學(xué)性能的微觀機(jī)理分析

普通混凝土和復(fù)合微粉混凝土的微觀形貌及水化機(jī)理分析如圖13、14所示.由圖13(a)、(d)可見：普通混凝土與復(fù)合微粉混凝土內(nèi)部砂漿形貌均出現(xiàn)了一定的微細(xì)孔,但復(fù)合微粉混凝土內(nèi)部砂漿形貌密實(shí)度高于普通混凝土,說明復(fù)合微粉發(fā)揮了一定的物理填充效應(yīng)[27],該效應(yīng)主要表現(xiàn)為以下2種機(jī)制：在相同水膠比下,增加水與熟料間的接觸比例,使得熟料相的水化產(chǎn)物空間更大;對(duì)于顆粒更細(xì)的再生磚粉和再生混凝土粉,其表面可為水化產(chǎn)物提供強(qiáng)化成核位點(diǎn).

本文研究發(fā)現(xiàn)，再生磚粉在水泥水化過程中具有一定的火山灰活性,同時(shí)再生混凝土粉具有與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化反應(yīng)的能力[24].在混凝土骨料界面過渡區(qū)(ITZ),由于混凝土成型后水泥漿體大顆粒下沉,大骨料周圍會(huì)形成水膜,造成混凝土內(nèi)部水灰比不均勻,大骨料附近水灰比較大,生成的結(jié)晶產(chǎn)物也較為粗大,在大骨料周圍會(huì)形成一層比水泥漿稀疏的“薄弱骨架”[28].研究發(fā)現(xiàn),普通混凝土水泥基體在ITZ(見圖13(c))富集了較多CH,水化產(chǎn)物分布不均勻,同時(shí)界面存在連接缺陷,導(dǎo)致在ITZ附近水泥基體與骨料之間的黏結(jié)應(yīng)力差.而復(fù)合微粉混凝土由于再生磚粉的火山灰活性以及再生混凝土粉中CaO等成分與水泥水化產(chǎn)物的二次水化作用,將生成大量C-(A)-S-H、AFt等凝膠體而填充該骨架(見圖13(f)),改善了水泥砂漿與骨料界面以及水泥基體的密實(shí)度,抑制了CH在骨料界面的集中生成,有利于提高復(fù)合微粉混凝土的強(qiáng)度.上述結(jié)果也從XRD圖譜中得到證實(shí).此外,由于復(fù)合微粉表觀粗糙且形狀不規(guī)則,有利于提高復(fù)合水泥基體在ITZ上的附著力[29],使水泥基體與骨料緊密結(jié)合;同時(shí)復(fù)合微粉的疏松多孔結(jié)構(gòu)會(huì)吸收部分拌和水,使得混凝土有效水灰比降低,進(jìn)而增加水泥基體的硬度和ITZ的密實(shí)度.復(fù)合微粉混凝土與普通混凝土在微觀結(jié)構(gòu)形貌上的差異及其ITZ本質(zhì)上的區(qū)別進(jìn)一步證實(shí)了摻加部分復(fù)合微粉的混凝土力學(xué)性能高于普通混凝土的原因.

圖13 普通混凝土和復(fù)合微粉混凝土(R=15%,m(BP)∶m(CP)=6∶4)28d微觀結(jié)構(gòu)Fig.13 28d microstructure of ordinary concrete and composite micro-powder concrete (R=15%, m(BP)∶m(CP)=6∶4)

由圖14可見,隨著復(fù)合微粉取代率的不斷增加,水泥漿基體孔洞數(shù)量和裂紋明顯增多且晶體團(tuán)簇的密度降低.在30%取代率下,由圖14(c)、(d)可看到少量水化產(chǎn)物AFt,晶體內(nèi)部孔洞較多.雖然摻加部分復(fù)合微粉可提高復(fù)合水泥基體和ITZ的密實(shí)性,但不能彌補(bǔ)其自身多孔特性以及活性低的不足,特別是在高取代率如45%時(shí).由圖14(e)、(f)可見,大量CH堆疊在一起,水泥水化程度大幅降低,產(chǎn)生的凝膠產(chǎn)物較少,水泥基體更加疏松;此外,在水泥基體的部分水化產(chǎn)物中存在明顯微裂縫(見圖14(f)),說明加入大量復(fù)合微粉會(huì)使水泥基體的密實(shí)程度以及砂漿與粗骨料的界面薄弱區(qū)進(jìn)一步劣化,復(fù)合微粉與骨料間黏結(jié)應(yīng)力降低,從而影響膠凝體系的總體強(qiáng)度,復(fù)合微粉混凝土的宏觀力學(xué)性能顯著下降.

圖14 復(fù)合微粉取代率對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.14 Effect of composite micro-powder substitution rate on microstructure of concrete

3 結(jié)論

(1)隨著研磨時(shí)間的增加,再生磚粉和再生混凝土粉的平均粒徑在前30min內(nèi)呈直線式下降,超過30min后降低幅度較小,研磨效率較低.本試驗(yàn)中所使用的再生磚粉和再生混凝土粉,其45μm以下顆粒含量分別達(dá)到82.13%和73.69%,符合Ⅱ級(jí)粉煤灰粒度要求.

(2)加入復(fù)合微粉會(huì)對(duì)混凝土的流動(dòng)性產(chǎn)生一定影響.由于復(fù)合微粉表觀粗糙多孔且顆粒內(nèi)部存在解理面,使得混凝土的流動(dòng)性降低.復(fù)合微粉混凝土流動(dòng)性在m(BP)∶m(CP)為6∶4時(shí)優(yōu)于m(BP)∶m(CP) 為8∶2時(shí);復(fù)合微粉取代率為15%以內(nèi)時(shí)對(duì)混凝土流動(dòng)性影響不大.

(3)復(fù)合微粉對(duì)混凝土早期強(qiáng)度影響不顯著.在復(fù)合微粉取代率為15%、m(BP)∶m(CP)=6∶4條件下,復(fù)合微粉混凝土28d抗壓強(qiáng)度相比普通混凝土提高4.2%,劈裂抗拉強(qiáng)度提高10.1%.這是由于水化后期復(fù)合材料之間相互促進(jìn)水化,從而表現(xiàn)出較好的火山灰活性及膠凝性能,生成大量凝膠體改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)所致.當(dāng)復(fù)合微粉取代率為45%時(shí),由于水泥大量減少,使得水泥基體孔洞數(shù)量增加,導(dǎo)致混凝土力學(xué)性能明顯降低.

(4)當(dāng)m(BP)∶m(CP)=6∶4時(shí),復(fù)合微粉可發(fā)揮較好的填充效應(yīng)和反應(yīng)活性,降低CH特征衍射峰強(qiáng)度,促進(jìn)水泥基復(fù)合材料的水化,改善骨料界面過渡區(qū)的“薄弱骨架”,提高復(fù)合水泥基體以及ITZ微觀結(jié)構(gòu)的密實(shí)度.

(5)在不降低混凝土性能的前提下,復(fù)合微粉可以替代部分水泥作為輔助性膠凝材料使用,實(shí)現(xiàn)廢棄建筑垃圾的資源化利用,達(dá)到節(jié)約能源與保護(hù)環(huán)境的目的.