干濕環(huán)境下含水率對(duì)再生混凝土性能影響研究

黃 瑤

(南寧理工學(xué)院，廣西 桂林 541006)

根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)來看，當(dāng)前我國(guó)建筑領(lǐng)域內(nèi)再生混凝土已經(jīng)成為了使用最頻繁的多孔建筑材料之一。而這種材料的力學(xué)性能對(duì)建筑物的使用壽命以及安全性會(huì)造成直接的影響，因此研究各種外部條件對(duì)這些性能的影響是十分有必要的。影響材料性能的因素可以分為內(nèi)因和外因兩類，內(nèi)因主要是由再生混凝土本身的制作材料、原料配比、制作工藝等決定，相對(duì)比較容易進(jìn)行人為控制。而外因則更多的受到自然環(huán)境等的影響，影響機(jī)制也比較復(fù)雜。因此，外因?qū)υ偕炷列阅艿挠绊懜硬豢煽?，也是相關(guān)學(xué)者研究的重點(diǎn)方向。再生混凝土內(nèi)部含水率是在長(zhǎng)期的水汽、水體侵襲下逐漸改變的，而在不同養(yǎng)護(hù)條件下再生混凝土的性能也會(huì)呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。因此對(duì)其進(jìn)行研究有助于提升再生混凝土的各項(xiàng)使用性能，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)原材料

(1)粗骨料：80%為天然碎石，粒徑范圍為5mm～31.5mm；20%某檢測(cè)單位結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)建筑工地廢棄的試塊，廢棄混凝土試塊原始設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，齡期1年左右， 經(jīng)過人工破碎、清洗、晾干、篩分后使用，即粒徑范圍為5mm～31.5mm。

(2)水泥：桂林海螺牌普通硅酸鹽水泥，等級(jí)為P.O 42.5。

(3)細(xì)骨料：漓江河沙，中砂。

(4)水：桂林市居民生活用水。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

按照GB 50152—92混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 再生混凝土配合比設(shè)計(jì)

2 含水率對(duì)再生混凝土力學(xué)性質(zhì)的研究

某些特殊的建筑，例如堤壩、橋梁的橋墩、靠近海岸線的建筑等，由于長(zhǎng)期直接或者間接接觸到水體，因此建筑物內(nèi)再生混凝土的含水率會(huì)有較明顯的改變。含水率的變化會(huì)直接對(duì)再生混凝土的力學(xué)性質(zhì)造成影響，而具體的影響趨勢(shì)則需要通過試驗(yàn)來進(jìn)行研究。

2.1 浸水時(shí)間對(duì)再生混凝土含水率的影響

在同等外部環(huán)境下，不同的浸水時(shí)間顯然對(duì)含水率的影響是不相同的。在本次試驗(yàn)過程中，筆者研究了水灰比為0.47、 0.62、 0.7的三種不同再生混凝土在不同浸水時(shí)間下含水率的變化。結(jié)果如下表2。

同時(shí)采用相同的實(shí)驗(yàn)方法和計(jì)算方法，將另外兩種水灰比的再生混凝土含水率隨浸水時(shí)間的改變曲線繪制如下圖1。

從上圖來看，三種水灰比的再生混凝土含水率都隨浸水時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，且前期變化迅速，后期變化相對(duì)比較平緩。之所以會(huì)出現(xiàn)這一變化，是因?yàn)樵偕炷恋闹谱鞑牧现邪扑榈纳皾{、石塊等，這些材料本身在破碎、解體以及生產(chǎn)的過程中表面存在大量的細(xì)微裂痕。這些裂痕使得再生混凝土具有一定的吸水性，但是當(dāng)裂痕被填充完畢后，含水率不會(huì)再有明顯的增加。

表2 水灰比0.47再生混凝土含水率與浸水時(shí)間的關(guān)系

圖1 再生混凝土含水率與浸水時(shí)間的關(guān)系

2.2 含水率對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

在上一個(gè)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，筆者通過浸水得到了不同含水率的各類再生混凝土。而后以浸水得到了不同含水率的各類再生混凝土為試驗(yàn)材料，研究不同含水率下再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。將相關(guān)結(jié)果繪制為如折線圖2：

圖2 不同含水率再生混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度測(cè)定值趨勢(shì)線

從上圖中可以看出，無論是哪一種水灰比的再生混凝土其抗壓性能都隨著含水率的增加而下降。且在含水率達(dá)到10%時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較大幅度的降低。其原因分析如下。在水泥凝膠中各種粒子之間的連接主要依賴的是范德華力，這種力本身屬于粒子間作用力。當(dāng)再生混凝土處于干燥狀態(tài)下時(shí)，粒子之間不存在水膜或者只存在很少的水膜，范德華力相對(duì)比較強(qiáng)，而隨著含水率的增加，水膜變多、變厚，粒子之間的接觸更為疏松，范德華力相對(duì)較弱。因此，在宏觀表現(xiàn)上，含水率增加使得再生混凝土的抗壓性能降低。

3 養(yǎng)護(hù)條件對(duì)再生混凝土性能的影響

筆者查閱了相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)學(xué)者在對(duì)再生混凝土性能進(jìn)行測(cè)試與試驗(yàn)時(shí)普遍默認(rèn)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行。然而在實(shí)際的工程項(xiàng)目中，不同區(qū)域的氣候環(huán)境、水文環(huán)境等都有較大的區(qū)別，且相比本身的施工技術(shù)等都是不完全相同的。也就是說，在實(shí)際的工程項(xiàng)目中，難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)條件。因此，還需要探究不同養(yǎng)護(hù)條件對(duì)再生混凝土性能的影響。在本節(jié)中，筆者以水灰比為0.47的再生骨料替代率20%的再生混凝土為試驗(yàn)材料，探究在不同的養(yǎng)護(hù)條件(灑水SS、覆蓋FG、浸水JS)下，再生混凝土性能的變化。

3.1 抗壓強(qiáng)度的測(cè)試

再生混凝土的抗壓強(qiáng)度根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)材料選擇水灰比0.47的再生混凝土，養(yǎng)護(hù)條件分別設(shè)置為FG、SS、JS。在養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別達(dá)到1d、3d、7d、14d、28d齡期時(shí)，進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3.2 再生混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與分析

水灰比0.47的再生混凝土，不同養(yǎng)護(hù)條件下，再生混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)平均值如表3所示。

表3 不同養(yǎng)護(hù)條件再生混凝土抗壓強(qiáng)度(MPa)

從表中可以看出，同一種再生混凝土的抗壓性能在不同的養(yǎng)護(hù)條件下有明顯的區(qū)別。在養(yǎng)護(hù)時(shí)間較短時(shí)，這一區(qū)別并不非常明顯。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到28d時(shí)，三種養(yǎng)護(hù)條件下再生混凝土的抗壓數(shù)值有了明顯的區(qū)別。且按照FG、SS、JS的順序，抗壓強(qiáng)度依次遞減。并且，JS的抗壓強(qiáng)度明顯低于另外兩種養(yǎng)護(hù)條件。

而FG和SS兩種養(yǎng)護(hù)條件下材料的抗壓強(qiáng)度較為接近。這一結(jié)果說明，再生混凝土中保存一定量的水分和讓混凝土保持在一定的溫度范圍內(nèi)時(shí)，有利于水泥的充分水化，有利于混凝土抗壓性能的提升，而水分過多時(shí)強(qiáng)度反而會(huì)受到影響。其原因在于水分過多水化過程中增加混凝土內(nèi)部的孔隙發(fā)展，削弱了質(zhì)點(diǎn)粘連。這也是JS條件下，抗壓強(qiáng)度最小的原因之一。

同時(shí)，通過查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)在相同的水灰比條件下，普通混凝土的抗壓強(qiáng)度要高于再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。造成這種差異的原因有如下兩點(diǎn)。(1)再生混凝土中含有再利用的粗骨料，導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)比較疏松，在內(nèi)部存在大量的孔隙，在受到外部壓力的情況下容易產(chǎn)生集中應(yīng)力。因此其抗壓能力較弱。(2)再生粗骨料外部包裹著水泥砂漿，表明存在大量微小的孔隙，其表明的結(jié)合力相對(duì)于天然骨料更小。

表中數(shù)據(jù)顯示，再生混凝土在養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d時(shí)，SS、FG、JS三種養(yǎng)護(hù)條件下抗壓能力分別是21.18MPa、21.65MPa、19.91MPa。這三個(gè)數(shù)據(jù)相差不大，可以說明在早期，養(yǎng)護(hù)條件對(duì)再生混凝土的抗壓性能影響不明顯。其原因在于再生混凝土中粗骨料有20%的比例是再生粗骨料，再生粗骨料的吸水性較強(qiáng)，使得再生混凝土內(nèi)部水分本身較高，因此在水泥水化的過程中雖然有部分水分會(huì)流失，但依舊能夠保存一定的濕度，這有助于水泥水化。因此即便是采用不同的養(yǎng)護(hù)條件，在7d以及更早的時(shí)間內(nèi)混凝土的抗壓性能變化并不明顯。比較SS和FG養(yǎng)護(hù)條件，可以發(fā)現(xiàn)在水泥水化的早期進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)，如果給再生混凝土進(jìn)行一定程度的濕度養(yǎng)護(hù)，則可以有效避免再生混凝土的抗壓性能降低。

4 結(jié) 語

再生混凝土在建筑工程中的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)其性能的相關(guān)研究直接關(guān)系到建筑物的使用壽命和安全性。干濕環(huán)境下含水率以及養(yǎng)護(hù)條件的差異對(duì)于再生混凝土的抗壓性能會(huì)造成較明顯的影響。本文中，筆者通過試驗(yàn)得出如下結(jié)論。(1)干濕環(huán)境下，再生混凝土內(nèi)部含水率隨著浸水時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，同時(shí)再生混凝土立方體的抗壓性能隨著含水量的增加而降低。因此，在實(shí)際的工程項(xiàng)目中，要做好防水工作。(2)實(shí)際工程項(xiàng)目中，雖然很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)條件。但是需要做好現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的控制，以避免再生混凝土的性能受到影響。