再生粗細骨料雙摻對混凝土耐久性能的影響研究

史文潔 張曉華 楊童鑫 馬波蕊

（寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

0 引言

目前隨著我國城市化進程加快、新舊建筑更迭，舊建筑的拆除和新建筑的建設(shè)過程中必然會產(chǎn)生大量建筑垃圾，加重環(huán)境負擔(dān)[1-2]。在建筑垃圾處理方面，相較于傳統(tǒng)填埋的處理方式，建筑垃圾中混凝土、砌塊部分經(jīng)資源化處理完全可做再生骨料再次利用，成為處理建筑垃圾更好的一種方式。

與天然粗骨料相對比，再生粗骨料往往表面包裹著砂漿，表面積大于天然骨料，其性能相較于天然骨料有密度較小、吸水性較高、強度較低等特點，而再生細骨料相較天然細骨料有裂縫多、水泥漿體含量大等特點，這些再生骨料多用于對性能要求較低的基礎(chǔ)設(shè)施。近些年隨著學(xué)者們對再生粗、細骨料力學(xué)性能和耐久性能的進一步研究，通過調(diào)整配合比、改變減水劑摻量、加入其他外加劑、摻入微量新型材料、調(diào)整再生骨料取代率等方法改善再生骨料混凝土性能，使得再生骨料混凝土的應(yīng)用更加廣泛。到目前為止關(guān)于再生骨料的研究大多集中于單摻再生細骨料或單摻再生粗骨料，對于再生粗細骨料雙摻后再生混凝土性能方面的研究還較少?；诖?，本文選擇再生細骨料摻量一定（10%），改變粗骨料摻量（0~70%），分析再生粗細骨料雙摻對混凝土各項性能的影響，旨在找出粗細骨料雙摻適宜摻量，使其能同時滿足固廢利用及混凝土耐久性能要求，為建筑垃圾資源化應(yīng)用提供基礎(chǔ)試驗數(shù)據(jù)。

1 試驗概況

本試驗是在前期基礎(chǔ)力學(xué)性能試驗基礎(chǔ)上進行的，所用再生骨料全部為采用前期加熱研磨法制成的再生骨料。

1.1 試驗材料

（1）水泥：寧夏賽馬水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5 級水泥，三氧化硫（SO3）含量2.02%，氧化鎂（MgO）含量4.25%，水泥細度1.6%，燒失量4.25%；

（2）粉煤灰：河北盛運廠生產(chǎn)的粉煤灰，密度2.45kg/m3；

（3）天然粗骨料：粒徑為4.75~25mm 的連續(xù)級配天然粗骨料；

（4）天然細骨料：粒徑為4.75mm以下的天然河砂；

（5）再生粗骨料：將再生骨料清洗后加熱，采用滾筒臥式研磨機研磨后篩分出粒徑為4.75~19.00mm 的再生粗骨料，其壓碎指標為21.67%；

（6）再生細骨料：篩分后再生骨料通過吸塵設(shè)備經(jīng)吸塵處理過后篩分出粒徑為0.15~4.75mm 的再生細骨料，壓碎指標為15.00%。

1.2 配合比設(shè)計

本試驗混凝土配合比如表1 所示，水灰比為0.31，骨料最大粒徑為25mm，為了分析再生細骨料一定的條件下不同再生粗骨料摻量對再生骨料混凝土耐久性能的影響規(guī)律，試驗選取再生細骨料取代率恒定為10%，對照組（再生粗骨料取代率0%）和試驗組（再生粗骨料取代率分別為10%、15%、20%、30%、40%、45%、50%、60%、70%）分別進行對比研究。

1.3 試驗方法

按照《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 283-2012）[18]和《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T 50082-2009）進行試驗，分別測試了再生骨料混凝土標準養(yǎng)護后14d、28d、60d 的收縮率、碳化深度、氯離子遷移系數(shù)、抗硫酸鹽侵蝕能力。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 收縮率

再生骨料混凝土的收縮率是評估再生骨料混凝土耐久性的一項重要指標，較大的收縮率會引起混凝土開裂。試驗選取10組（每組每期3個試塊）細骨料取代率恒定，粗骨料取代率不同的試塊分別測其14d、28d和60d 的收縮率（見圖1所示）進行數(shù)據(jù)分析。對比試驗組和對照組的數(shù)據(jù)可以得出：再生混凝土的收縮率隨再生粗骨料取代率增加而增大，這是由于再生粗骨料在破碎后存在較多微孔隙和微裂縫，使得再生混凝土的吸水率增大，隨著混凝土凝結(jié)硬化過程水分蒸發(fā)導(dǎo)致其自身體積收縮也較明顯。當(dāng)再生粗骨料取代率為15%時，相比于對照組（再生粗骨料取代率0%）的混凝土14d收縮率增加了2×10-5，28d收縮率增加了4×10-5，60d收縮率增加了1×10-5，為試驗組收縮率增加最小，最接近對照組，再生骨料混凝土不易開裂。

圖1 不同再生粗骨料取代率的14d、28d、60d收縮率

2.2 碳化深度

試驗測得10組（每組3塊）不同再生粗骨料取代率混凝土90d齡期的碳化深度如圖2所示。通過表2試驗數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)再生細骨料摻量為10%時，隨著再生粗骨料摻入量的增加，再生混凝土碳化深度有所增大。這是由于再生粗骨料摻量增加使得混凝土孔隙率增大，密實度減小，空氣中CO2更容易滲透到混凝土內(nèi)部發(fā)生碳化反應(yīng)。再生粗骨料取代率在0~40%時混凝土碳化深度隨再生粗骨料取代率增加由1.5mm 增大到3.6mm,整體呈線性增長趨勢；當(dāng)再生粗骨料取代率為45%時碳化深度為3.2mm較之前稍有所降低，再生粗骨料取代率高于50%之后混凝土的碳化深度為3.6mm，逐漸趨于平穩(wěn)。當(dāng)再生粗骨料取代率為15%時碳化深度為1.8mm，碳化情況最接近于未添加再生粗骨料的對照組。

圖2 不同再生粗骨料取代率的碳化深度

2.3 抗氯離子侵蝕

試驗測出不同粗骨料取代率試塊84d齡期的氯離子遷移系數(shù)如圖3所示，對比對照組和試驗組數(shù)據(jù)，再生混凝土的氯離子遷移系數(shù)隨著再生粗骨料取代率的增大由未添加再生粗骨料時的5.13×10-12m2/s持續(xù)增大到再生粗骨料取代率70%時的8.93×10-12m2/s，氯離子遷移系數(shù)越大則抗氯離子侵蝕的能力也越弱。當(dāng)再生粗骨料取代率達到45%時再生混凝土的氯離子遷移系數(shù)稍有下降，相比于對照組仍增加了2.19×10-12m2/s。對比整體數(shù)據(jù)可看出，當(dāng)再生粗骨料取代率為10%和15%時氯離子遷移系數(shù)為5.91×10-12m2/s和5.92×10-12m2/s，略大于未摻入再生粗骨料的對照組，抗氯離子侵蝕能力較好。

圖3 不同再生粗骨料取代率的氯離子遷移系數(shù)

2.4 抗硫酸鹽侵蝕

試驗選取了5%濃度的硫酸鹽溶液作為試驗條件，測得各試驗組抗硫酸鹽侵蝕能力，如圖4所示。

圖4 抗5%硫酸鹽侵蝕能力

通過試驗數(shù)據(jù)可以看出，只有再生粗骨料取代率為0%、10%、15%時抗硫酸鹽侵蝕等級分別為KS95、KS90、KS93，滿足試驗設(shè)計抗硫酸鹽等級KS90 的設(shè)計要求。對比這3組數(shù)據(jù)可知：當(dāng)再生粗骨料取代率為0時，抗硫酸鹽侵蝕等級最大為KS95，其次是再生粗骨料取代率為15%的試驗組，抗硫酸鹽等級達到KS93。綜合考慮得出試驗組中當(dāng)再生粗骨料取代率為15%時抗硫酸鹽侵蝕能力最好。

3 結(jié)束語

為提高建筑垃圾利用率，本次研究內(nèi)容為再生粗細骨料雙摻對再生混凝土耐久性能影響，試驗選取再生細骨料取代率10%恒定，粗骨料取代率改變（0~70%），對再生骨料混凝土的收縮率、碳化深度、氯離子遷移系數(shù)、抗硫酸侵蝕能力進行了試驗研究，得出以下幾點結(jié)論：

（1）再生混凝土的收縮率隨再生粗骨料取代率增大而增大，再生粗骨料取代率15%時與天然骨料最接近，收縮率整體較小，不會對再生混凝土收縮性產(chǎn)生較大影響。

（2）再生混凝土的碳化深度隨再生粗骨料的摻入量增加先增加后逐漸趨于平穩(wěn)。最適宜再生粗骨料取代率為15%，此時再生混凝土碳化深度最大為1.8mm，僅次于未摻入再生粗骨料的碳化深度1.4mm。

（3）再生骨料混凝土的抗氯離子侵蝕能力隨再生粗骨料摻入量增加逐漸減弱。氯離子遷移系數(shù)由5.13×10-12m2/s逐漸增大為8.93×10-12m2/s。

（4）再生混凝土的抗硫酸鹽侵蝕只有在再生粗骨料取代率為0、10%、15%時滿足抗硫酸鹽等級設(shè)計要求，分別為KS95、KS90、KS93。

綜合上述試驗結(jié)果：再生細骨料取代率10%，再生粗骨料取代率為15%時為本次試驗最佳耐久性能配比組。再生混凝土的具體性能指標：28d 抗壓強度為59MPa，60d 收縮率為4.1×10-4，90d 齡期碳化深度1.8mm，氯離子遷移系數(shù)5.92×10-12m2/s，5%濃度抗硫酸鹽侵蝕能力為KS93。