再生骨料混凝土凍融循環(huán)試驗(yàn)研究

　　摘要：在實(shí)驗(yàn)室用C20 普通混凝土, 經(jīng)28d 后用破碎機(jī)將其破碎、篩選調(diào)配制成再生粗骨料與細(xì)骨料, 以此再生骨料100 %替代天然碎石和砂子制備再出生混凝土, 探討了再生混凝土的耐久性能－抵抗凍融循環(huán)的能力。 耐久性試驗(yàn)用混凝土水灰比分別為0.45、0.65。 結(jié)果表明, 100 %再生混凝土 (簡稱RR 混凝土) 試件的凍融循環(huán)抵抗性與粗, 細(xì)骨料置換率為0%的普通混凝土(簡稱NN 混凝土) 試件相比, 相對動(dòng)彈性系數(shù)和耐久性指數(shù)分別降低6%和9%, 但都能滿足評價(jià)凍融循環(huán)抵抗性的最低指標(biāo)。

　　關(guān)鍵詞：再生混凝土，耐久性系數(shù)，凍融循環(huán)

　　混凝土廢棄物一般多由于混凝土路面, 橋梁以及建筑物的改建, 解體拆除時(shí)產(chǎn)生。據(jù)專家估計(jì), 我國每年都要產(chǎn)生(3000～4000) 萬t 廢棄混凝土[1]。 隨著國民經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展, 廢棄混凝土的處理已經(jīng)成了很大的負(fù)擔(dān)。

　　填埋廢棄混凝土, 只是一種低級(jí)處理辦法, 而使它成為循環(huán)可利用再生資源, 則有利于資源, 能源的節(jié)約。 因此, 再生混凝土技術(shù)的有效利用, 不久的將來會(huì)有很大的發(fā)展空間[2]。

　　本文將作為有效利用再生混凝土的一個(gè)環(huán)節(jié), 對再生混凝土的耐久性之一即凍融循環(huán)抵抗性能做了基礎(chǔ)性試驗(yàn)研究, 探討再生混凝土實(shí)際應(yīng)用的可能性。

　　1. 試驗(yàn)原材料

　　1.1 再生粗骨料與細(xì)骨料

　　再生粗骨料與細(xì)骨料是在實(shí)驗(yàn)室打澆普通C20 混凝土 (抗壓強(qiáng)度31.4 MPa) 為基準(zhǔn)混凝土, 經(jīng)1 個(gè)月在空氣中散水濕潤養(yǎng)護(hù)后, 用中小型撞擊式破碎機(jī)破碎, 再經(jīng)5 mm 篩進(jìn)行篩分后所得。5mm 以上的骨料經(jīng)水沖洗曬干后當(dāng)作再生粗骨料使用, 5mm 以下當(dāng)做再生細(xì)骨料使用。表1 為基準(zhǔn)混凝土的配合比, 圖1 為經(jīng)破碎篩分后所得的再生骨料的照片。

　　經(jīng)篩分得出各個(gè)粒徑不同的再生粗骨料與細(xì)骨料之后, 再生粗骨料根據(jù)日本再生骨料暫定性能基準(zhǔn)(案)所規(guī)定的再生骨料的顆粒級(jí)配以及有關(guān)規(guī)范進(jìn)行調(diào)配, 圖2 為調(diào)配后的再生粗骨料與細(xì)骨料的級(jí)配曲線。

　　從調(diào)配好的再生粗骨料與細(xì)骨料中抽出試料，根據(jù)JIS 材料試驗(yàn)有關(guān)規(guī)范測出其基本物理性質(zhì)，及粗細(xì)骨料的表觀密度、吸水率、單位容積質(zhì)量以及細(xì)度模數(shù)。 再生粗、細(xì)骨料以及天然骨料的基本材料性質(zhì)如下表2。

　　1.2 再生混凝土

　　本試驗(yàn)以100%再生粗骨料與細(xì)骨料來替代天然的石子和砂子，以水灰比0.45、0.65 為變動(dòng)因素。 因再生混凝土（簡稱RR 混凝土）的配合比在規(guī)范上沒有明確的規(guī)定，所以，本試驗(yàn)經(jīng)多次試配，滿足混凝土和易性的基礎(chǔ)上最后確定了再生混凝土的配合比。表3 所示水灰比0.45、0.65 時(shí)再生混凝土以及對比用普通混凝土的配合比， 表4 所示水灰比0.45、0.65時(shí)各混凝土的力學(xué)性能。

　　水泥用日本水泥株式會(huì)社生產(chǎn)的早強(qiáng)波特蘭水泥，添加劑為高性能ＡＥ減水劑，多羧酸系化合物(Polycarboxylate compound) 標(biāo)準(zhǔn)形Ⅰ種，水為普通自來水。

　　采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌混凝土，攪拌混凝土之前，因再生粗，細(xì)骨料吸水量大，提前使其適量吸水，達(dá)到表干狀態(tài)，以免攪拌混凝土?xí)r因吸水過多而影響混凝土的水灰比以及和易性。 高性能ＡＥ減水劑加上水的質(zhì)量算總用水量，攪拌時(shí)先倒入再生砂子和水泥, 攪拌30s，然后倒入水再攪拌60s，最后倒入再生碎石攪拌60s。 攪拌完的混凝土立即測出其坍落度與空氣量(按體積算出)，并觀察其保水性與粘聚性，在滿足整體和易性要求之后，灌入其模具內(nèi)制成試件。

　　試件經(jīng)24 h 拆模后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)28 d, 試驗(yàn)時(shí)最高溫度以及最低溫度嚴(yán)格控制在（5±2）℃以及 (－18±2)℃, 一次凍融循環(huán)時(shí)間控制在3 h～4 h。每達(dá)到25 次左右凍融循環(huán)之后, 測出其共鳴震動(dòng)數(shù)以及質(zhì)量，耐久性指數(shù)按照下列公式計(jì)算。

　　2. 試驗(yàn)方法

　　本試驗(yàn)是根據(jù)日本工業(yè)規(guī)格JIS A 1148 規(guī)定的凍結(jié)融解試驗(yàn)A法[3] (水中凍結(jié)融解試驗(yàn)方法) 在一定的溫度條件下即凍結(jié)溫度－18℃, 溶解溫度5℃, 經(jīng)過一定次數(shù)的凍融循環(huán)之后,測定出試件撓度震動(dòng)的一次共鳴震動(dòng)數(shù)以及質(zhì)量, 并算出其相對動(dòng)彈性系數(shù)(Relative dynamic modulus of elasticity)、耐久性指數(shù)(durability factor)以及質(zhì)量損失率。當(dāng)試件的相對動(dòng)彈性系數(shù)降低至60 %時(shí), 即終止試驗(yàn), 試件的凍融循環(huán)次數(shù)原則上不低于300 次。

　　3. 試件的形狀,尺寸 [Page]

　　試件為尺寸100 mm×100 mm×400 mm 的長方體, 詳細(xì)見圖3, 試件共制成12 組, 再生混凝土試件6 組, 對比用的普通混凝土試件6 組。

　　4. 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　4.1 試驗(yàn)結(jié)果

　　各系列混凝土試件300 次凍融循環(huán)之后的外觀照片見圖4, 耐久性系數(shù)以及質(zhì)量減少率表示在圖5。

　　(1) 水灰比0.45 時(shí)

　　水灰比為0.45 時(shí)全再生RR 混凝土以及對比用的普通NN 混凝土試件在300 次凍融循環(huán)之后相對動(dòng)彈性系數(shù)保持在90 %以上，耐久性指數(shù)經(jīng)300 次凍融循環(huán)之后，也分別保持在93.7 %和99.6 %. 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了凍融循環(huán)抵抗性指標(biāo)60 %。

　　全再生RR混凝土以及對比用普通NN混凝土試件的質(zhì)量減少率幾乎在0.5 %和1 %左右。

　　(2) 水灰比0.65 時(shí)

　　水灰比0.65 時(shí)全再生RR 混凝土以及對比用的普通NN 混凝土試件在300 次凍融循環(huán)之后相對動(dòng)彈性系數(shù)依然保持在70 %以上, 耐久性指數(shù)在300 次凍融循環(huán)之后, 分別保持在75.9 %和83.4 %, 也超過了凍融循環(huán)抵抗性指標(biāo)60 %。

　　全再生RR 混凝土以及對比用普通NN 混凝土試件的質(zhì)量減少率分別在7%和5%左右。

　　4.2 分析 [Page]

　　(1) 因全再生混凝土與對比用的普通混凝土當(dāng)中添加了高性能ＡＥ減水劑，不但減少了水的用量，而且適當(dāng)?shù)囊龤?，并連接混凝土中相對獨(dú)立的微小氣泡，當(dāng)混凝土招受凍結(jié)時(shí)，能有效地緩解由自由水凍結(jié)而引起的較大的膨脹壓力，進(jìn)而提高了混凝土的抗凍融循環(huán)的能力。

　　(2) 隨著水灰比的增加, 全再生混凝土與對比用普通混凝土抗凍融循環(huán)的耐久性系數(shù)有所降低，這是因?yàn)殡S著水灰比增加，混凝土中水泥石的滲透系數(shù)將增大，密實(shí)度降低，當(dāng)試件在水中招受凍融循環(huán)時(shí)，影響了混凝土中內(nèi)部孔隙可能為水的飽和程度[4] ，水泥石滲透系數(shù)越大，混凝土內(nèi)部孔隙可能為水的飽和程度越高，混凝土試件受到凍結(jié)時(shí)，其膨脹壓力越大，試件受損更嚴(yán)重。

　　(3) 在相同水灰比的情況下, 全再生混凝土的耐久性系數(shù)比對比用的普通混凝土有所降低, 這是因?yàn)槿偕炷链旨?xì)骨料的吸水量大, 當(dāng)混凝土構(gòu)件受凍結(jié)時(shí), 其骨料自身的凍脹影響了整個(gè)再生混凝土試件抵抗凍融循環(huán)的能力。

　　5. 結(jié)論

　　(1) 水灰比0.45、0.65 為變動(dòng)因素, 經(jīng)過300 次凍融循環(huán)之后, 全再生RR 混凝土以及對比用的NN 混凝土的耐久性系數(shù)都達(dá)到了評價(jià)凍融循環(huán)抵抗性指標(biāo)60 % 以上。

　　(2) 從圖4～圖5 可見, 隨著水灰比增大, 各試件的耐久性系數(shù)有所降低, 質(zhì)量減少率有所增大，300 次凍融循環(huán)之后的試件表面層水泥砂漿剝落程度越嚴(yán)重, 這是由于隨著水灰比增大, 混凝土內(nèi)部組織致密性越差, 透水性越高, 凍結(jié)水量越多, 混凝土受凍時(shí)膨脹水壓越大的緣故。

　　(3) 在相同水灰比的情況下, 全再生RR 混凝土比普通NN 混凝土耐久性指數(shù)差，這是由于全再生混凝土中粗細(xì)骨料的吸水率大, 導(dǎo)致混凝土受凍時(shí)粗細(xì)骨料發(fā)生相對較大的凍脹，從而影響整個(gè)混凝土試件抵抗凍融循環(huán)能力的緣故。

　　(4) 考慮到再生混凝土在耐久性方面穩(wěn)定性要求, 制備再生混凝土?xí)r, 單位用水量盡可能降低，最好保持在180 kg.m―3 以下，混凝土要適當(dāng)引氣，空氣量應(yīng)保持在3%～6%之間，水灰比也不宜過高，不宜超過0.60。

　　參考文獻(xiàn)

　　1 張金喜,張建華,鄔長森. 再生混凝土性能和孔結(jié)構(gòu)的研究.同濟(jì)大學(xué)建筑材料學(xué)報(bào),2006;(4)：142－147

　　2 (財(cái))日本コンクリート工學(xué)協(xié)會(huì). 廃棄物のコンクリート材料への再資源化研究委員會(huì)報(bào)告書 ， 東京：(株)報(bào)光社出版,平成15年

　　3 日本規(guī)格協(xié)會(huì). 建築関係ＪＩＳ要覧（試験方法等）, 東京：日本規(guī)格協(xié)會(huì)出版社，平成12 年
　　4 馮乃謙,邢鋒. 高性能混凝土技術(shù)，北京： 原子能出版社, 2000