再生細(xì)骨料混凝土碳化性能的試驗(yàn)研究

  混凝土是最大宗的人造材料，也是當(dāng)今世界上最主要的建筑結(jié)構(gòu)工程材料。曠日持久的工程建設(shè)對人類資源的索取和浪費(fèi)是巨大的。利用廢棄混凝土制備再生骨料，不僅可以減少建筑業(yè)對自然資源的消耗，還可以減輕廢棄混凝土造成的日益惡化的生態(tài)環(huán)境等問題，有利于人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。有關(guān)試驗(yàn)已經(jīng)研究了利用廢棄混凝土制備再生混凝土的工作性、強(qiáng)度等性能已經(jīng)接近天然骨料混凝土，但與天然骨料混凝土相比，再生混凝土的耐久性能不高。而混凝土在空氣中的碳化是其最常見的一種腐蝕方式，碳化會(huì)降低混凝土的堿度，破壞鋼筋表面的鈍化膜，使混凝土失去對鋼筋的保護(hù)作用，造成鋼筋的腐蝕。同時(shí)，碳化還加劇了混凝土的收縮，這些都可能導(dǎo)致混凝土裂縫和結(jié)構(gòu)破壞。隨著大氣中CO2濃度不斷提高，工廠中的廢液使河川與地下水中的CO₂濃度逐漸增加，混凝土的碳化也越來越嚴(yán)重^[1]。本方案對再生細(xì)骨料進(jìn)行顆粒整形，有效改善細(xì)骨料的粒形，配制再生混凝土，研究了再生混凝土的碳化性能，以期為再生混凝土的推廣應(yīng)用起一定的借鑒作用。

  1 試驗(yàn)材料

  水泥:山水水泥廠生產(chǎn)的P?O4215普通硅酸鹽水泥。

  粉煤灰:青島四方電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰。

  粗骨料:5～31.5mm連續(xù)級配天然粗骨料，符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》要求的天然碎石^[2]。

  細(xì)骨料:包括天然細(xì)骨料、簡單破碎再生細(xì)骨料和顆粒整形再生細(xì)骨料。天然細(xì)骨料為符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》細(xì)度模數(shù)為2.8的中砂；簡單再生細(xì)骨料是將廢棄混凝土破碎、篩分后得到的再生細(xì)骨料；顆粒整形再生細(xì)骨料是將廢棄混凝土破碎、顆粒整形、篩分后得到的再生細(xì)骨料。

  減水劑:上海麥斯特高效聚羧酸減水劑，摻量為112%，減水率為32%。水:自來水。

  2 試驗(yàn)方案

  本試驗(yàn)采用砂率為35%，減水劑摻量為膠凝材料用量的112%，通過調(diào)整用水量控制坍落度在160～200mm。研究了以下3個(gè)因素對再生細(xì)骨料混凝土碳化性能的影響:

  1)再生細(xì)骨料種類(簡單破碎再生細(xì)骨料和顆粒整形再生細(xì)骨料)。

  2)再生細(xì)骨料取代率(0、40%、70%和100%)。

  3)水泥用量(300、400、500kg/m3)。

  碳化試驗(yàn)按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》^[3]進(jìn)行，在碳化箱中調(diào)整CO2的濃度在17%～23%的范圍內(nèi)，濕度在65%～75%范圍內(nèi)，溫度控制在15～25℃范圍內(nèi)。

  3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

  試驗(yàn)所用配合比及其相關(guān)結(jié)果見表

  1.3.1再生細(xì)骨料種類對混凝土碳化性能的影響

  由圖1—圖3均可看出，簡單破碎再生細(xì)骨料混凝土的碳化深度最大;顆粒整形再生細(xì)骨料混凝土的碳化深度與天然細(xì)骨料混凝土相比略高甚至接近;簡單破碎再生細(xì)骨料顆粒棱角多，表面粗糙，附著水泥漿，吸水率大，不利于混凝土的密實(shí)。顆粒整形再生細(xì)骨料在整形過程中改善了粒形，有效去除了較為突出的棱角和黏附在表面的硬化水泥砂漿，粒形更為優(yōu)化，級配更為合理，用水量有較大程度的降低，從而使混凝土的密實(shí)度提高，碳化深度降低，抵抗碳化性能提高^[4]。

  3.2 再生細(xì)骨料取代率對混凝土碳化性能的影響

  不同的取代率對再生混凝土的碳化性能有重要影響，由圖1—圖3可知，2種再生細(xì)骨料混凝土的碳化深度都隨著再生細(xì)骨料取代率的增加而增大，抗碳化性能隨之降低，這是由于再生細(xì)骨料顆粒在破碎過程中有所損壞，表面存在裂紋，致使混凝土密實(shí)度降低，碳化深度加大，抗碳化性能降低。

  3.3 水泥用量對混凝土碳化性能的影響

圖1—圖3分別為不同膠凝材料用量的簡單破碎再生細(xì)骨料和顆粒整形細(xì)骨料混凝土的碳化性能。由圖可見，隨著水泥用量的增加，再生細(xì)骨料混凝土的抵抗碳化性能增強(qiáng)。水泥用量增多，一方面可以改變混凝土的和易性，提高混凝土的密實(shí)性;另一方面還可以增加混凝土的堿性儲(chǔ)備，不易使混凝土中性化，因此水泥用量越大，其碳化速度越慢^[5]。

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  圖1 不同水泥用量對再生骨料混凝土的碳化性能影響 

  4 結(jié)論

  1)簡單破碎再生細(xì)骨料混凝土的抗碳化性能最弱,顆粒整形再生細(xì)骨料混凝土的抗碳化性能與天然 骨料混凝土的相當(dāng)并稍有提高。

  2)簡單破碎再生細(xì)骨料和顆粒整形再生細(xì)骨料混凝土的碳化深度都是隨著再生細(xì)骨料取代率的增加而增大。

  3)隨著水泥用量的增加,再生細(xì)骨料混凝土的抗碳化性能增強(qiáng)。

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