試述建筑垃圾復(fù)合粉體材料對混凝土抗凍性能的影響

徐國新

摘要：為了改善建筑垃圾磨細(xì)粉活性，提高再生利用率，本文將建筑垃圾復(fù)合粉體材料對混凝土抗凍性能的影響作了研究，為建筑垃圾復(fù)合粉體材料在混凝土中應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：建筑垃圾復(fù)合粉體材料；力學(xué)強(qiáng)度；抗凍性能；鹽凍腐蝕

中圖分類號：U414文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-3024（2017）02-0160-01

1.實(shí)驗(yàn)

1.1原材料水泥

京都牌42.5級普通硅酸鹽水泥，表觀密度3.112 g，Cm3；粗集料：石料廠破碎碎石；細(xì)集料：普通河砂，細(xì)度模數(shù)2.48；水：普通飲用水。原材料各項(xiàng)性能均滿足規(guī)范要求。建筑垃圾磚粉化學(xué)組成為SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CAO、MgO等，其中CAO含量較少，僅為1.13%，這也可能是導(dǎo)致建筑垃圾磚粉活性較小的原因之一。除Si0₂結(jié)晶峰較高外，其他結(jié)晶峰較低，說明建筑垃圾磚粉有一定的玻璃態(tài)含量。用化學(xué)滴定法測定了建筑垃圾磚粉中的活性物質(zhì)，結(jié)果表明，建筑垃圾磚粉中含有活性SiO₂約6%，活性Al₂O₃約2.3%，說明建筑垃圾磚粉具有一定的水化活性，但活性較小。建筑垃圾磚粉粗細(xì)顆粒分布不均勻，顆粒級配較差，這可能是導(dǎo)致建筑垃圾磚粉活性較低的第二個(gè)原因。

為提高建筑垃圾磚粉活性，通過多種技術(shù)途徑研究開發(fā)了建筑垃圾復(fù)合粉體材料，其由25%建筑垃圾磚粉、25%粉煤灰、50%礦渣和改性劑復(fù)合而成。建筑垃圾復(fù)合粉體材料各組成材料之間可以達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)效果，產(chǎn)生一定的超疊加效應(yīng)，提高建筑垃圾復(fù)合粉體材料活性。建筑垃圾復(fù)合粉體材料中建筑垃圾磚粉摻量雖然不大，但其具有較好的物理及化學(xué)性能，活性較高，且建筑垃圾復(fù)合粉體材料中廢磚的粉磨能耗僅為水泥熟料的5%，所有材料均不需要二次加熱，是一種技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行的新材料。

1.2實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)用C30基準(zhǔn)混凝土配合比由課題組前期實(shí)驗(yàn)研究得出，在配合比的基礎(chǔ)上，改變建筑垃圾復(fù)合粉體材料摻量（20%、30%和40%），進(jìn)行混凝土試件抗壓、抗彎拉及抗凍實(shí)驗(yàn)研究。鹽凍實(shí)驗(yàn)選用各項(xiàng)性能均較好的摻30%建筑垃圾復(fù)合粉體材料的混凝土試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究不同鹽濃度溶液對試件的鹽凍腐蝕影響，鹽溶液選用2.5%、3.5%和4.5%的NaCl溶液。

2.結(jié)果及分析

2.1強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

不同建筑垃圾復(fù)合粉體材料摻量的C30混凝土抗壓及抗彎拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)建筑垃圾復(fù)合粉體材料摻量小于30%時(shí)，混凝土7d抗壓強(qiáng)度降低并不明顯，摻量為40%時(shí)，7d抗壓強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土降低16.3%。除摻量40%外，摻20%和30%的C30混凝土28d抗壓強(qiáng)度及抗彎拉強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)混凝土。摻量為30%時(shí)，抗彎拉強(qiáng)度提高14.7%，但摻量為40%時(shí)，混凝土強(qiáng)度有所降低，說明建筑垃圾復(fù)合粉體材料摻量小于40%時(shí)，具有較好的強(qiáng)度效應(yīng)。這是由于建筑垃圾復(fù)合粉體材料由建筑垃圾磚粉、粉煤灰及礦粉組成，其中建筑垃圾磚粉及粉煤灰早期活性較小，因而降低了混凝土早期活性。當(dāng)摻量較小時(shí)，建筑垃圾復(fù)合粉體材料的填充效應(yīng)彌補(bǔ)了部分強(qiáng)度的降低，7d抗壓強(qiáng)度降低不明顯；當(dāng)摻量較大時(shí)，水泥水化產(chǎn)物較少，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為疏松，因而強(qiáng)度降低幅度較大。隨著齡期的增長，由于建筑垃圾復(fù)合粉體材料的二次水化反應(yīng)改善了水泥水化產(chǎn)物的組成和混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，因而混凝土強(qiáng)度高于基準(zhǔn)混凝土。

2.2建筑垃圾復(fù)合粉體材料對C30混凝土抗凍性能的影響

不同建筑垃圾復(fù)合粉體材料摻量對C30混凝土抗凍性能的影響結(jié)果。建筑垃圾復(fù)合粉體材料提高了C30混凝土的抗凍性能，且存在最佳摻量30%，相對動彈模量在150次凍融循環(huán)后下降速率增大。這是由于建筑垃圾復(fù)合粉體材料具有較好的顆粒級配，均勻分布于水泥內(nèi)部和集料表面，防止水分在集料表面聚集，并為水泥水化提供“晶核”，優(yōu)化了混凝土界面結(jié)構(gòu)并細(xì)化了混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)；隨著齡期的增長，建筑垃圾復(fù)合粉體材料的火山灰效應(yīng)消耗了部分結(jié)晶度較大的CA（0H）2晶體，生成低堿度c-s-H凝膠，同時(shí)部分未水化的粉體材料還可填充于混凝土內(nèi)部，因而提高了混凝土內(nèi)部密實(shí)度，減少了混凝土內(nèi)部的滲水通道，大大減少了混凝土內(nèi)部可凍水，宏觀上表現(xiàn)為混凝土抗凍性能的提高。考慮到冬季水泥混凝土路面普遍使用除冰鹽，對摻30%建筑垃圾復(fù)合粉體材料的C30混凝土進(jìn)行了不同鹽溶液濃度下的鹽凍耦合實(shí)驗(yàn)。鹽凍耦合作用極大地加劇了C30混凝土的破壞。水凍融實(shí)驗(yàn)條件下，摻30%建筑垃圾復(fù)合粉體材料的C30混凝土可經(jīng)受300次凍融循環(huán)而不破壞，質(zhì)量損失僅為2.12%，相對動彈模量高達(dá)87.2%。而鹽濃度為2.5%時(shí)，其能經(jīng)受225次凍融循環(huán)；鹽濃度為3.5%和4.5%時(shí)，凍融循環(huán)達(dá)到200次時(shí)試件就已經(jīng)破壞。一方面是因?yàn)辂}溶液的加入提高了混凝土的飽和度，增大了混凝土內(nèi)部結(jié)冰壓及滲透壓。另一方面，混凝土從外至內(nèi)溶液濃度不同，結(jié)冰時(shí)形成溫度梯度，受凍時(shí)因分層結(jié)冰而產(chǎn)生應(yīng)力差，導(dǎo)致混凝土開裂，降低了混凝土抵抗凍融破壞的能力。此外，并非鹽濃度越高凍融破壞越嚴(yán)重，當(dāng)鹽濃度為3.5%時(shí)，試件破壞最為嚴(yán)重，其次為4.5%。

3.結(jié)束語

（1）建筑垃圾復(fù)合粉體材料在保證混凝土各項(xiàng)性能的前提下，可節(jié)約水泥、降低能源消耗和保護(hù)環(huán)境，是一種經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行的新材料。

（2）建筑垃圾復(fù)合粉體材料的摻入降低了C30混凝土的早期抗壓強(qiáng)度，但其后期強(qiáng)度增長較快；當(dāng)建筑垃圾復(fù)合粉體材料摻量小于40%時(shí)，混凝土28d抗壓強(qiáng)度及抗彎拉強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)試件。隨建筑垃圾復(fù)合粉體材料摻量的增加，其火山灰效應(yīng)對混凝土強(qiáng)度貢獻(xiàn)越大；摻量為20%和30%時(shí)，28d活性指數(shù)均大于1。