再生細(xì)骨料摻量對(duì)混凝土抗?jié)B性能及微觀結(jié)構(gòu)的影響

陳遠(yuǎn)遠(yuǎn)

[摘要]總水灰比一定，變化再生細(xì)骨料的摻量配制混凝土，通過ASTMC1202法測定再生細(xì)骨料混凝土的抗?jié)B性，采用ESEM掃描再生細(xì)骨料混凝土界面結(jié)構(gòu)形貌，運(yùn)用孔結(jié)構(gòu)分析儀測定再生細(xì)骨料混凝土的孔結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明：總水灰比一定，隨著再生細(xì)骨料摻量的增大，再生細(xì)骨料混凝土界面過渡區(qū)變得明顯，界面結(jié)構(gòu)性能及水泥石密實(shí)度下降，孔隙率增大，平均孔徑及大于50nm的孔結(jié)構(gòu)比例都增大，混凝土抗?jié)B性能降低。

[關(guān)鍵詞]再生細(xì)骨料；混凝土；杭滲性能；界面結(jié)構(gòu) 文章編號(hào)：2095-4085（2018）06-0001-04

大規(guī)模的城市建設(shè)產(chǎn)生了大量的廢棄混凝土，對(duì)廢棄混凝土的處置是一大難題。利用由廢棄混凝土破碎并篩分成的再生骨料，部分或全部取代天然砂配制出的混凝土，其耐久性能可能會(huì)差于由天然砂配制的混凝土，而抗?jié)B透性能的強(qiáng)弱直接反映了耐久性能的好壞。由于影響再生混凝土的微觀結(jié)構(gòu)是影響其抗?jié)B性能的根源，因此為再生混凝土提供一個(gè)致密高強(qiáng)的界面結(jié)構(gòu)是改善再生混凝土耐久性能的重要途徑[1]。因此有必要研究不同摻量的再生骨料對(duì)混凝土抗?jié)B性能及微觀結(jié)構(gòu)的影響。

近年來對(duì)于再生骨料混凝土的抗?jié)B性能或的微觀結(jié)構(gòu)研究，許多學(xué)者已取得一定成果。以工程實(shí)際配合比為基礎(chǔ)的再生骨料混凝土的抗?jié)B性隨著再生骨料取代率的增大，其抗?jié)B性優(yōu)于對(duì)比的原生混凝土[2]。粉煤灰低摻量等量取代水泥，可以顯著提高再生混凝土的抗?jié)B性能[3，4]。改性再生粗骨料配制出的混凝土抗?jié)B性能與天然骨料配制的混凝土性能相當(dāng)，且當(dāng)摻量達(dá)100%時(shí)仍滿足工程使用要求[5]。再生混凝土中界面過渡區(qū)中水化產(chǎn)物含量比普通混凝土低，使得再生混凝土過渡區(qū)密實(shí)性差于普通混凝土，進(jìn)而影響到宏觀性能[6]。以上研究都集中在再生粗骨料混凝土微觀結(jié)構(gòu)或抗?jié)B性能的研究上，目前同時(shí)探討再生細(xì)骨料混凝土的抗?jié)B性能及微觀結(jié)構(gòu)的研究較少。本文針對(duì)再生細(xì)骨料摻量對(duì)混凝土抗?jié)B性能及微觀結(jié)構(gòu)的影響展開研究，并在此基礎(chǔ)上探討宏觀性能與微觀結(jié)構(gòu)特征之間的關(guān)系。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)原材料

粗骨料采用飽和面干吸水率為0.2%的碎石，顆粒級(jí)配見表1。天然砂細(xì)度模數(shù)為2.13，飽和面干吸水率為1.2%，比表面積為139.53cm2/g；再生細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)為2.76，飽和面干吸水率為7.2%，比表面積為74.44cm2/g。細(xì)骨料的級(jí)配見表2。膠凝材料采用福建煉石牌42.5R普通硅酸鹽水泥及寧德Ⅱ級(jí)粉煤灰。減水劑采用福建建科院生產(chǎn)的TW-4緩凝高效減水劑，減水率15%～25%，最佳摻量βR為2%。

1.2 變化參數(shù)

變化再生細(xì)骨料取代天然砂的比例，即再生細(xì)骨料的摻量βRE為：0% ，25%，50%，75%和100%。

1.3 試驗(yàn)配合比

由于再生細(xì)骨料吸水率較大，且其它粗、細(xì)骨料也具有一定吸水性，則總用水量應(yīng)在計(jì)算用水量基礎(chǔ)上附加上這些骨料在烘干狀態(tài)下吸水至飽和面干狀態(tài)所需的水量。凈用水量指總用水量扣除粗、細(xì)骨料在摻入混凝土之前已經(jīng)含有的水量后剩余的水量。吸水率大這一特點(diǎn)使再生細(xì)骨料在混凝土中的吸水過程為一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程，在再生細(xì)骨料從水泥漿中吸水或返水的過程下，混凝土中未被骨料吸收的水與水泥的質(zhì)量比為有效水灰比，有效水灰比隨時(shí)間變化。

為保證各配合比材料的統(tǒng)一性，試驗(yàn)前石子與天然砂都被事先烘干，含水率都為0。配合比設(shè)計(jì)中混凝土采用含水率為3.5%的白然氣干狀態(tài)的再生細(xì)骨料配制。本文計(jì)算用水量為183kg/m3，試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)中砂率為0.4，總水灰比為0.61，粉煤灰用量為水泥用量的15%，減水劑用量為膠凝材料用量的2%，配合比見表3。其中編號(hào)1～5配合比對(duì)應(yīng)的混凝土中再生細(xì)骨料的摻量分別為：0%，25%，50%，75%和100%。

1.4 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

1.4.1 抗?jié)B性能

根據(jù)表3中的配合比，每組配合比制作一個(gè)尺寸為100mm×100mm×400mm的再生細(xì)骨料混凝土試樣，將試樣養(yǎng)護(hù)28d后，再將其切割成三個(gè)100mm×100mm×50mm的再生細(xì)骨料混凝土試樣，將試樣上下表面抹平后，用直尺測量試樣中心厚度。試樣養(yǎng)護(hù)至齡期時(shí)，將石蠟涂于試樣側(cè)面，必要時(shí)填補(bǔ)涂層中較大的孔洞以保證試樣側(cè)面完全密封。采用電通量法（ASTMC1202法），測試第6h再生細(xì)骨料混凝土的電通量，以評(píng)價(jià)再生細(xì)骨料混凝土抗?jié)B性能。

1.4.2 界面形貌及孔結(jié)構(gòu)

采用表3中的配合比，每組配合比制作一個(gè)尺寸為150mm×150mm×150mm的再生細(xì)骨料混凝土試樣，將試樣養(yǎng)護(hù)28d后，取若干試樣，選取混凝土中水泥石與骨料交界的部分進(jìn)行切片，切成大約為1cm3的混凝土小片，將切片置于無水乙醇中以中止水泥水化，48h后將切片置于60℃條件下烘干至恒重，取出混凝土切片試樣，將試樣置于真空中對(duì)新鮮混凝土斷面進(jìn)行鍍碳膜，然后置于福州大學(xué)光電顯示技術(shù)研究所的日立S-3000N型掃描電子顯微鏡掃描電鏡（ESEM掃描電鏡）下觀察，得到再生細(xì)骨料混凝土的界面形貌圖。

取養(yǎng)護(hù)后的剩余試樣，將距離粗骨料8mm范圍以內(nèi)的混凝土用錘頭敲下得到混凝土小塊，除去混凝土小塊表面的沙粒和雜質(zhì)，將切片置于無水乙醇中以中止水泥水化，48h后將切片置于60℃條件下烘干至恒重，最后送入北京金埃譜科技有限公司生產(chǎn)的V-Sorb 2800S孔結(jié)構(gòu)分析儀中進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)測試，得到累計(jì)孔體積、平均孔徑、孔徑分布等試驗(yàn)結(jié)果。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 抗?jié)B性能

通過ASTMC1202法測量第6h再生細(xì)骨料混凝土的電通量，電通量變化曲線圖見圖1。從圖1可以看出當(dāng)再生細(xì)骨料摻量增大時(shí)，混凝土電通量增大，混凝土抗?jié)B性能降低。

2.2 界面形貌及孔結(jié)構(gòu)

由圖2知，隨著再生細(xì)骨料摻量的增大，混凝土內(nèi)部集料與水泥石界面過渡區(qū)域分界線變得明顯，界面密實(shí)度下降，水泥石之間的大孔隙增多，孔隙分布變得不均勻；由圖3知再生細(xì)骨料混凝土水泥石的累計(jì)孔體積增大，水泥石密實(shí)度降低；由表4知混凝土平均孔徑、較大孔徑與較小孔徑的孔結(jié)構(gòu)比例及水泥石中對(duì)抗?jié)B性能有較大影響的孔徑大于50nm的孔結(jié)構(gòu)比例也增大。

分析表3知隨著再生細(xì)骨料摻量的增大，凈水灰比減小，由于再生細(xì)骨料從水泥漿中吸水量增加，導(dǎo)致有效水灰比減小，這有利于集料與水泥石間的界面強(qiáng)度及水泥石本身強(qiáng)度的提高，但由于再生細(xì)骨料比表面積比河砂大，當(dāng)摻量增大時(shí)需要有更多漿體包裹再生細(xì)骨料，這便導(dǎo)致混凝土界面及水泥石缺陷都增多，造成孔隙分布不均，進(jìn)而引起界面及水泥石密實(shí)度下降，且下降的幅度大大超過有效水灰比減小導(dǎo)致界面及水泥石密實(shí)度提高的幅度，最終導(dǎo)致隨再生細(xì)骨料摻量的增大，混凝土界面強(qiáng)度降低，界面區(qū)域分界線變明顯，累計(jì)孔體積及平均孔徑增大且較大孔徑與較小孔徑的孔結(jié)構(gòu)比例及水泥石中對(duì)抗?jié)B性能有較大的影響的孔徑大于50nm的孔結(jié)構(gòu)比例都增大。因此隨著再生細(xì)骨料摻量的增大，混凝土的抗?jié)B性能呈現(xiàn)下降的趨勢，微觀試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了宏觀現(xiàn)象。

3 結(jié)語

根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，可得到如下結(jié)論：

（1）隨著再生細(xì)骨料摻量的提高，集料和水泥石的界面分界線變得明顯，界面密實(shí)度下降，水泥石之間的大孔隙增多，孔隙分布變得不均勻，導(dǎo)致混凝土抗?jié)B性能下降。

（2）隨著再生細(xì)骨料在混凝土中摻量的增大，再生細(xì)骨料混凝土中的水泥石密實(shí)度降低，平均孔徑增大，水泥石中對(duì)抗?jié)B性能有較大的影響的孔徑大于50nm的孔結(jié)構(gòu)比例也增大，導(dǎo)致混凝土抗?jié)B性能下降。

參考文獻(xiàn)：

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