再生细骨料粒径及掺量对混凝土抗冻性能的影响.pdf

第 1 5卷第 3 期 2 0 1 2年 6月 建筑材料学报 J 0URNAL 0F B UI L DI NG MATE RI ALS Vo I _ 1 5， No 3 J u n ， 2 0 1 2 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 3 8 2 0 4 再生细骨料粒径 及掺 量对 混凝 土抗冻性 能的影响 孙 家瑛 ， 耿健 ( 浙江 大学 宁波 理工 学 院 绿 色建 材与 废弃 物资 源化 研究 中心 ， 浙 江 宁 波 3 1 5 1 0 0 ) 摘要 ：采 用快速 冻融 法研 究 了再 生 细骨料 粒径 、 掺 量 以及 粉煤 灰 对混凝 土抗 冻性 能 的 影响 结 果表 明 ： 再 生细骨料 混凝 土 的抗 冻性 能 明显 劣 于相 同配合 比 的基 准 混 凝 土 ； 随 着再 生 细骨 料 最 小 粒 径 尺 寸减 小 、 掺 量增加 ， 混 凝土 的抗 冻性 能 下降 ， 当再 生细骨 料 最小粒 径尺 寸0 1 6 mm， 掺 量 4 0 ( 质量分数) 时， 混凝土抗冻性能下降很 大； 尽 管再生细骨料 混凝土 的抗冻性能随着粉煤灰掺量的 增加而有所下降， 但掺粉煤灰后再生细骨料混凝土的抗冻性能仍明显优 于未掺粉煤灰的再 生细骨 料 混凝 土 ， 粉 煤灰 对再 生细 骨料 混凝 土的抗 冻性 能具 有 明显 的改善 作 用 关 键词 ： 再 生 细骨料 ；抗 冻性 能 ；粒 径尺 寸 ；粉煤 灰 中图分 类号 ： T U 5 2 8 0 文 献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 2 0 3 0 1 7 Ef f e c t o f Pa r t i c l e S i z e a n d Co n t e nt o f Re c y c l e d Fi ne Ag g r e g a t e o n Fr o s t Re s i s t a n c e o f Co nc r e t e S UN Ji a y i n g， GENG J i a n ( Re s e a r c h Ce n t e r o f Gr e e n Bu i l d i n g M a t e r i a l s a n d W a s t e Re s o u r c e s Re u s e ，Ni n g b o I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y， Z h e j i a n g Un i v e r s i t y ，Ni n g b o 3 1 5 1 0 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e i n f l u e n c e o f p a r t i c l e s i z e a n d c o n t e n t o f r e c y c l e d f i n e a g g r e g a t e ( RF A)a s we l l a s f l y a s h o n f r os t r e s i s t a nc e o f c o nc r e t e we r e s t u d i e d by f r e e z i n g t ha wi ng t e s t The r e s ul t s i nd i c a t e t h a t t he f r os t r e s i s t a n c e o f r e c y c l e d f i n e a g g r e g a t e c o n c r e t e ( RF AC)i s i n f e r i o r t o n o r ma l c o n c r e t e ，i t i s d e t e r i o r a t e d wi t h d e - c r e a s i ng i t s mi ni mum pa r t i c l e s i z e a nd i nc r e a s i ng i t s c o nt e nt W he n t he mi n i m u m pa r t i c l e s i z e i s s ma l l e r t h a n 0 1 6 mm a n d t h e c o n t e n t i s h i g h e r t h a n 4 0 ( b y ma s s ) ，t h e f r o s t r e s i s t a n c e o f RF AC s i g n i f i c a n t l y d e t e r i o r a t e s Th e f r os t r e s i s t a n c e o f RFAC d e t e r i o r a t e s wi t h i nc r e a s i ng f l y a s h c o nt e nt ，bu t i t i s s t i l l g oo d t ha n t h a t of RFAC wi t h ou t f l y a s h Thi s i n di c a t e s t ha t f l y a s h i S g o od f or RFAC t o i n e r e a s e t he f r os t r e s i s t a nc e Ke y wo r d s ：r e c y c l e d f i n e a g g r e g a t e ( RF A) ；f r o s t r e s i s t a n c e ；p a r t i c l e s i z e ；f l y a s h 再生 骨料 是一 种 多孔 、 高吸水 率 的人造 骨 料 ， 因 此其 对 混凝 土 的抗 冻 性 能有 重 要 影 响 许 多 研 究 者 的研究表 明， 再生骨料混凝土具有 良好 的抗冻性 ， 甚 至优于同水灰 比的普通混凝 土， 这是 由于再生骨料 较大孔隙率在起到微养护作用 的同时 ， 还可 降低混 凝土 内部界面处水泥砂浆水灰 比， 改善界面质量的 缘故口 然 而 ， 更 多 研究 者口 的研 究表 明 ， 再 生骨 料 混凝 土 的抗冻 性 能 低 于普 通 混 凝 土 ， 再 生骨 料 是 再 生混 凝 土抗冻 性 能 的薄 弱 环 节 再 生 细 骨 料 粒径 虽 然 比再生粗骨料要小很多， 但是再生细骨料的孔 隙 率更 高 ， 吸水量 更 大 ， 因此再 生 细骨 料 比再 生 粗 骨料 更容易成为混凝土抗冻性能的薄弱环节 ， 但 目前关 于再生细骨料对混凝土抗冻性能影 响的研究较少 ， 故本 文 对此 展开 了研 究 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 1 0 4 ；修订 日期 ： 2 0 1 i - 0 7 0 4 基金项 目： 浙 江大学 宁波理 工学院人才引进启动基金资助项 目 第一作者 ： 孙 家瑛 ( 1 9 6 O 一 ) ， 男 ， 上海人 ， 浙江大学宁波理工学院教授 ， 博士 E ma i l ： j a k y s 1 6 3 c o m 通信作者 ： 耿健( 1 9 7 8 一) ， 男 ， 内蒙古赤 峰人， 浙江 大学宁波理工学 院副教授 ， 博士 E ma i l ： g e n g j i a n wh u t e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 孙家瑛 ， 等 ： 再生细骨料粒径及掺 量对混凝土抗冻性能 的影 响 3 8 3 1 试验 1 1 原 材料 水 泥 ( C) ： 海 螺 牌 4 2 5级 普 通 硅 酸 盐 水 泥 ， 其 化 学组 成” 见 表 1 ； 粉 煤灰 ( F A) ： 国华 宁海 电厂 级 灰 ， 其化 学组 成见 表 1 ； 减 水 剂 ( J S ) ： 聚 羧 酸 类 减 水 剂 ； 粗 骨料 ( A) ： 5 3 2 5 c m 连 续 级配 的石 灰 石 ； 天 然细骨料( S ) ： 普通河砂 ， 细度模数2 7 ； 再生细骨料 ( RF A) ： 由中冶天工上海十三冶建设有限公司商品 混 凝 土分公 司提 供 的材料 来源 相 同的经 机械 破 碎 而 成 的再 生细 骨料 根据 级 配 特点 ， 再 生 细 骨料 分 为 3 种 ， 其 粒 径 变 化 范 围 分 别 主 要 集 中 在 O 5 mm， 0 1 6 5 mm和 0 3 1 5 5 ram( 见 表 2 ) ， 并依 次 标 记 为 R F A1 ， R F A2和 R F A3 不 同 细 骨料 的物 理 性 能 如表 2所 示 表 1 主要原材 料的化 学组成 T a b l e 1 C h e mi c a l c o mp o s i t i o n s ( b y ma s s )0 f ma i n r a w ma t e r i a l s 表 2 不同细骨料的级配和物理性能 T a b l e 2 Gr a d a t i o n a n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f d i f f e r e n t fin e a g g r e g a t e s Fi n e a ggr e gat e Fi n e n e s s m o du l e Bul k W a t e r d e n s i t y a b s o r p t i o n ( k g m ) ( b y ma s s ) 3 4 1 0 9 2 4 2 0 6 2 2 4 3 6 4 0 8 2 2 2 3 7 0 0 4 2 3 8 4 2 6 1 2试验 方 法 采用快 速冻 融法 测试 再生 细 骨料混 凝 土 的抗 冻 性能 ， 试块尺寸 为 1 0 c m1 0 c m4 0 c m， 每 组 3 块 基准混凝土( L C 0 ) 配合 比为 ： re( C ) ： m( A) ： ( S ) ： 仇( W ) ： m( J S ) ： = = 3 8 8 0： 1 1 0 2 0： 7 3 5 0： 1 5 5 0： 5 4 为 了研 究再 生 细 骨 料粒 径 对 混 凝 土 抗 冻 性 的影 响 ， 分别 用再 生 细 骨 料 R F A1 ， R F A2和 R F A3取 代 河 砂 ( s ) ， 取代率为 4 0 ， 并依次记 为 L C 1 4 ， L C 2 4和 L C 3 4 同时 ， 为研 究 再 生 细 骨 料 掺 量 对 混 凝 土 抗 冻 性 的影 响 ， 还 用 R F A1 分 别 取 代 2 O ， 4 O ， 6 0 和 8 O 的河 砂 ( S ) ， 并 依 次记 为 L C 1 2 ， L C 1 4 ， L C 1 6和 L C1 8 上述试样 2 8 d抗压强度和坍落度见表 3 此 外 ， 为研究 粉煤 灰 对 再 生 细 骨 料 混凝 土 抗 冻 性 的影 表 3混凝土抗压 强度和 坍落度 T a b l e 3 Co mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d s l u mp o f c o n c r e t e 响 ， 在 L C 1 4配 合 比 基 础 上 ， 用 粉 煤 灰 取 代 1 O ， 2 O 9 6 和 3 0 的 水 泥， 并 依 次 记 为 L C F 1 ， L C F 2 和 LCF 3 按 S L 3 5 2 - 2 0 0 6 ( 水 工 混 凝 土试 验 规 程 测 试 混 凝土 的抗 冻 性 能 试 块 在 水 中养 护 至 2 8 d后 ， 放 入 T R D型冻融试验箱 设置冻融循环温度为一( 1 8 2 ) ( 6 2 ) ， 单 次 循 环 时 间 为 3 4 h ， 然 后 每 隔 2 5次 循 环测试 试 块 的动弹 性 模量 当试 块 相 对 动 弹 性 模量 损失 超过 6 O 9 6 时试 验 结束 ， 并 以此 时 的冻融 循 环 次 数 作 为 评 价 再 生 细 骨 料 混 凝 土 的 抗 冻 性 指 标 采 用 预 留 的 L C 0 ， L CI 4和 L C F 2的砂 浆 试 样 L S 0 ， L S 1 4和 L S F 2 ， 测 试 骨 料 对 混 凝 土 孔 结 构 的 影 响 2试验结果及讨论 2 1再 生细 骨料粒 径 再 生 细骨 料粒径 对 混凝 土抗 冻性 能 的影 响见 图 1 由图 1可知 ： 随着 冻融 循环 次数 的增 加 ， 所有 试 块 的相对动弹性模量都出现 明显 的下降 ； 在冻融循环 次数 相 同的条 件 下 ， 再 生 细 骨 料混 凝 土 的相 对 动 弹 性 模 量 明显 低 于 基 准 混 凝 土 ( L C O ) ； 相 对 动 弹 性 模 量下 降到 6 0 时 ， 基 准混 凝 土所 经 历 的 冻融 循 环 次 数超 过 2 0 0次 ， 而 L C 1 4 ， L C 2 4和 L C 3 4所 经历 的循 1 )文 中涉及的化学组成 、 配合比等除特别说明外均为质量分数或质量 比 呲 S 1 2 3 队 队 队 R R R 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 4 建筑材料学报 第 1 5 卷 环次 数 要低 于 2 0 0次 ， 这 说 明再 生 细 骨料 的使 用对 混凝 土 的抗 冻性 能 有 负 面影 响 ， 将 导致 混 凝 土 抗 冻 性 能 的下 降 ； 在 冻融 循 环 次 数相 同条 件下 ， L C I 4的 相对 动 弹性模 量 略低 于 L C 2 4 ， 但该 两者 的相对 动 弹 性模 量要 明显低 于 L C 3 4 ， 这表 明再 生细 骨料 最小 粒 径尺寸对混凝土抗冻性能存在一定 的影响， 即随着 再 生细 骨料 最小 粒 径 尺 寸 的减 小 ， 混凝 土 的抗 冻 性 能逐渐变差 ， 当再 生细 骨料 最小 粒径 尺 寸O 1 6 mm 时 ， 混凝 土抗 冻性 能最 差 图 1 再生 细骨料粒 径对 混凝土抗冻性能的影响 Fi g 1 Ef f e c t o f RFA p a r t i c l e s i z e o n f r os t r e s i s t a nc e of c onc r e t e 随着 再生 细骨 料 最 小 粒 径 尺寸 的减 小 ， 骨料 中 粉料 数量 和 吸 水 率 ( 见 表 2 ) 逐 渐 增 大 粉料 数 量 的 增 大会导 致混 凝 土 中水 泥对 粉 料 的包 裹 不 足 ， 降 低 了硬 化混 凝 土 的机 械 啮 合力 ， 从 而影 响 了混 凝 土 的 抗冻 性 另外 ， 再 生 细 骨 料 中存 在 一 定 数 量 的孔 隙 当再生细骨料吸水后 ， 受冻融循环作用 ， 在骨料孔隙 中将 产生 静力 压力 ， 当静力 压力 超过 骨料 强度 时 ， 将 引起 混凝 土 的破坏 而 再生 细骨 料 吸水 率 越大 ， 其 在 冻融 循环 过 程 中所 形 成 的 静 力压 力 也 越 大 ， 对 混 凝 土 的破 坏也 越严 重 2 2 再 生细 骨料 掺量 再 生细 骨料掺 量 对混 凝土 抗冻 性能 的影 响见 图 2 由 图 2可 知 ： 当 再 生 细 骨 料 掺 量 为 2 O 时 ， 再 生 细 骨料 混凝 土经 相 同次数 冻融 循环后 的相对 动 弹性 图 2 再生细骨料 掺量 对混凝土抗冻性能的影响 Fi g 2 Ef f e c t o f RFA c o nt e nt o n f r os t r e s i s t a n c e o f c o nc r e t e 模量 与基 准混 凝 土 相 近 ， 同时 当 相对 动 弹性 模 量 下 降到 6 O 时 ， 再 生细 骨料 混 凝 土所 经 历 的 冻融 循 环 次数 也与 基准 混凝 土相 当 ， 均大 于 2 0 0次 但是 当再 生 细 骨 料 掺 量 4 O 时 ， 混 凝 土 ( L C 1 4 ， L C1 6和 L C 1 8 ) 的相对 动 弹性 模 量 出现 明显 的下 降 ， 而 且 随 着骨料掺量的增加 ， 混凝土相对动弹性模量下 降更 为明显 此外 ， 当相对动 弹性模量 下 降到 6 O 时 ， L C 1 4 ， L C 1 6 和 L C 1 8所 经历 的冻融 循环次 数也 出 现 明显 的减少 2 3粉煤灰 关 于粉煤 灰对 普 通混凝 土抗 冻性 影 响 的研 究 比 较多 ， 但不同研究所得的结论差异很大 有些研究结 果表明， 掺粉煤灰混凝 土的抗冻性能优于普通 混凝 土， 有些研究结果则显示这 2种混凝土抗冻性 能没 有 明显 差异 ， 也 有 不 少 研究 发 现 掺 粉 煤 灰 混 凝 土 的 抗 冻性 能劣 于普 通混 凝土 ， 可 见 ， 关 于粉 煤灰 对 普 通 混凝土抗冻性能的影响 ， 目前 尚无统一的结论l 6 粉煤灰 对再 生 细骨料 混凝 土抗 冻 性能 的影 响 如 图 3 所示 由图 3可知 ： ( 1 ) 掺入粉煤灰后 ， 再生细骨 料混 凝土 ( L C F 1 ， L C F 2和 L C F 3 ) 相 对 动 弹性 模 量 下 降到 6 0 时 所 经 历 的 冻 融 循 环 次 数 与基 准 混 凝 土相 当 ， 且 明显 大 于 未 掺 粉煤 灰 再 生 细骨 料 混 凝 土 ( L C 1 4 ) 所 经历 的冻 融循 环 次数 ， 这 说 明粉 煤灰 对 再 生细骨料混 凝土 抗冻 性能 具有 很好 的改 善作 用 ； ( 2 ) 经相 同次 数 冻 融循 环 后 ， L C F 1 ， L C F 2和 L C F 3 三 者相对 动 弹性 模 量 存 在 一定 的差 异 ， 当冻 融 循 环 次数1 7 5次时， 该差异更为明显 ， 即随着粉煤灰掺 量 的增加 ， 再 生细 骨料 混凝 土相 对 动弹性 模 量 降低 例 如 ， L C F 1 ， L C F 2和 L C F 3经 历 2 0 0次 冻融 循 环 后 的相对动 弹性模 量 分别 为 6 8 7 ， 6 3 5 和 6 0 7 由此可见， 尽管粉煤灰 能够提高再生细骨料混凝 土 的抗冻性能 ， 但是随着其掺量的增加， 混凝土抗冻性 能仍呈逐渐下降的趋势 图 3 粉煤灰对再生细骨料混凝 土抗 冻性能的影响 F i g 3 Ef f e c t o f F A o n f r o s t r e s i s t a n c e o f r e c y c l e d f i n e a g gr e ga t e c o nc r e t e 扫【 。 一 B 1 Q 0 s n I 弓 0 吕 3 I辱 呈 口0 一 丑I 。 一 B I 0 n l j 勺 0 吕 u 一 昌对 I I 言 A l 一 A u 一 器_10 0 I l n p 0 目 0 一 唇 u 0 专 _I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 孙 家瑛 ， 等 ： 再 生细骨料粒径及掺量对混凝土抗冻性 能的影 响 3 8 5 2 4讨 论 砂浆试样 的孑 L 结 构特征见 表 4 由表 4可知 ， L S 1 4中孔径尺寸2 0 n m 的孔数量为 6 8 1 ( 体积 分 数 ， 下 同 ) ， 与 L S 0的 孔数 量 ( 6 6 2 ) 相 当 ， 但 是 孔 径 尺寸 为 5 0 1 0 0 n m 以及孔 径尺 寸 1 0 0 n l T l 的 孑 L 数量要明显多于 L S 0 ， 这表明再生 细骨料 的使用 外 ， 掺 粉 煤 灰 L S F 2中孔 径 尺 寸 2 0 n m 的孔 数 量 为 6 4 8 ， 略低 于 L S 0和 L S 1 4 ， 而孔径 尺寸 为 5 0 1 0 0 n m 以及 孑 L 径 尺寸 1 0 0 n m 的孔 数 量 要 明显 多 于 L S 0 ， 而 低 于 L S I 4 ， 这 表 明粉 煤灰 对 再 生 细 骨 料 混凝 土 的孑 L 结 构 具 有 一 定 改 善作 用 ， 其 可 以使 孔 径 细化 ， 增 大凝 胶孔 数量 ， 从 而改善 再生 细骨 料 混凝 土 将 导致 混凝 土孔 结构 的劣 化 ， 使 其抗 冻性 能 下 降 此 的抗 冻性 表 4砂浆试 样的孔结构特征 Ta b l e 4 P o r e s t r u c t u r e o f mo r t a r s a mp l e s 3 结 论 ( 1 ) 随着 再 生细骨 料最 小粒 径 尺寸 的减 小 ， 混凝 土 的抗 冻性 能逐 渐 变 差 ， 当再 生 细 骨 料 最 小粒 径 尺 寸 0 1 6 mm 时 ， 混 凝 土抗 冻 性 能 最 差 当再 生 细 骨 料掺 量 4 0 时 ， 混 凝 土 的 相对 动 弹 性模 量 出现 明显 的下降 ， 而且随着再生细骨料掺量的增加， 混凝 相对 动 弹性模 量 下降更 为 明显 ( 2 ) 尽管 再生 细骨 料 混 凝 土 的抗 冻 性 随 着 粉 煤 灰掺量的增加而有所下降， 但掺粉煤灰 后再生细骨 料混凝土的抗冻性能仍 明显优于未掺粉煤灰的再生 细 骨料混 凝土 粉 煤 灰 对 再 生 细 骨料 混 凝 土 的抗 冻 性能 具有 明显 的改 善作 用 参 考文 献 ： 1 肖建庄 再 生混凝 土 M 北京 ： 中国建筑 工业 出版 社 ， 2 0 0 8 ： 8 2 8 3 XI AO J i a n -一z h u a n g R e c y c l e d c o n c r e t e M B e ij i n g ： C h i n a At - c h i t e c t u r e a n d Bu i l d i n g Pr e s s ， 2 00 8： 8 2 8 3 ( i n Ch i ne s e ) 2 GOKC E A， NAGA TAKI S， S AE KI T， e t a 1 F r e e z i n g a n d t h a w - i n g r e s i s t a n c e o f a i r -e n t r a i n e d c o n c r e t e i n c o r p o r a tin g r e c y c l e d c oa r s e a g g r e g a t e ： T1h e r o l e o f air c o n t e nt i n d e mo l i s he d c o nc r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 5 ) ： 7 9 9 8 0 6 3 KA WAMURA MR e u s e o f r e e y d e d c o n c r e t e a g g r e g a t e f o r p a v e me n t C P r o c e e d i n g s o f t h e S e c o n d I n t e r n a ti o n a l RI L E M Sy mp o s i um o n De mo l i t i o n a n d Re u s e o f Co n c r e t e a nd M a s o r v r y T o k y o ， J a p a n ： s n ， 1 9 8 8： 7 2 6 7 3 5 4 HAS AB A S ， KAWAMURA M Dr y i n g s h r i n k a g e a n d d u r a b i l i t y o f t h e c o n c r e t e ma d e o f r e c y de d c o n c r e t e a g g r e g a t e j T r a n s a c tio n s o f t h e J a p a n Co n c r e t e I n s tit u t e ， 1 9 81 ， 3( 3 )： 5 5 5 崔正龙 ， 大芳簧羲喜 ， 北迁政 文 ， 等 再 生混凝土 的冻融循 环试 验研究 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 7 ， 1 0 ( 5 ) ： 5 3 4 5 3 7 CUI Z he n g l o n g， oHAGA Yo s h i -一 k i ， KI TATS UUl Ma s a h umi e t a 1 Ex pe r i me n t a l r e s e a r c h o n f r e e z i n g- t h a wi n g c y c l e o f r e c y - c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e J J o u r n a l o f B u il d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 7 ， 1 0( 5 )： 5 3 4 - 5 3 7 ( i n( 2 1h i n e s e ) 6 袁晓露 ， 李北星 ， 崔巩 ， 等 粉煤 灰混凝土 的抗冻性 能及机理 分 析 J 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 4 3 4 4 YUAN Xia o -一 l u， LI Be i x i n g， CU 1 Go n g， e t a 1 Fr o s t r e s i s t a n c e o f f l y a s h c o n c r e t e a n d k s me c h a n i s m- J C o n c r e t e ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 4 3 44 ( in C ；hi n e s e ) 7 张誉 ， 蒋利学 ， 张伟平 混凝 土结 构耐久性概论 M 上海 ： 上 海 科学技术出版社 ， 2 0 0 2 ： 1 0 4 1 0 6 ZHANG Yu， J I ANG L i xu e ， ZHANG W e i - p i n g Co ns p e c t u s o f c o n c r e t e s t r u c t u r e d u r a b il it y M S h a n g h a i ： S h a n g h ai S c i e n ti fi c & T e c hn i c a l Pu b l i s he r s， 2 0 02 ： 1 O 4 一 l 0 6 ( i n Chin e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m