矿物掺合料对再生混凝土性能的影响研究.pdf

2 0 1 3年 第 5期 (总 第 2 8 3 期 ) Nu mb e r 5 i n 2 01 3( To t a l No2 8 3) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及 辅助物料 M ATE RI AL AND ADM I NI CLE 矿物掺合料对再生混凝土性能的影响研究 李滢 ( 青海大学 土木工程学院，青海 西宁 8 1 0 0 1 6 ) 摘要 ： 为了改善再生混凝土 中胶凝材料的颗粒级配， 将不同种类 的矿物掺合料以单掺和复掺的方式加入到再生混凝土中后 ， 对掺入矿物掺合料的再生混凝土的抗压性能及微观结构进行 了研究。 研究发现单掺粉煤灰时再生混凝土的强度均有所降低 ； 复 掺粉煤灰与硅灰后 ， 再生混凝土的 7 d强度略低于单掺粉煤灰的再生混凝土 的强度 ， 但是 2 8 、 6 0 d 强度均超过了后者。 可见复掺 粉煤灰和硅灰后借助硅灰中的大量超细颗粒与粉煤灰颗粒相结合可以有效改善胶凝材料 的颗粒级配， 使得浆体的微观结构趋于 致密 ， 再生混凝土的强度得到明显提高。 关键词 ： 再生混凝土 ；矿物掺合料 ；颗粒级配；微观结构 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 6 5 0 4 St ud y O n t h e i n f l u e n c e o f mi n e r a l a d mi x t u r e O n pe r f or ma n c e of r e c y c l e d c o n c r e t e Ll Yi n g ( S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g， Qi n g h a i Un i v e r s i t y， Xi n i n g 8 1 0 0 1 6 ， Ch i n a ) Abs t r ac t ： I n o r de r t o i mp r o v e t h e pa r t i c l e s i z e g r a d ati o n o f the c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s i n r e c y c l e d c o n c r e t e， a fte r t h e mi n e r a l a d mi x t u r e s we r e mi x e d i n t o r e c y c l e d c o nc r e b y di ffe r e n t mi x i ng me t ho d， the c o mp r e s s i ve s t r e ng t h a n d mi c r o s t r uc t u r e o fr e c y c l e d c o n c r e t e wi t h mi n - e r a l a d mi x t ur e we r e s t ud i e d I t wa s d e mo ns t r a t e d tha t the c o mp r e s s i v e s t r e ng t h o f r e c y c l e d c o n c r e t e d e c r e a s e d wh e n mi x e d b y fly a s h o nl y W h e n mi xe d fly a s h a n d s i l i c a me i n t h e r e c y c l e d c o nc r e t e t he 7 d c o mp r e s s i ve s tre ng t h o f r e c y c l e d c o n c r e t e wa s s l i g h t ly l o we r tha n t h e s t r e n g t h o f r e c y c l e d c o n c r e t e w i t h a s h o n l y ， b m the 2 8 d a n d 6 0 d s tr e n gt h w e r e a l l h i【曲e r t h an the l a t t e r I t s h o we d tha t the u l t r a fi n e p a r t i c l e s i n s i l i c a f u me an d t h e pa r t i c l e s i n n y a s h c o ul d i mp i 。o v e the p a r t i c l e s s i z e g r a d a t i o n o f the c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s e ffe c t i v e l y， S O it s mi c r o s t mc t u r e t e n d s t o b e d e n s e a n d t h e c o mp r e s s i v e s tr e n gth o f r e c y c l e d c o n c r e t e i n c r e a s e d a l s o K e y wor d s ： r e c y c l e d c o n c r e t e ； mi n e r a l a d mi x t u r e ； p a r t i c l e s i z e g r a d a t i o n ； mi c r o s t r u c t u r e 近些年来 ， 利用废弃建筑垃圾制备再生混凝土技术 已 引起 了人们 的高度重视 J1 。 再生混凝土与普通混凝 土相 比， 含有大量的再生骨料 。 由建筑垃圾直接制备而成的再生骨 料 中包括天然骨料 、 硬化砂浆块 以及天然骨料和硬化砂浆 的黏合体 。 故将再生骨料搅拌到混凝土 中后 ， 这部分老砂 浆 的性 能与天然骨料直间的差异必然造成再生混凝土 内 部存在着结构疏松多孔的界面过渡期 ， 从而会直接影响 再生混凝土 的性能 。 同时人 们在研 究再生混凝土材料时 ， 十分注意粗细集料的颗粒级配 ， 使粗细颗粒互相有 良好的 填充 ， 以减少集料 的空隙率 ； 但人 们往往 忽视了再生混凝 土材料中胶凝材料部分 ( 水泥 +掺合料 ) 的颗粒级配问题 。 如果考虑使胶凝材料颗粒形成良好的级配， 从而能够紧密 地填充 ， 有效降低水泥浆体的孔隙率 ， 改善孑 L 结构 ， 势必对 再生混凝土的性能起到改善作用。 以往的研究表明 ， 在再 生混凝土中掺加矿物掺合料 ， 可以有效利用其中的超细颗 收 稿 日期 ：2 0 1 2 1 1 - 1 2 基金项 目：教育部春晖计划项 目( Z 2 0 1 1 0 0 4 ) 粒与水泥颗粒形成 良好的级配从而改善再 生混凝 土的性 能 ， 故本研究就在此方面做了一些尝试性 工作 ， 通 过在再 生混凝土 中单 掺粉煤灰 、 复掺粉煤灰和硅灰这两种矿物掺 合料 ， 探讨矿物掺合料的掺配技术对再生混凝 土抗压强度 及微观结构的影响。 1 原材料及试验 方案 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥 ： 青海大通水泥厂生产 P 0 4 2 5 级水泥 。 ( 2 ) 天然骨料 ： 本研究采 用的天然骨料包括天然碎石 和河砂 ， 天然碎 石采用 西宁市J U J I I 河 的人工碎石 ， 连续级 配 ， 粒径为 5 2 0 m m； 采用西宁市： t k J i l 河的天然砂 ， 细度模 数为 3 0 ， 含泥量为 7 9 。 ( 3 ) 再生粗骨料 ： 采用废弃混凝土块和砖块经破碎加 工而成， 最大粒径为 3 1 5 m m， 根据 普通混凝土用砂石质 量及检验方法标准 ， 测试了粗骨料的基本性能， 见表 1 。 ( 4 ) 矿物掺合料： 采用青海大通桥头电厂的 级粉煤 6 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 灰 ， 细度为 4 5 m方孔筛余 1 1 5 。 ( 5 ) 硅灰： 采用青海民和镁厂生产的硅灰， 密度为2 2 g C C m3 o 表 1 粗骨料的基本性能 1 2 试验 方案 1 2 1 混凝土的配合 比设计 本研 究共 完成 了 N C、 R C1 、 R C 2 、 R C 3 、 R C 4等五个再 生粗骨料 取代率 不同的试验 系列 ， 其再 生粗骨料 取代率 分别为 0 、 3 0 、 5 0 、 7 0 、 1 0 0 。 各 组混凝 土 的配合 比见 表 2 。 1 2 2 试块的制作养护和试验方法 各组混凝土拌合物均采用人工搅拌 ， 具体做法严格按照 G B T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 ( 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 进行 ， 试件浇筑后拆模 ， 在标准养护条件下养护至 7 、 2 8 、 6 0 d 后进行试验。 每组混凝 土共浇筑 1 0 0 m mx l 0 0 mmx l 0 0 mm 立方体试件 9 块 ， 所有试 件均为一批浇筑 完成 ， 混凝 土抗 压强度 的测定严格遵循 普通混凝土力学性能试 验方法标 准 进行 。 再生混凝土 内部微观结构和水化状态 、 水化产物 形态采用 K Y K Y 一 2 8 0 0 型扫描电镜进行测试。 将水化至龄 期的再生混凝土试件压碎后取样 。 取样后 至电子显微镜扫 描观测之前 ， 试样采用无水酒精浸泡以终止水 泥的水化 。 表 2 混凝土的配合比 2 试验 结果及分析 2 1 再生骨料取代率对再生混凝土抗压强度及微 观 结构 的 影 响 再 生骨料 的取代率 对再生混凝土的抗压强度影 响很 大。 总体而言 ， 再生混凝土的抗压强度随着再生骨料的取代 率的增加而降低。 原因可能是由于再生骨料与新旧砂浆之 间存在的黏接较为薄弱； 同时， 再生混凝土本身的用水量 也有所增加 ， 再者由于再生骨料孑 L 隙率较高， 在承受轴向 应力时 ， 容易形成应力集 中， 这些都可能导致再生混凝 土 的强度降低。 由图 1 可以看 出， 用再生骨料配制的再生混凝土均表 现出 良好 的力 学性能 。 其 中当取代 率为 3 0 、 5 0 、 1 0 0 时 ， 再生混凝 土的抗压强度 随着再生骨料取代率的增加表 6 6 60 日 5 O 40 ，o 1 2 0 10 0 7 2 6【 】 水 化时 间 d 图 1 再生骨料取代率对抗压强度的影响 现出逐渐减小 的趋势 ， 不过在取代率为 7 0 时 ， 再生混凝 土的抗压强度最高 ， 这可能是此时再生骨料与天然骨料两者 形成的级配较优 ， 也可能是由于试验结果的随机性造成的。 同时观察不同配合 比下水泥浆体的 S E M 图， 可 以看出 ， 掺加了再生骨料 的混凝土试件在水 化 2 8 d 后 的结构较 为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5O 日 40 3 o 营 2 0 1 0 0 水 化 时 I 司 d 图 8 粗骨料取代率 1 0 0 时矿物掺合料对再生混凝土强度的影响 从 图 8 所示 的试验结果 可以看 出， 当再生骨料的取代 率达到 1 0 0 时 ， 掺加粉煤灰后 ， 再生混凝土的强度 同样有 不 同程度 的降低 ， 当采用 粉煤灰 与硅灰 复掺以后 ， 再生混 凝 土的强 度基本 上接近或超过了单掺粉煤灰的再生混凝 土的强度 ， 尤其是 2 8 、 6 0 d强度均超过 了单掺粉煤灰的再生 混凝土。 3结 语 ( 1 ) 再生混凝土的抗压强度随着再生骨料取代率 的增 加表现出逐渐减小的趋势 ， 不过在取代率为 7 0 时 ， 再 生 混凝土 的抗压强度最高 ， 这可能是此时再 生骨料与天然骨 料两者形成的级 配较优 ， 也可能是 由于试验结果 的随机性 造成的。 ( 2 ) 由于所掺加 的粉煤灰是 I I 级灰 ， 属于低钙灰 ， 其活 性 比较低 ， 所以在再生混凝土中单掺粉煤灰时其早期强度 上接第 6 4页 结合 2 2 节 中各水灰 比下的强度规律来看 ，各再生细 骨料掺量下 的电通量与强度变化规律形成 了较好 的对应 ， 均说明在不加任何矿物掺合料的情况下 ， 再生混凝土的强 度越高 ， 其抗氯离子渗透性越好。 3结 论 ( 1 ) 再生细骨料掺量与新拌再生混凝土表观密度之 间 存在较好的线性关系 ， 表观密度随着再生骨料掺量的增加 而减小 ， 水灰 比越小 ， 降低幅度越明显 。 ( 2 ) 高水灰 比下 ， 各龄期再生混凝 土抗压强度均低 于 基准混凝土 ， 且 随着再生细骨料掺量的增大而略显降低 ； 低 水灰 比下， 再生混凝土 7 、 9 0 d 抗压强度均高于基准混凝土 ， 且在再生细骨料掺量为 3 0 时达到最高 ， 2 8 d 时 3 0 掺量 下略高于基准混凝土， 其他掺量下的强度均低于基准混凝土。 ( 3 ) 不加任何矿物掺合料的情况下， 各龄期的电通量 变化规律与相应龄期的强度变化规律基本一致。 再生混凝 土的强度越高， 其抗氯离子渗透性能越好。 参考文献 ： 【 1 】艾红梅， 卢普光， 燕芳， 等 废弃混凝土再生水泥技术的研究进 展【 J 】 混凝土， 2 0 1 2 ( 7 ) ： 5 8 5 9 2 1 车乘乘， 孙家瑛， 陈福旦 再生细骨料混凝土塑性收缩开裂性能 试验研究【 J 】 混凝土， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 8 1 8 3 6 8 均有不 同程度 的降低 。 ( 3 ) 在再生混凝土 中复掺粉煤灰 和硅灰后 ， 再生混凝 土的 7 d强度 略低 于单掺粉煤灰的再生混凝土 的强度 ， 但 是 2 8 、 6 0 d 强度均超 过了单掺粉煤灰 的再生混凝土 。 可见 硅灰 中的大量超细颗粒结合粉煤灰颗粒可 以有效改善胶 凝材料 的颗粒级配 ， 使得浆体 的微观结构趋 于致密 ， 再 生 混凝土的强度明显提高。 参考文献： 【 1 I E V ANG E L I S T A L， D E B RI T O J C e me n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 1 0 ( 3 2 ) ： 9 【 2 肖建庄， 刘琼 ， 等再生混凝土细微观结构和破坏机理研究l J J 青 岛理工大学学报， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 2 4 3 0 【 3 】施惠生， 刘金为 再生混凝土微观结构特征 及其耐久性改善技 术【 J 】 水泥工程 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 6 7 7 1 【 4 I陈德玉， 吕淑珍， 等 掺合料对再生混凝土强度和耐久性的影B NJ 粉煤灰综合利用， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 8 - 1 0 【 5 l 李志刚， 张腱 ， 等 再生骨料和矿物掺合料对再生混凝土强度的 影响J _1 氏温建筑技术， 2 0 0 9 ( 1 1 ) ： 1 - 4 作者简介 ： 联 系地 址 联 系 电话 李滢 ( 1 9 7 4 一 ) ， 女 ， 副教授 ， 工学硕士 ， 研究方向 ： 主要 从事再生混凝土技术研究。 青海省西宁市城北区亍大路 2 5 1 号 青海大学土木工 程学院 ( 8 1 0 0 1 6 ) 1 3 51 9 7 8 9 6 09 3 】周明辉 ， 李连君 再生骨料混凝土强度的试验研究与分析【 昆 凝土 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 9 9 1 0 1 【 4 王惠芬， 秦守婉 ， 肖昭然 掺再生骨料干混砂浆试验研究l J 1 混凝 土 ， 2 0 1 1 ( 7 ) ： 1 1 2 1 1 4 5 J杨晓光 ， 郝永池 ， 薛勇 再生骨料基本性 能的研究【 J 1 混凝 土 ， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 6 7 6 8 6 余斌 ， 熊进刚 ， 扶名福 ， 等 再生粗集料混凝土基本性能的试验 研究fJ 1 四川建筑科学研究， 2 0 0 9 ， 1 0 ( 5 ) ： 2 0 0 2 0 4 【 7 J S AG I E C RE N T S I L K K， B RO WN T， TA YL OR A H P e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e ma de wi t h e o mme r e i , d l y p r o du c e d c o a r s e r ec y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e J C e m e n t a n d c o n c r e t e r e s e a r c h ， 2 0 0 1 ( 3 1 ) ： 7 0 7 71 2 【 8 】 E T X E B E R R I A M， V A Z Q U E Z E ， M A R l A ， e t a 1 h d l u e n c e o f a m o u n t o f r e c y c l e d c o a r s e a g gre g a t e s a n d p r o d u c t i o n p r o c e s s o n p r o pe r t i e s of 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 C e me n t a n d c o n c r e t e r e s e a r c h， 2 0 0 7 ( 3 7 ) ： 7 3 5 7 4 2 【 9 】 E V A N G E L I S T A L ， D E B R I T O J M e c h a n i c a l b e h a v i o u r of c o n c r e t e m a d e w i t h fi n e r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e s J C e m e n t C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 7 ( 2 9 ) ： 3 9 7 4 0 1 作者简介 ： 冯庆革( 1 9 6 7 一 ) ， 男， 教授 ， 博士 ， 研究方向 ： 环境材料。 联 系地址 ： 广西南宁市大学东路 1 0 0 号 厂西大学环境学院( 5 3 o 0 0 4 ) 联系电话 ： 1 3 3 1 7 8 0 9 9 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m