再生粗骨料混凝土耐久性试验研究.pdf

第 3 8 卷第 2期 2 0 1 2年 4月 四川建筑科学研究 S i c h u a n Bu i l d i n g S c i e n c e 1 91 再生粗骨料混凝土耐久性试验研究 霍艳华 ， 毛添钿 ， 熊进 刚 ( 1 南昌大学科技学院， 江西 南昌3 3 0 0 2 9 ； 2 南昌大学建筑工程学院， 江西 南昌3 3 0 0 3 1 ) 摘要： 对再生混凝土进行了碳化、 循环冻融、 抗渗和复合因素下的耐久性试验研究， 比较了再生混凝土和普通混 凝土的碳化速度、 抗冻、 抗渗等耐久性能。对再生混凝土的冻融和抗渗复合耐久性能进行了初步试验研究， 结果表 明， 再生混凝土对这种叠加损伤更为敏感， 受到的破坏也更大。 关键词： 再生混凝土； 耐久性； 粉煤灰； 复合因素 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) 0 21 9 1 一 o 4 Ex p e r i me n t a l s t u d y o n d u r a b i l i t y o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e c o n c r e t e HUO Ya n h u a ， MAO T i a n d i a n ， XI O NG J i n g a n g ( 1 C o l l e g e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， N a n c h a n g U n i v e r s i t y ， N a n c h a n g 3 3 0 0 2 9 ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e ri n g ， N a n c h a n g U n i v e r s i t y ， N a n c h a n g 3 3 0 0 3 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e e x p e r i me n t s o n c a r b o n a t i o n r e s i s t a n c e ，f r e e z i n g t h a w i n g c y c l e ，i mp e r me a b i l i t y a n d d u r a b i l i t y u n d e r mu l t i f a c t o rs c o n d i t i o n s 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 a r e r e s e a r c h e d， t h e c a r b o n a t i o n s p e e d， f r e e z i n g - t h a win g r e s i s t a n c e a n d i mp e r me a b i l i t y d u r a b i l i t y o f t h e 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 a n d t h e o r d i n a ry c o n c r e t e a r e c o mp a r e d T h e p r e l i mi n a r y e x p e fime n t r e s e arc h of f r e e z e t h a w and a n t i - p e rm e a b i l i t y c o mp o s i t e d u r a b i l i t y 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 h a s c a r r i e d O 1 1 ， t h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e s u p e r p o s i t i o n d a ma g 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 i s mo r e s e n s i t i v e， a n d t h e d a ma g e i s gre a t e r Ke y wo r d s ： 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 ； d u r a b i l i t y ； fl y a s h； mu l t i - f a c t o r s 1 概述 再生混凝土就是指将废弃混凝土经过破碎 、 分 级、 清洗后全部或部分替代天然骨料， 并按一定配合 比配制的混凝土。再生混凝土技术可实现废弃混凝 土资源循环利用 ， 体现出建筑与生态环境 的协调发 展， 能够从长远解决混凝土废弃物的处理问题。再 生混凝土符合可持续发展战略， 是发展绿色生态混 凝土的重要举措之一。废弃混凝土 已历经数十年的 服役期， 其耐久性能已受不同程度降低， 再生骨料与 天然骨料相 比， 孔隙率高 、 密度小 、 吸水性强、 强度 低 、 压碎指标高， 将其 回收利用配制成再生混凝土 ， 对再生混凝土的耐久性能有重要影响。再生混凝土 的耐久性是再生混凝土推广应用前必须解决的重要 和关键问题。目前 ， 对再生混凝 土的研究大多集 中 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 1 2 -0 8 作者简介： 霍艳华( 1 9 7 6 一) ， 女， 山西孝义人， 讲师 ， 硕士， 研究方向 混凝土材料与结构。 基金项目： 江西省科技支撑项目( 2 0 0 9 Z D G 0 7 0 0 0 ) Ema l l ： h u o y a n h u a h o t ma i l c o l n 在再生混凝土的物理性 能与力学性能方 面， 而对其 耐久性方面的研究相对较少， 且一般涉及 到耐久性 里的单个因素 J ， 综合系统全面的耐久性能试验研 究与分析较少 ， 这样使得对再生混凝土耐久性 的评 估带有片面性。因此， 有必要对再生混凝土的耐久 行为与特性进行较全面 的试验研究 ， 为建立再生混 凝土的耐久性评估体系提供参考试验依据。本文主 要参照 混凝土长期性能和耐久性试验方法 对再 生混凝土的碳化、 循环冻融、 抗渗和复合因素下的耐 久性进行试验研究 。 2 试验概况 基于文献 8 的研究， 本文试验的再 生混凝土 有 以下两类 ： 1 ) 3 0 替代率的再生混凝土： 粗骨料替代天然 碎石的比率为 3 0 ， 以下简称再生混凝土。 2 ) 再生粉煤灰混凝土： 粗骨料替代天然碎石的 比率为 3 0 ， 同时， 保持水泥用量不变， 用粉煤灰等 量( 体积百分数) 替代砂子而配置的再生混凝土。 另外， 为便于比较， 还制作了普通混凝土， 本文 l 9 2 四川建筑科学研究 第 3 8卷 称其为基体混凝土。 混凝土设计强度分别为C 3 5和 C 4 0 。配合比设 计主要参照 J C J 5 52 0 0 0 ( 普通混凝 土配合 比设计 规程 和 D G T J 0 82 0 1 82 0 0 7 再生混凝土技 术应用规程 。 。 进行。基体混凝土、 再生混凝土、 再 生粉煤灰混凝土配合 比见表 1 。 表 1 混凝土配合比 Ta b l e 1 Co n c r e t e mi x 注 ： 1 代号 C， ， G， S， R G， F 分别代 表水泥、 水 、 碎石 、 砂 、 再生粗 骨 料 、 粉煤灰 ； 2 代 号 J C 0 5 2 ， R C 0 5 2， F R C 0 5 2分别代表 水灰 比 0 5 2的基 体 混凝 土、 再 生 混 凝 土和 再 生粉 煤 灰 混凝 土 ； J C 0 4 7， R C 0 4 7， F R C 0 4 7 分别代表水灰比0 4 7的基体混凝土、 再生混凝土和再 生粉煤灰混凝土。 实测坍落度和2 8 d 抗压强度见表2 。耐久性试 验参照 G B J 8 28 5 混凝土长期性 能和耐久性能试 验方法 进行， 其中， 冻融试验根据实验室条件采 用慢冻法。 表 2 坍落度和 2 8 d强度 Ta b l e 2 S l u m p a n d 2 8 d s t r e n g t h 3试验结果与分析 3 1 再生混凝土碳化 再生混凝土碳化试件碳化 2 8 d后从碳化箱中 取出， 在压力机上从中间破型 ， 喷上 1 酚酞酒精溶 液静置 3 0 S 后测量试件碳化深度 ， 结果见表 3 。 表 3 再生混凝土碳化深度 Ta b l e 3 Th e c a r b o n a t i o n d e p t h o f r e c y c l e d c o n c r e t e 分析上述试验数据可知 ： 1 ) 替代率为 3 0 的再生混凝土抗碳化性能与 基体混凝土基本一致。 2 ) 水灰 比0 5 2的再生混凝土试件要 比水灰 比 0 4 7的再生混凝土试件碳化程度更深 ， 也就是再生 混凝土碳化能力随着水灰比的增加而降低， 这与基 体混凝土类似。 3 ) 添加 了粉煤灰 的再生混凝 土碳化深度要 比 同水灰比的再生混凝土试件大。 选用张誉等 整理得到的碳化深度实用计算 模型对试验结果进行计算， 计算结果与试验结果的 比较见表 4 。 表4 再生混凝土碳化深度计算与试验结果的比较 Ta b l e 4 Th e ca r b o n a t i o n d e p t h o f c o mp a ris o n o f ca l c u l a t i o n a nd e x pe r i me nt a l r e s u l t s o f r e c y c l e d c o nc r e t e 分析表 4数据可知 ： 1 ) 对再生混凝土和基体混凝土， 应用文献 1 1 混凝土碳化深度实用计算方法进行计算 ， 在碳化 3 d 时相对误差较大 ， 最 大相对误差达到 了 一2 7 2 。 随着时间的增长， 计算结果和试验结果的误差逐渐 缩小， 吻合程度较好。 2 ) 替代率为 3 0 的再生混凝土与基体混凝 土 的碳化性能相近， 替代率为 3 0 的再生混凝土的碳 化深度可以套用普通混凝土碳化深度实用计算模 型 计算。 3 ) 对再生粉煤灰混凝土 ， 应用混凝土碳化深度 实用计算模型 1 计算 ， 与试验结果 比较 ， 误差都非 常大 ， 这是由于粉煤灰降低 了再生混凝土的抗碳化 性能所致。 3 2 再生混凝土冻融 再生混凝土试件 2 5次循环冻融之后 ， 对试件外 表面进行检查可以看 到， 无论是水灰 比 0 5 2还是 0 4 7的再生混凝土试件 ， 均与冻融前基本无异 ， 外 表面无裂缝和孑 L 洞出现， 没有 出现 昆 凝土掉渣现象， 无边角缺失 ， 外表面保持完好。再生混凝土试件 5 0 次循环冻融之后 ， 对试件外表面进行检查可以看到， 试件的外表面开始出现细微 的裂缝和分布不均的孔 洞 ， 有些试件出现了局部的边角缺失， 用手触摸混凝 土无掉渣现象 ， 试件整体基本保持完好。再生混凝 霍艳华 ， 等： 再生粗骨料混凝土耐久性试验研究 1 9 3 土循环冻融 2 5次和 5 0次试验结果数据见表 5 。 表 5 混凝土试件循环冻融 2 5次和 5 O次的试验数据 Ta bl e 5 Co nc r e t e s a m p l e s c i r c ul a t i on f r e e z e - t ha w 25 t i m e s a n d 5 0 t i me s o f e x p e r i m e n t a l d a t a 分析试验数据可知 ： 1 ) 替代率 为 3 0 的再生混凝土 的抗冻性能比 基体混凝土略差 ， 但是都能满足抗冻性能指标 D 2 5 和 D 5 0要求。可以预见， 随着再生粗骨料替代率的 提高， 再生混凝土的抗冻性能将逐步降低， 这主要是 因为再生粗骨料在回收、 破碎 、 分级 的时候在骨料外 表面和内部留下了大量 的孔隙缝 ， 使得再生粗骨料 的吸水率较大。 2 ) 水灰 比因素对再生混凝土抗冻性能影 响较 大。水灰比越小， 再生混凝土的抗冻性能越好， 这与 普通混凝土的抗冻规律是一致的。 3 ) 再生粉煤灰混凝土表现出 了良好 的抗冻性 能。外掺 3 0 粉煤灰 的再生混凝 土试件不仅在 强 度上达到了跟基体混凝土相 同的水平 ， 而且在抗 冻 方面达到甚至超过基体混凝土的水平 。这是因为粉 煤灰的掺人很好地发挥了其形态效应、 微集料效应 和火山灰效应 ， 强化了再生粗集料界面 ， 提高了混凝 土的密实性 ， 从而提高了再生混凝土的抗冻性能。 3 3再生混凝土抗渗 再生混凝土抗渗试验结果见表 6 。 表 6 再 生混凝土抗渗试验结果 Ta b l e 6 I mp e r me a b il i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e t e s t r e s ult s 分析表 6可以看出 ： 1 ) 再生混凝 土的抗 渗性 能随着水 灰 比的增大 而减小。水灰比 0 5 2的再生混凝土 比水灰比 0 4 7 的抗渗标号低 2号 ， 这是因为水灰比越大 ， 水泥水化 速度越低 ， 水泥水化时就要留下较多的毛细孔 ， 使水 泥浆产生较多的空隙， 混凝土的内部密实性越差 ， 混 凝土渗透性越好， 抗渗性能越差， 这是与普通混凝土 抗渗规律一致的。 2 ) 与基体混凝土相比， 再生混凝土的抗渗性能 略差。各水灰比下， 再生混凝土的抗渗标号都要比 相应 的基体混凝土低 。主要原因是再生骨料在破碎 的过程中产生了大量微裂缝， 浇筑后再生骨料被水 泥浆包裹也造成空隙率较大， 造成再生混凝土的抗 渗能力更弱。本试验再生骨料的替代率为 3 0 ， 可 以预见 ， 随着再生骨料替代率 的提高， 再生混凝土的 抗渗性能会进一步的减弱。 3 ) 掺加粉煤灰对再生混凝土 的抗渗性能有较 大的提升作用。粉煤灰的三大效应提高了再生混凝 土内部的密实度 ， 进而大大提高了再生混凝 土的抗 渗性能。 3 4 再生混凝土复合因素下耐久性 本文针对循环冻融和抗渗性能两个因素之间的 耐久性影响做初步探讨 ， 即再生混凝土经历了循环 冻融后其抗渗性能的变化。完成 5 0次冻融循环后 进行抗渗试验。循环冻融 5 0次后试件抗渗结果见 表 7 。 表 7 循环冻融 5 O次后试件抗 渗结果 Ta bl e 7 The im pe r m e a bi l i t y r e s ult s a f t e r 5 0 f r e e z e t ha w c yc l e s 号J C O 5 2 RC O 5 2 F RC O 5 2 J C O 4 7 RC 0 4 7 FR C 0 4 7 I _ 0 o 9 1 _ 2 l _ 2 1 1 1 - 5 s- - o 墼 雪 蒋8 6 1 0 1 0 8 1 3 件 抗 渗 标 号 S 分析试验结果可知 ： 1 ) 再生混凝土循环冻融后抗渗性能下降较大。 冻融循环后 R C 0 5 2试件的抗渗等级为 S 6 ， 比对比 试件下降了一个等级 ； 试件 R C 0 4 7的抗 渗等级为 S 8 ， 也 比对比试件下降了一个等级。究其原因， 再生 混凝土的抗冻性能低于普通混凝土 ， 循环冻融后 ， 再 生混凝土内部和表面 的裂缝发展更加丰富 ， 更易于 水的渗入， 从而导致了再生混凝土抗渗性能下降。 2 ) 循环冻融后的再生粉煤灰混凝土表现出很 好的抗渗性能。试件 F R C 0 5 2和 F R C 0 4 7与对比 试件相 比虽然抗渗结果有所下降 ， 但是都保持了原 有的抗渗等级， 抗渗能力并没有下降。这主要还是 因为粉煤灰的掺人强化 了再生骨料的界面， 提升了 1 9 4 四川建筑科学研究 第 3 8卷 再生混凝土的密实性， 从而确保了再生混凝土的抗 渗等级。 3 ) 冻融和抗渗是混凝土叠加损伤的过程， 尤其 是对再生混凝土， 对这种叠加损伤更为敏感 ， 受到的 破坏也更大。所 以， 在进行再生混凝土耐久性设计 时应考虑这些损伤劣化的叠加， 以满足现实复杂环 境对再生混凝土产生的破坏累积。 4 结 语 1 ) 替代率为 3 0 的再生混凝土抗碳化性能与 基体混凝土基本一致， 再生混凝土碳化能力随着水 灰比的增加而降低， 添加了粉煤灰的再生混凝土碳 化深度要比同水灰 比的再生混凝土试件大 。 2 ) 替代率为 3 0 的再生混凝土 的抗冻性能 比 基体混凝土略差， 但是都能满足抗冻性能指标 D 2 5 和 D 5 0要求。可以预见 ， 随着再生粗骨料替代率的 提高， 再生混凝土的抗冻性能将逐步降低。再生粉 煤灰混凝土表现出了良好的抗冻性能。 3 ) 替代率为 3 0 再生混凝土的抗渗性能略低 于基体混凝土。可以预见， 随着再生骨料替代率 的 提高， 再生 昆 凝土的抗渗性能会进一步的减弱。掺 加粉煤灰对再生混凝土的抗渗性能有较大的提升作 用 。 4 ) 替代率为 3 0 再生混凝土循环冻融后抗渗 性能下降较大 ， 但再生粉煤灰混凝土循环冻融后仍 有较好的抗渗性能。冻融和抗渗是混凝土叠加损伤 的过程 ， 尤其是对再生混凝土， 对这种叠加损伤更为 敏感。 参 考 文 献： 1 雷斌， 肖建庄 再生混凝土抗碳化性能的研究 J 建筑材料 学报， 2 0 0 6， 1 1 ( 5) ： 6 0 5 - 6 1 1 2 覃银辉， 邓寿昌， 张学兵， 等 再生混凝土的抗冻性能研究 J 混凝土 ， 2 0 0 5 ( 1 2 )： 4 9 - 5 2 3 戴薇原， 孙伟民， 缪汉 良 再生混凝土的抗冻融性试验研究 J 混凝 土， 2 0 0 7 ( 8 ) ： 6 9 - 7 4 4 张雷顺， 王娟， 黄秋风， 等 再生混凝土抗冻耐久性试验研究 J 工业建筑， 2 0 0 5 ， 3 5 ( 9 ) ： 6 4 -6 6 5 孙浩， 王培铭， 孙家瑛， 等 再生混凝土抗渗性及抗碳化性能 研究 J 建筑材料学报， 2 0 0 6 ， 9 ( 1 ) ： 8 6 - 9 1 6 L e v y S M， H e l e n e P D u r a b i l i t y o f r e c y c l e d a g g r e g a t e s c o n c re t e ： a s a f e w a y t o s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t 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 4， 3 4( 1 1 ) ： 1 9 7 5 1 9 8 0 7 G o k c e A， N a g a ta k i b s ， S a e k i c T ， a n d H i s a d a d M F re e z i n g a n d t h a wi 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 t i n g r e c y c l e d C O a r S e a g g r e g a t e： T h e r o l e o f a i r c o n t e n t i n d e mo l i s h e d c o n c r e 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 4 ， 3 4 ( 5 ) ： 7 9 9 - 8 0 6 8 余斌 再生粗集料混凝土的基本性能研究 D 南昌： 南昌 大学， 2 0 0 7 9 J G J 5 5 2 0 0 0普通混凝土配合比设计规程 s 1 0 D G T J 0 8 - 2 0 1 8 2 0 0 7再生混凝土技术应用规程 s 1 1 G B J 8 2 8 5混凝土长期性能和耐久性能试验方法 s 1 2 张誉， 蒋利学 基于碳化机理的混凝土碳化深度实用数学模 型 J 工业建筑 ， 1 9 9 8 ， 2 8 ( 1 ) ： 1 6 1 9 本 刊 启 事 为适应信息化时代的需求， 四川建筑科学研究 杂志已加入 C N K I 、 万方、 维普等 期刊数据库。凡被本刊正式录用的稿件， 本刊皆认为 已取得相关的著作权使 用许可， 以及作者允许本刊编辑部向第三方授权使用作品内容的许可。其著作权使用报酬( 即 印刷版、 光盘版、 网络版使用方式的报酬) 已纳入本刊应付给作者的稿酬之 中。作者如 有异议， 敬请另投它刊。 四川建筑科学研究 编辑部