粘土砖再生粗骨料混凝土抗碳化性能研究.pdf

1 4 低温建筑技术 2 0 1 5年第 3期( 总第 2 0 1期) D OI ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i a w j z 2 0 1 5 0 3 0 0 6 粘土砖再 生粗 骨料混凝土抗碳化 性能研 究 赵书锋 ( 开封大学土木建筑工程学院 ， 开封4 7 5 0 0 4) 【 摘要】 试验研究了再生粘土粗骨料取代率、 水灰比及粉煤灰、 硅灰单掺和复掺对粘土砖再生粗骨料混凝 土抗碳化性能的影响， 结果表明水灰比依然是影响再生混凝土抗碳化性能的关键因素之一， 随着水灰比增大其抗 碳化性能够迅速降低， 随着再生骨料替代率的增加， 再生混凝土抗碳化性能增加， 抗氯离子渗透性能降低。粉煤 灰和硅灰单掺和复掺均会降低再生混凝土的抗碳化性能， 掺量 t 0 以下与普通混凝土差别不大。 【 关键词】 再生粗骨料混凝土； 粉煤灰； 硅灰 ； 碳化性能 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 1 4 0 2 随着工业化、 城市化进程的加速 ， 建筑业也同时快速发 展， 相伴而产生的建筑垃圾 日益增多， 数量已占到城市垃圾 总量的 1 3以上， 其中既有废弃的混凝土也有大量废弃砖 瓦， 废砖和砌块约占3 0 一 5 0 ， 近年来很多学者对利用 这些建筑垃圾生产再生骨料和再生混凝土开展了大量的研 究， 对废弃混凝土的利用已经形成一套完备的体系 l ， 但是 对于废弃砖瓦的利用还没有那么成熟， 现有的大部分成果 主要集中在利用废弃砖瓦做再生混凝土骨料混凝土的强度 研 究上 ， 对 于其耐久性 的研 究还 比较 缺乏 ， 现有 的成果还 很 难为工程实践服务 ， 故文中将对再生粘土砖粗骨料混凝土 耐久性中的抗碳化性以及抗氯离子渗透性开展系统的试验 研究， 以为工程实践提供参考。 1 试 验设计 1 1 再生砖骨料的制备及基本性能 选用河南省开封市建筑垃圾处理场提供的废弃粘土 砖 ， 经试验测定， 强度可达到 MU 1 0 ， 表面整洁， 经人工破碎 ， 用水冲借鉴再生混凝土骨料及再生混凝土的强化处理方 法 ， 为改善粉粹后粗骨料性能， 将其用同水灰比的水泥砂浆 进 行挂浆包裹强化处理 ， 粒径级 配 5 2 5 m m 如图 1 ， 基本 性 能如表 1 。 表 1 粗骨料 的基本性能 1 2 其它材料选用 水泥： 选用河南孟电集团水泥有限公司制造有限公司 生产的普通硅酸盐水泥， 强度等级 4 2 5 。 细骨料： 选用开封市河产中砂 ， 细度模数2 9 ； 天然粗骨 料： 取 自开封市某商品混凝土搅拌站， 选最大粒径为 2 0 ra m， 级配为连续级配的碎石。粉煤灰 ： 选 自开封电厂的干排粉 煤灰 表 观 密 度 为 2 0 5 0 k g m。 ， 比表 面 积 为 3 1 5 m k g ， 经 0 0 8 m m方孔筛其筛余量为 1 3 0 。硅灰 ： 选自郑州金石耐 材有限公司， 表观密度 1 2 0 5 k g m ， 表面积仪测定其比表面 积为 2 1 5 2 0 m k g 。 1 3 配合比设计( 表2 ) 表 2 试验配合比 2试验方法 试验方 法参 照 G B T 5 0 0 8 22 0 0 9 普 通混 凝 土长期 性 能和耐久性试验方法标准 。采用 1 0 0 ram1 0 0 mm3 0 0 m m 赵书锋： 粘土砖再生粗骨料混凝土抗碳化性能研究 1 5 的立方体试件， 采用 C C B一 7 0型混凝土碳化试验箱， 试验参 数设置为： 湿度( 7 0 4 - 5 ) 、 c 0 。 浓度( 2 03 ) 、 温度( 2 0 2 ) ， 试验方法按照 普通混凝土长期性能和耐久性试验方 法标准， 将试件标准养护 2 8 d ， 采用中快速碳化法， 7 d 、 1 4 d 、 2 8 d 、 5 6 d时， 分别取出立方体试件， 采用压力试验机上劈裂 破 型 ， 进行碳化深度 的测定 。 水灰比 图 1 水灰 比对碳化深度影 响 1 2 1 o 8 6 4 2 龄期， d 图2 骨料替代率对碳化深度影响 龄期， d 图4 硅灰掺量对碳化深度影响 龄期， d ( a ) 5 硅灰与不同比 倒粉煤灰复掺 3再生混凝土抗碳化试 验结果分析 3 1 水灰比、 再生骨料替代率对抗碳化的影响 为验证水灰 比对再生混凝土抗碳化能力影响试验研究 了 1 0 0 再生骨料下对不同水灰 比再生混凝土进行了不同 龄期的碳化深度检测结果如表 2和图 1 ， 可知水灰比依然是 影响再生混凝土碳化深度的重要原因， 随着水灰 比的增大 在不同龄期碳化深度均会增大， 当水灰 比由 0 4 5增加到 0 6 5时， 5 6 d碳化深度普通混凝土增加了 1 6 6 7 mm， 再生混 凝土增加了 1 2 1 1 m m， 二者规律一致 ， 但是再生混凝土碳化 深度变化率要小于普通混凝土。 由图2可知随着碎砖骨料置换率的增加相同龄期的再 生 混凝土碳化深 度 降低 ， 而 且再 生混 凝 土的抗 碳 化性 能并 不 比普 通混凝土 低 ， 分 析原 因主要 在 于文 中配 合 比设计 采 用 J G J T 2 4 0 2 0 1 1 再生骨料应用技术规程 规定的按照普 通混凝土配合比设计方法， 即不考虑骨料吸水所消耗的水 份， 破碎的粘土砖虽然表面经过了挂浆强化处理 ， 但是相对 于普通的天然碎石骨料仍然具有较多的裂隙和孑 L 洞故其吸 水率要远大于普通混凝土中的碎石， 相当于一定呈上降低 了水灰比， 增加的混凝土的密实度进而提高 了混凝土的抗 碳化的能力 ， 故建议对耐久性有较高的要求场合采取普通 混凝土的配合比思路配置再生混凝土， 从而可以提高其抗 碳化能力 。 3 2 活性混合料的单掺加对抗碳化性能的影响 本试验以再生骨料替代率为 3 0 的再生混凝土为基 准 ， 对粉煤灰和硅灰的掺加对再生混凝土抗碳化性能的影 O l O 2 O 3 O 4 0 5 0 6 0 龄期， d 图3 粉煤灰掺量对碳化深度影响 2 8 目 2 4 吕 诅2 0 1 6 帮 1 2 8 l O 2 O 3 O O 0 1 0 2 O 3 0 4 0 5 0 6 0 龄期， d ( b)1 0 硅灰与不 同比例粉煤灰复掺 图5 粉煤灰 ( F A)硅灰 ( s i )复掺对碳化深度影响 响进行了研究， 由图3 、 4可知与基准混凝土相比加入粉煤灰 和硅灰均对再生混凝土的抗碳化能力有一定消弱， 随着粉 煤灰掺量由 1 0 一3 0 ， 7 d碳化深度变化不大， 但是随着碳 化时间加长 ， 碳 化深度增大 的幅度 愈加明显 ， 粉煤 灰掺量 在 1 0 、 2 0 、 3 0 条 件下碳 化 深度 分别 增加 了 1 3 8 6 、 7 5 4 5 、 1 3 1 4 3 ， 但是粉煤灰掺量不超过 1 0 的再生混 凝土仍然具有较好的抗碳化能力。硅灰加入变化趋势与加 入粉煤灰相 同， 但 是前 期碳 化 深度 稍 小 ， 硅 灰 掺量 在 5 、 1 0 、 1 5 条件下 碳化 深度 分别 增加 了 5 9 、 1 4 5 、 3 1 3 。粉煤灰和硅灰加入造成再生混凝土抗碳化能力和 降低的主要原因是粉煤灰和硅灰中的 A 1 ： O ， 和 S i O ： 等活性 成分 与水 泥熟料水化生成 的 C a ( O H) ： 产生二次水化反应 生 成水化硅酸钙和水化铝酸钙 “ ， 消耗大量C a ( O H) ， 使得 再生混凝土中碱性储备的减少超过了再生骨料吸水而增加 的再生混凝土内部密实度的作用， 但是硅灰 比表面积比粉 煤灰大得多， 对水与粉煤灰相比具有相对更强敏感性， 硅灰 的火山灰活性在 水泥 的早 期 的水 化反应 中得 以体 现 ， 并 且 能够在水泥颗粒和其他掺合料的的间隙中填充产生微集料 效应， 所以相同比例的硅灰混凝土早期抗碳化能力稍强。 3 3 活性混合料的复掺加对抗碳化性能的影响 试验研 究 了 5 硅 灰分别 与 1 0 、 2 0 、 3 0 粉煤 灰和 1 0 硅灰分别与 1 0 、 2 0 、 3 0 ， 复掺， 图5 ( a ) ( b ) 可知再 生混凝土的抗碳化能力随着矿物混合料的掺加比例的增加 ( 下转第 2 4页) l 、 雠聪尊舔 低温建筑技术 2 0 1 5年第 3期 ( 总第 2 0 1 期 ) 以此来衡量梁体在顶升过程中变形是否合格。在将近 4个 月的时间里观测次数多达五十多次 ， 其沉降值与时间的关 系可 以用 图 6 、 图 7来表示 。 l 2 l 0 8 6 4 2 0 _ 2 4 - 6 - 8 - 。 Y 1 -I 一 旷 o 2 r 一 嚣 西 | i o t j一一 一一 一h l 5 l 0 5 0 - 5 1 0 图 6 3 侧箱梁沉降分析图 一 ：箱梁左沉降 一 箱粱中沉降 箱梁右沉降 ! ： A观 测 时 间 ，d I _ r 1 r 、 - _ _ 竺 D 2 0 45 90 6 70 8 90 9 5 I 曩 图 7 6 # 墩侧箱梁沉降分析图 一箱梁左沉降 一 箱梁 中沉降 一箱梁右沉降 O 由图可知， 梁体在顶升过程中最大抬高 1 0 2 m m， 在千 斤顶卸载之后， 荷载作用在钢支架上后 ， 梁体沉降不超过 1 0 m m， 即承载的钢支架沉降较小 ， 符合规范和施工要求。 4结语 ( 1 ) 在制定托换工程施工方案前 ， 检查工程地质、 水 文等施 工条 件 ， 并 结合 工程需 要 以及 桥梁 施工 的要 求确 定 最优化的整体方案。本工程结合实际， 采用钢支架托换技 术， 钢支架直接作用于新建的承台之上， 承载力满足要求。 ( 2 ) 整个工程施 工前 ， 首先对钢支架及承 台进行理论 ( 上接第 1 5页) 而减弱， 前期碳化深度增加速率快， 后期相对缓慢 ， 当硅灰掺 量分别为5 和 1 0 硅灰时， 粉煤灰掺量 由1 0 3 0 逐渐 增加时再生混凝土的碳化深度增加， 碳化速度在 2 8 d前速度 要比2 8 d后快得多， 且掺加 3 0 粉煤灰要比掺加 1 0 粉煤 灰碳化 速度快 ， 碳 化 深度 比后 者大 ， 当硅 灰 掺量 为 5 时掺 加粉煤灰3 0 比1 0 时5 6 d 碳化深度增加 7 2 1 m m， 当硅灰 掺量为 1 0 ， 掺加粉煤灰为 3 0 比掺加 1 0 粉煤灰时 5 6 d 碳 化深度 1 1 3 1 m m。 4结语 ( 1 ) 1 0 0 再生骨料下随着水灰比的增加再生混凝土 抗碳化能力迅速降低， 水灰比依然是影响再生混凝土抗碳化 能力的重要因素。 ( 2 ) 按照普通混凝土配合 比设计方法配置的粘土砖 再生粗骨料混凝土随着再 生骨 料替代 率 的增 加再 生混 凝土 抗碳化性能得到一定程度提高 。 ( 3 ) 单、 双掺粉煤灰和硅粉时， 随矿物混合料的增加其 分析计算和仿真模拟计算， 确保理论上结构的强度 、 变形、 稳定性、 承载力等均满足规范要求。 ( 3 ) 在整个施工过程 中， 本工程施工 中采用 电脑 集成 控制所 有 液压 千斤 顶 的升 降 ， 控 制位 移 同步 进行 ， 使得 顶 升、 卸载过程中梁体的位移差 、 沉降差较小。 ( 4 ) 对托换过程中箱梁的位移和沉降进行全程监测， 并根据结果随时分析调整， 全面细致的监测方案是确保托 换工程顺利进行的重要保障。 参 考文献 1 彭振斌 托换工程设计计算与施工 M 武汉 ： 中国地质大学 出版社 ， 1 9 9 7 2 邬毛志 利用 钢管桩实 施基础 托换 的关键技 术研 究 D 武 汉 ： 华 中科技大学 ， 2 0 0 9 3 李亚东 既有桥 梁评估方法研究 J 铁道学报 ， 1 9 9 7 ， ( 3) 4 王有志 桥梁 的可靠性评估与加 固 M 北京 ： 中国水利水 电 出版社 ， 2 0 0 2 5 李冬梅 深圳地铁一号线百货广场桩基托换 的风险分析研 究 J 铁道工程学报 ， 2 0 0 8 ， ( 9 ) ： 9 19 4 6 毛学锋 ， 许智焰 ， 胡京 涛 深圳地铁 3号线广深铁 路桥梁桩 基 托换设计 J 铁道工程学报 ， 2 0 1 2， ( 3 ) 收稿 日期 2 0 1 41 1 2 4 作者简 介 许波 ( 1 9 8 5一) ， 男 ， 内蒙古 鄂尔多斯 准格尔旗 人 ， 中级工程师 ， 从 事桥梁 可靠度 、 桥 梁施工技术 研究 。 碳化深度增大 ， 但 掺量小于 1 0 时变化不大 。 参考文献 1 王社 良， 景龙 平 砖 含 量对 再生 骨 料性 能 影 响的 试验 研 究 J 混凝 土 ， 2 0 1 1 ， ( 2 ) ： 8 38 8 2 魏鹏 ， 游 劲秋 ， 陈佳琨 再 生混 凝土 的研 究现 状 与应 用前 景 J 浙江建筑 ， 2 0 0 8 ， ( 1 1 ) ： 5 8 5 6 3 白轲 ， 杨元霞 ， 何智海 ， 等 浅析混凝土碳化机理及其影响因素 J 粉煤灰综合利用 ， 2 0 0 8 ， 2 0( 2 ) ： 5 5 5 6 4j 张小 艳 ， 许 建 民 大掺 量粉 煤 灰混 凝 土 的抗 碳化 性 能研 究 J 人民长江 ， 2 0 1 0 ， 4( 6 )： 7 47 7 收稿 日期 2 0 1 41 ll O 作者简介 赵 书锋 ( 1 9 7 9一) 男 ， 山东聊城 人 ， 讲师 ， 工学 硕 士， 从事建筑材料教学和研究。 目 器 囊