再生骨料混凝土抗冻性能试验研究.pdf

1 4 低温建筑技术 2 0 1 3年第 1 2期( 总第 1 8 6期 ) 再 生骨料混凝 土抗冻性能试验研 究 周宇 ， 郑秀梅 ， 李广军 ， 冯砚 ， 刘继梅 ( 1 佳木斯大学建筑 工程学院 黑龙江佳木斯1 5 4 0 0 2 ； 2 中冶实久建设有 限公司 。 成都6 1 0 0 0 0 ) 【 摘要】 为了研究不同粗骨料取代率再生混凝土的抗冻性， 共设计了5种不同料取代率的试块进行冻融 循环试验 ， 根据试验现象及试验数据 ， 对试验结果进行了分析。结果表明： 再生粗骨料混凝土的抗冻性整体上要 劣于原生混凝土， 且随着再生骨料的增加 ， 抗冻性能越差。冻融循环2 0 0次后 ， 试验中各混凝土的相对动弹性模量 剩余量均超过 6 0 ， 满足混凝土抗冻性要求 【 关键词】 再生混凝土； 再生粗骨料； 取代率； 抗冻性 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 1 2 0 0 1 4 0 3 目前， 人类社会正受到资源匮乏及环境恶化等一系列 问题的威胁 J ， 从上个世纪起人们越来越重视资源的再利 用， 可持续发展的观点也在全球范围内得到普遍认可。随 着我国基础设施的进一步加强， 无论房建、 道路、 桥梁、 农 业、 水利及海洋平台的兴建， 还是震后重建、 城市化建设或 新农村建设 ， 都离不开建筑行业 ， 更离不开建筑混凝土的消 耗。消耗的同时 ， 巨量的建筑垃圾随之产生， 其 中接近一半 是废弃混凝土 J 。如何处理及进行资源化利用这些建筑垃 圾 ， 成为当前混凝土生产技术的新课题和新挑战。面对这 种情况， 再生混凝土应运而生 ， 将废弃混凝土经过破碎、 清 洗和筛分等工艺处理后得到“ 再生骨料” ， 将其按一定 比例 或全部取代天然骨料重新配制? 昆凝土， 就生成了再生混凝 土 ， 因而再 生混凝 土是 一种具 有绿色 、 环保 的概念 ， 并 具有 较大的经济价值和社会价值。 近年来， 再生混凝土 日益成为工程界和学术界 的研究 热点之一， 并取得一定成果 “ 。但以往的研究大多是关 于再生混凝土的生产工艺、 抗压强度、 弹性模量、 泊松比等 方面， 对寒冷地区的再生混凝土研究不多， 尤其是对寒冷地 区再生混凝土的抗冻性研究更少。为了能系统地揭示寒冷 地 区不 同粗骨料 取代 率再 生混 凝土 的抗冻 性能 ， 本 研究 利 用黑龙江省佳木斯市某住宅小区的拆除混凝土梁作为再生 粗骨料的原料， 设计了 5组试件进行试验研究 ， 为再生混凝 土的进一步研究提供有力的数据支持， 也为再生混凝土在 寒冷地区的广泛应用提供可靠的技术指导。 1 试验 方案 ( 1 ) 试 验材 料。文 中所 用 的再 生混凝 土粗 骨料 源于 1 9 8 6年建造的佳木斯市百花园住宅小区的地基基础梁部 分， 经人工破碎而成， 原? 昆 凝土设计强度为 C 3 0 ， 最大粒径为 3 1 5 mm。天然骨料 选用 连续级配 的碎石， 最 大粒 径为 3 1 5 ra m。细骨料为天然河砂， 过筛后取粒径在 4 7 5 m m 以 下的砂备用。所用的水泥选 自桦南水泥厂生产的 4 2 5普通 硅酸盐水泥。水为佳木斯市 自来水。 ( 2 ) 混凝土配合 比设计。再生粗骨料取代率为再生 粗骨料质量 占全部粗 骨 料质 量的百分 比。本 研究 设计 了 5 基金项目 佳术斯大学青年基金项 目资助 ( L q 2 0 1 2 3 9 ) 种替代率 ， 分别是 0 、 3 0 、 5 0 、 7 0 、 1 0 0 。试配强度为 C 3 0 ， 水灰比为 0 4 0 ， 细骨料砂率为3 4 。对于各种不同骨 料取代率的再生混凝土， 配合比见表 1 。 表 1 混凝土配合比 善 砂 单 位 体 积 各 材 料 用 量 kg - m I3 水 水泥 砂 原生粗再生粗 骨料 骨料 ( 3 ) 试件制作与养护。混凝土搅拌设备为一台容量 3 0 L的强制式搅拌机。投料顺序为先加入饱和面干的再生 骨料和水泥， 搅拌均匀后， 加入部分搅拌用水， 再加入砂与 天然骨料进行搅拌， 最后加入剩余的水， 搅拌 35 m i n后 ， 观测其坍落度 ， 坍落度试验完毕后将混凝土拌合物注人钢 模， 采用振动台振捣密实并抹平 ， 2 4 h后拆模， 立即放入养 护室养护， 在标准条件下养护 2 4 d后取出， 再放人水中养护 4 d ， 准备进行冻融试验。实验室制备尺寸为 1 5 0 m m X 1 5 0 m m X 4 0 0 m m， 用作抗折试验。制作在佳木斯大学建筑工程学院 实验 中心实验室完成 。 ( 4 ) 试验方法。本方法适用于测定混凝土试件在水 冻水融条件下， 以经受的快速冻融循环次数来表示的混凝 土抗冻性能。 本试验制作了供冻融循环使用的 1 0 0 mm X 1 0 0 m m 4 0 0 m m棱柱体试件 9 0块 ， 共分为五个系列： R C一0 、 R C一 3 0 、 R C一 5 0 、 R C一 7 0 、 R C一1 0 0， 试件标号为 R E一 0 0 ， R C一 0 5 0 ， R E一 01 0 0 ， R C一02 0 0， R E一 0 2 2 5 ， 依次进行标 号， 分别冻融 0次， 5 0次， 1 0 0次， 1 5 0次， 2 0 0次， 2 2 5次。按 快冻法进行试验 ， 以经受的快速冻融循环次数来表示的混 周 宇等 ： 再生骨料混凝土抗冻性能试验研究 l 5 凝土抗冻性能， 快冻法适用于对抗冻性要求高的混凝土。 在本次试验中， 当冻融试件的相对动弹性模量下降到 6 0 以下或其重量损失率超过 5 时停止试验。整个冻融 过程均按( G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9普通混凝土长期性能和耐久性 能试验方法 中的快冻法严格进行操作。 2 试验结果与分析 ( 1 ) 冻融试验现象。无再生粗骨料原混凝土经冻融 5 O次后 ， 表面几乎没有变化； 冻融 1 0 0次后 ， 表面水泥浆略 有剥落， 呈现出凹凸不平； 冻融2 0 0次后， 混凝土试件表面水 泥浆剥落较多， 柱头部分有一定程度的冻裂损坏， 但无骨料 剥落现象。 再生混凝土试件经冻融后， 不同再生骨料取代率的混 凝土试件出现的现象也不尽相同， 但却呈现一定的规律： 随 着再生骨料取代率的增加， 经同期冻融后， 试件表现剥落现 象也越来越严重， 柱状损坏现象也比较显著。 在经冻融 5 O次后， R C一 3 0的混凝土试件， 表面几乎无 变化 ， 只有一个试件表面水泥浆有微量的剥落， 而 R C一 5 0 、 R C一 7 0与 R C一1 0 0的试件， 表面水泥浆都有不同程度的剥 落 ， 且 R C一1 0 0的剥落现象最明显 ， R C一 7 0次之 ， 均无柱头 损坏。在经冻融 1 0 0次后， R C一 3 0表面水泥浆剥落严重 ， 但 无骨料剥落； R C一5 0 、 R C一 7 0与 R C一1 0 0开始出现粗骨料 冻裂剥落现象 ， R C一1 0 0最为严重， 同时也 出现柱头损坏。 经冻融2 0 0次后， R C一3 0也开始出现粗骨料剥落现象， 且柱 头也有损坏； 而 R C一 5 0除出现较多粗骨料剥落现象、 柱头 损坏现象外， 纵身也出现裂缝 ， 但整体尚完好； 而 R C一7 0与 R C一1 0 0则各有两试件被整体冻坏 ， 呈酥裂状。 8 妻 46 垂 。2 2 t ， ， r一一 hq O 1 sn 2 f O 2 冻融循环次数， n +RC一 0 - RC一 3 0 _ RC一 5 0*RC一 7 0 RCV一 1 0 0 图1 不 同冻融循环次数下试件的质量损失率 冰 瓣 2 0 1 5 彗 ； 慧0 靛 罂 广。 一 ； _ 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 2 5 冻融循环次数， n +RC一 0 一RC一 3 0 +RC一5 O +RC一 7 0十RC V一 1 0 0 图2 不同冻融循环次数下相对动弹性模量损失率 ( 2 ) 冻融循环试验结果。根据试验中每 5 0次冻融循 环测得试件的相对动弹性模量与质量， 通过计算得到相应 数据， 并制得图 1与图 2， 分别为不同冻融循环次数下试件 的质量损失率与相对动弹性模量损失率。 从图 1 可以看出， 除 R C一 0 5 0及 R C一 3 05 0的质量 有所增加， 其余试件均随冻融次数的增加而呈现出质量损 失也增加的现象， 同时也能看出， 相同冻融次数时， 再生骨 料取代率大的试件， 质量损失也较大。在图也可以看出， R C 一 0与 R C一3 0的质量损失在各冻融次数时均较为接近。 从图2可以看出， 各混凝土试件的相对动弹性模量损失 率均随冻融次数与粗骨料取代率的增加而呈现出增大趋 势。在冻融 1 0 0次左右时， 相对动弹性模量损失率的变化量 趋于一致 ， 冻融 1 0 0次以后， 损失变化率较大 ， 能明显看出。 从数值可以看出， 本试验中原生混凝土和再生混凝土冻融 2 0 0次后的相对动弹性模量都大于6 0 ， 故满足抗冻要求。 ( 3 ) 试验结果分析。再生混凝土随着冻融循环次数 的增加， 相应的冻融性能参数重量损失率、 相对动弹性模量 损失率也随之增加 ， 说明混凝土内部结构损伤随冻融次数 的增加逐渐劣化 J 。 再生混凝土重量损失率随冻融次数和再生粗骨料取代 率增大而呈上升， 最初 的质量损失是由试件表面水泥浆的 剥落引起的， 相对于原生混凝土而言， 再生混凝土的表面剥 落时间或程度均大于原生混凝土， 分析其原因， 是由于再生 混凝土表面及内部存在较多的微裂纹和孔隙， 在混凝土搅 拌期间， 骨料本身吸收了部分水泥浆， 使得其它水泥浆相对 较少 ， 硬化后强度较原生混凝土中水泥浆体差。而冻融 5 0 次时， R C一 3 0混凝土的质量反而增加， 主要是因为再生混凝 土中内部存在大量裂纹或孔隙， 吸收了部分水分， 而此时表 面并没有剥落损失， 故出现质量增加现象 J 。 又由于再生粗骨料中含有大量水泥石以及其 内存在部 分缺陷， 吸收水分后冻胀， 使得新旧水泥浆体界面力学性能 较差 J ， 在冻融过程中有一部分再生粗骨料剥落下来， 这导 致再生混凝土重量损失率大于普通混凝土， 且重量损失率 随再生粗骨料参量的增加而增加。 再生混凝土的相对动弹性模量损失率大于普 通混凝 土 ， 这是由于再生骨料本身具有很多微裂缝 J ， 这导致再生 骨料在冻融过程中吸水冻胀 ， 进而产生新的微裂纹， 造成循 环冻胀破坏， 所以再生混凝土破坏速度与内部破坏程度都 大于原生混凝土。再生混凝土相对动弹性模量损失率随再 生粗骨料取代率增加而增加 ， 这是由于再生骨料越多， 吸水 冻胀能力越强， 其内部损伤越大； 但当再生粗骨料达到 5 0 之后 ， 由于再生粗骨料内部缺陷相对于天然骨料增加许多， 再生混凝土动弹性模量降低速度加剧， 这导致再生粗骨料 达到 5 0 之后， 由于原缺陷导致的连锁冻胀缺陷增加， 从而 再生粗骨料内部损伤加重。 3结语 ( 1 ) 不同再生粗骨料取代率的再生混凝土在经受冻 融循环破坏时， 早于原生混凝土出现表面水泥浆体剥落及 柱头破坏现象， 由于再生骨料有吸水冻胀破坏 ， 再生混凝土 在 1 5 0次冻融破坏后， 出现粗骨料剥落现象， 而原生混凝土 无此现象。且随取代率增加， 各种破坏现象越明显。 ( 2 ) 随再生粗骨料取代率的增加 ， 冻融循环后， 混凝 土试件的质量损失率及相对动弹性模量损失率也随之增加。 1 6 低温建筑技术 2 0 1 3年第 1 2期 ( 总第 1 8 6期 ) 碳化模型分析 比对 以及 限值新模型浅析 袁琴 ( 同济大学建筑工程系 。 上海2 0 0 0 9 2 ) 【 摘要】 基于碳化深度 - _ k 的认识 ， 国内外学者从不同角度， 运用不同方法对碳化系数 k 进行研究， 形成了不同的模型。文中总结了一些代表模型， 并通过工程实测数据对各个模型进行了比对分析 ， 为耐久性评估 以及碳化模型建立提供参考意见。此文还介绍了近来提出的混凝土碳化是一个 自我限制的过程， 碳化深度存在 上限值的研究成果 ， 并对这一最新模型进行了初步讨论分析。 【 关键词】 混凝土； 碳化深度； 预测模型 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 【 2 0 1 3 ) 1 2 0 0 1 6 0 3 大量 的工程调 查证 明 ， 混凝 土 中钢 筋锈 蚀是 当今 影 响 混凝土结构耐久性的首要因素。在众多引发钢筋锈蚀 的诱 因中， 碳化是其中一种最重要的作用。混凝土经过水化后， 析出 C a ( O H) 等碱性物质，p H值达到 1 2 5左右。这种高 碱性环境使钢筋的表面形成一层致密的钝化膜， 阻止钢筋 锈蚀。大气中C O 侵入混凝土内部， 与 c a ( O H) 、 3 C a O 2 S i O ： 3 H 0等碱性物质反应， 使 p H值降低， 这一中性化 过程即碳化作用。当碳化深度到达钢筋表面时， 表面的钝 化膜被破坏而处于活化状态， 一旦水、 氧气等条件充足， 钢 筋就会发生锈蚀， 造成钢筋强度降低， 粘结性能减弱， 混凝 土胀裂， 承载能力下降 ， 使用性受到影响， 甚至可能导致整 个结构体系的破坏。因此混凝土碳化深度是决定混凝土结 构的耐久性状态的一个重要指标 J ， 其预测模型的建立对 于指导结构全寿命设计与维护具有很大的实际意义。 1 碳化深度预测模型 由于碳化深度模型重要的现实意义， 几十年来， 数十种 碳化模型被相继提出。目前 ， 比较受公认的结论是碳化深 度与碳化时间的平方根成正比， 即： = k ( 1 ) 式中， 为混凝土碳化深度， mm； k为碳化系数 ， 综合反 映混凝土碳化速度的快慢； t 为碳化时间， 年。 影响碳化的因素非常多， 为了确定 值， 根据对不同因 素的控制， 各个学者提出了不同的碳化模型。 基于建立角度 和方法的不同， 主要有： 理论模型， 以经典扩散理论为基 础； 经验模型， 基于试验和实际工程调查结果 ； 扩散理 论和试验结果结合的模型。 1 1 理论模型 通过对混凝土碳化的多相物理化学过程的深入研究， 前苏联学者阿列克谢耶夫等人主张碳化过程受 C O ： 在混凝 土孔隙中的扩散控制。 根据 F i c k第一扩散定律以及 C O ， 在 多孔介质中扩散和吸收的特点， 推导出了经典理论模型如 式( 2 ) 。 该模型与试验结果符合程度较好 ， 形式简单。 但是 其中D 与 眠 两个参数定义较模糊， 难以计算， 且在相对湿 再生混凝土与原生混凝土试件的相对动弹性模量损失率均 随冻融次数与粗骨料取代率 的增加 而呈现 出增 大趋势 。但 本试验 中原生混凝土和再 生混凝 土冻融 2 0 0次后 的相对 动 弹性模量剩余都大于 6 0 ， 均满足抗冻要求。 ( 3 ) 针对再生混凝土的抗冻性能劣于原生混凝土， 为 了更好应用再生能源 ， 更大程度上实现可持续发展 ， 建议各 科研人员加大对再生混凝土及再生骨料的优化研究 ， 使之 成为真正意义上的骨料， 最大程度的减少因内部缺陷带来 的应 用难 题。 参考文献 1 任庆旺， 邱茂智， 等再生混凝土的研究现状及其基本性能 J 建筑技术开发 ， 2 0 0 5， 3 2 ( 2 ) 2 R O U M I A N A Z A H A R I E V A 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 a g g r e g a t e 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( 1 0) ： 1 9 2 71 9 3 2 3 陈爱玖 ， 王静 ， 章青 再生粗骨料混凝 土抗冻耐久性试验研 究 J 新型建筑材料 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 1 5 4 肖建庄，雷斌 再生混凝土耐久性能研究 J 混凝土， 2 0 0 8 ，( 5 ) 5 Ma x J S e t z e r ，Mi c r o I c eL e n s F o r m a t i o n i n P o r o u s S o l i d J ， C o ll o i d a n d I n t e r f a c e S c i e n c e ， 2 0 0 1 ，( 2 4 3 ) ：1 9 3 2 0 1 6 范玉辉 冻融循环对抗冻再生骨料混凝土力学性能影响试验 研究 D 哈尔滨 ： 哈尔滨 工业大学 ， 2 0 0 9 7 郑秀梅 ， 张彩霞 ， 等 寒冷地 区再生混凝土抗冻性能试验 研究 J 低温建筑技术 ， 2 0 1 2 ， ( 1 2 ) ： 3 5 8 王文仲， 郑秀梅， 等 寒冷地区再生混凝土抗压强度试验研究 J 混凝土 ， 2 0 1 2， ( 1 0 ) ： 3 O ， 3 1 ， 3 5 收稿日期 2 0 1 3 0 9 1 6 作者简介 周宇( 1 9 6 8 一) ， 男， 哈尔滨人， 硕士， 副教授 从 事土木工程方 向的教学 与研究 。