石灰石粉对再生骨料混凝土性能的影响.pdf

公路 交通技术2 0 1 3年 6月 第 3期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t J u n 2 0 1 3 N o 3 石灰石粉对再生骨料混凝土性能的影响 刘 杰 ( 保定市交通运输局公路工程处， 河北 保定0 7 1 0 0 0 ) 摘要： 研究以石灰石粉等量替代部分水泥的道路再生骨料混凝土工作性、 强度和耐磨性。结果表明： 当再生骨料 混凝土中以1 0 的石灰石粉等量替代水泥时， 其工作性、 力学性能和耐磨性 良好； 石灰石粉等量替代部分水泥均可 提高再生骨料混凝土的早期耐磨性； 双掺石灰石粉和粉煤灰等量替代部分水泥可提 高再生骨料混凝土的早期和后 期耐磨性 能。 关键词 ： 石灰石粉 ； 粉煤灰 ； 再 生骨料混凝 土； 耐磨性 文章编号 ： 1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 4 2 0 4 中图分 类号 ： U 4 1 4 文 献标识码 ： B l n f l u e n c e s o f L i me s t o n e Po wd e r o n Pe r f o r ma n c e o f Re g e n e r a t i v e Ag g r e g a t e Co n c r e t e UU J i e 石灰石粉因具有活性低 、 需水量比低 、 易粉磨等 优点而成为替代 日益紧缺的粉煤灰和价格相对 昂贵 的硅粉 、 矿渣的材料 ， 对于解决实际工程的原材料紧 缺 、 工程造价和环保等方面的问题具有重大的现实 意义。与此同时， 水泥混凝土路 面由于众多原因 引起的开裂破坏需要不断地维修和更换 ， 从而使得 废弃混凝土的处理已成为亟待解决的问题 j 。 目前 处理方法主要是放在公路两旁 、 集 中堆放 、 作为路基 填料使用。而上述常用方法往往会造成土地资源浪 费 、 2次污染 、 利用率低等问题。若将废弃混凝土再 回收、 破碎、 清洗， 分级后作为骨料再生利用， 全部或 部分替代天然骨料 配制成再 生骨料混凝 土， 不仅可 以从根本上解决废弃混凝土的处理问题 ， 还可以节 约天然骨料资源 ， 具有显著 的社会 、 经济和环保效 益 。 目前 国内外学者对再生骨料混凝土力学性能和 耐久性进 行了大量试验研究_ 3 J ， 但将石灰石粉掺 人再生骨料混凝土后对其性能的影响研究则国内外 未见报道。因此， 本文对以石灰石粉等量替代部分 水泥的再生骨料混凝土的工作性、 力学性能( 抗压 强度 、 抗折强度) 和耐磨性进行 了研究 。 1 试验 1 1 原材料 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 1 1 - 2 8 作者简介 ： 刘杰 ( 1 9 7 2 一 ) ， 男 ， 河北省保定市人 ， 本科 ， 高工 水 泥 ： 河 北鹿 泉 曲寨 水 泥 有 限 公 司生 产 的 P 0 4 2 5水泥。 粉煤灰 ： 河北省正定 电厂 I 级粉煤灰。 石灰石粉： 河北省正定石灰石破碎后并置于球磨 机中粉磨而成的细粉 ， 4 5 1L m方孔筛筛余为 5 i 。 砂 ： 河北省正定河砂 ， 细度模数 为 2 5 ， 堆积密 度为 1 3 6 0 k g m ， 表观密度 2 6 1 0 k g m 。 。 再生粗骨料 ： 将津保高速公路路面维修时废弃 混凝土 ， 经人工破碎成 中等尺度的碎块 ， 然后用颚式 破碎机破碎成小颗粒 ， 级配合格 ， 符合 5 2 0 m lT l 的 连续级配要求。 外加剂： 河北省青华生产 的萘系高效减水剂。 原材料化学成分及性能指标如表 1 3所示 。 表 1 原材料化学成分 表 2 P 04 2 5水泥物理性能 蠛面 婉陛凝 抗 ( m 。)( 沸煮法 抗折强度 MPa 3 d 2 8 d 3 4 5 合格 1 3 5 1 8 4 3 2 1 5 7 8 6 3 8 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 3期 刘 杰 ： 石灰石粉对再生骨料混凝土性能的影响 4 3 表 3 骨料基本性能 1 2 试验方法 1 2 1 试验配合 比 再生骨料混凝土试验配合比设计参考 J G J 5 5 2 0 1 1 普通混凝土配合比设计规程 ， 同时考虑到再 生粗骨料吸水率大的特点 ， 除了通常设计所需要的 单位用水量外 ， 还需补充 按照再生粗骨料吸水率计 算出来的 1 5 mi n内的需水量 。混凝土 中采 用的粗 骨料完全为再生骨料 。表 4是道路再生骨料混凝土 工作性和强度试验配合 比， 其中基准组编号 R C 1为 不掺加石灰石粉的对照组 ， 试验组 R C 2R C 4分别 为石灰石粉掺量 5 、 1 0 和 1 5 下配合 比， 以验证 掺入石灰石粉等量替代水泥对混凝土工作性和强度 的影响。研究再生骨料混凝土耐磨性能的试验配合 比如表 5所示 ， 其 中 N M1为基 准组 ， N M2为掺加 3 0 粉煤灰替代水泥的对照组 ， N M 3为掺加 1 0 石 灰石粉替代水泥的对照组， N M 4为掺加 1 0 石灰石 粉和 3 0 粉煤灰替代水泥的对照组。 表 4道路再生骨料混凝土工作性和 强 度试验 配合比 k g c m 表5 道路再生骨料混凝土耐磨性能 试验 配合 比 k s c m。 编号 水泥 石灰石粉 粉煤灰砂再生骨料水减水剂 NM1 5 0 o 0 0 6 o 3 1 1 67 2 0 0 5 0 NM2 3 5 0 0 1 50 6 0 3 1 1 67 2 0 0 5 0 NM3 4 5 0 5 0 0 6 0 3 1 1 6 7 2 0 0 5 0 NM4 3 0 o 5 O 1 5 0 6 0 3 1 1 6 7 2 o o 5 O 1 2 2测试方法 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 进行混凝土工作性能试验。按照 G B T 5 0 0 S l -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法 标准 进行力学性能测试， 分别成型尺寸为 1 0 0 m m 1 0 0 m mx 1 0 0 m m， 1 0 0 m i ll 1 0 0 mmx 4 0 0 m m 的试 件 ， 以用 于抗 压 强度 和抗 折 强度 测 试。按 照 J T G E 3 0 -2 0 0 5 ( 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 进行耐磨性试验 。 2试验结果与讨论 2 1 掺入石灰石粉对再生骨料混凝土工作性的影响 石灰石粉掺入替代等量水泥对再生骨料混凝土 工作性的影响如图 1所示 。由图 1看出， 当石灰石 粉替代量低于 1 0 时， 再生骨料混凝土坍落度随着 石灰石粉替代量的增加而增大， 由最初未掺入石灰 石粉的 9 0 mE增大到 1 1 5 m m( 替代量为 1 0 ) 。原 因在于石灰石粉在混凝土 内部起到分散水泥作用 ； 同时由于石灰石粉 4 5 m方孔筛筛余仅为 5 1 ， 比表面积大 ， 能够填充水泥颗粒之间的孔隙， 改善混 凝土内部颗粒之间的级配 ， 减少孔隙。基于以上 的 填充和形态效应 ， 使得石灰石粉 能够在适宜掺量范 围内提高混凝土拌合物坍落度， 改善工作性。 当石灰石粉替代量超过 1 0 时 ， 再生骨料混凝 土坍落度略有降低 ， 这是 因为当石灰石粉掺量过高 时 ， 混凝土内部 的石灰石粉吸水作用远远大于其形 态效应引起的减少作用， 进而使得混凝土拌合物坍 落度降低。 K l Rt 二 2 量 t t 二 3 R 4 试件编号 图 1 石灰石粉替代等量水泥对再生骨料混凝 土 坍落度的影响 2 2 掺入石灰石粉对再生骨料混凝土强度的影响 图 2显示的是不 同石灰石粉掺量对再生骨料混 凝土抗压强度 的影响。由图 2可看 出， 掺加石灰石 粉 的混凝土在早期( 7 d ) 的抗压强度均高于同龄期 下未掺石灰石粉的再生骨料混凝土抗压强度。而在 后期则表现为略低于同龄期下未掺石灰石粉的再生 骨料混凝土抗压强度。这表明掺入石灰石粉替代部 分水泥有利 于再生骨料混凝土早期强度发展 ， 而不 加加0 吡 蜓密 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路交通技术 2 0 1 3正 图2 石灰石粉掺量对再生骨料混凝土抗压强度的影响 图3 利于后期强度发展。这是因为石灰石粉填充在水泥 颗粒之间， 改善 了颗粒级配 ， 使得混凝土内部结构孑 L 隙减少。同时石灰石粉具有的微晶核效应减少 了混 凝土中 c a ( O H) ： 在界面过渡区的定 向生长 ， 改善了 界面过渡区， 从 而提 高了混凝 土的早期抗压强度 。 在混凝土早期强度的发展过程 中， 石灰石粉 的上述 作用较为明显 ； 而到了后期 ， 由于石灰石粉水化反应 程度有限 ， 同时由于替代量过高 ( 高于 1 0 ) ， 导致 混凝土拌合物所需用水量增多 ， 造成混凝土结构孔 隙增多 ， 从而影响混凝土后期强度发展 。 石灰石粉掺量对再生骨料混凝 土 2 8 d抗折强 度的影响如图3所示。由图3可知， 以不同掺量石 灰石粉等量替代部分水泥的再生骨料混凝土 2 8 d 抗折强度均高于未掺石灰石粉的再生骨料混凝土。 石灰石粉替代量为 1 0 时 ， 再生骨料混凝土的抗折 强度最高 ， 可达到 4 7 MP a ； 而当替代量分别为 5 和 1 5 时， 再生骨料 昆凝土的抗折强度分别为 4 4 和 4 3 M P a ， 表明石灰石粉的掺入可不同程度 地改 善再生骨料混凝土抗折强度。原因是石灰石粉填充 在水泥颗粒之间， 改善了颗粒级配 ， 使得混凝土内部 结构孔隙减少。同时石灰石粉具有的微晶核效应减 少了混凝土中 C a ( o H) 在界面过渡区的定向生长 ， 改善 了界面过渡区 ， 结构密实 ， 从而使掺入石灰石粉 的再生骨料混凝土抗折强度得到改善。2 8 d抗折强 度与未掺石灰石粉的再生骨料混凝土相 比均有所提 高， 可为道路再生骨料混凝土的高耐久性能提供技 术保障。 2 3 掺入石灰石粉对再生骨料混凝土耐磨性的影响 图4显示了以石灰石粉替代部分水泥和以粉煤 灰替代部分水泥对再生骨料混凝土耐磨性的影响。 由图4可以看出， 单掺石灰石粉的再生骨料混凝土 磨耗值在早期低 于 N M1和 N M2组 ， 表 明石灰石粉 在早期充分发挥了微集料填充效应 和微晶核效应 ， RC1 RC2 RC3 RC4 试件编号 石灰石粉掺量对再生骨料? 昆 凝土抗折强度的影响 图 4 石灰石粉对再生骨料? 昆 凝土耐磨性 的影响 改善了混凝土内部结构 ， 从而使其耐磨性得到提高； 但随着龄期的延长 ， 其磨耗值高于同龄期下的 N M1 和 N M 2两组 ， 这进一步说明石灰石粉的掺入对再生 骨料混凝土后期耐磨性存在着不利影响。另外 ， 由 图4还可知， 以粉煤灰替代水泥的对照组再生骨料 混凝土磨耗值在早期高于基准组 的磨耗值 ； 而随着 龄期的延长 ， 其磨耗值逐渐降低。这是 由于随着龄 期 的延长 ， 粉煤灰与混凝土 中的 C a ( O H) 发生 2次 水化反应 ， 生成 了更多的水化硅酸钙凝胶 ， 从而使再 生骨料混凝土后期耐磨性得到改善。 另外 ， 由图 4还可 以发现 ， N M 4组 的磨耗值低 于其他 3组 ， 表 明以粉煤灰和石灰石粉替代部分水 泥的再生骨料混凝土耐磨性得到了改善。原因是由 于掺人粉煤灰和石灰石粉后弥补了单纯掺人石灰石 粉再生骨料混凝土后期耐磨性差的缺点 ， 同时也弥 补了单纯掺入粉煤灰后再生骨料混凝土早期耐磨性 差的缺点 。同时掺入粉煤灰和石灰石粉可大大提高 道路再生骨料混凝 土的耐磨性能 ， 且符合国家相关 标准 J T G E 3 0 -2 0 0 5的规定。 3 结论 1 )石灰石粉等量替代水泥量不同对再生骨料 混凝土抗压强度的影响也不同。石灰石粉替代量为 5 1 5 时 ， 可有效提高再生骨料 昆 凝土的早期抗 5 4 3 2 1 O 口 d 要越暇 64 2 O 8 6 42 O 8 64 3 3 3 3 2 2 2 22111 一 一 避 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 3期 刘 杰： 石灰石粉对再生骨料混凝土性能的影响 4 5 压强度 ； 石灰石 粉替代量低于 1 0 时， 再生骨料混 凝土的早期抗压强度随着石灰石粉替代量的增加而 增大； 替代量超过 1 0 时， 再生骨料混凝土的抗压 强度略微降低 。 2 )石灰石粉等量替代适量水泥可提高再生骨 料混凝 土 2 8 d的抗折强度 ， 且 当替代量在 1 0 范围 以内时 ， 再生骨料混凝土的抗折强度随其掺量 的增 加而增大。 3 ) 石灰石粉等量替代适量水泥可有效提高再 生骨料混凝土前期耐磨性 能 ， 但 不利于后期耐磨性 能 。同时掺入石灰石粉和粉煤灰可有效提高混凝土 早期和后期 的耐磨性能 。 参 考 文 献 1 熊远柱， 万慧文 石灰石粉对混凝土性能的影响 J 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 9 ) ： 8 9 9 1 2 晏胜波， 李益进 再生骨料在水泥混凝土路面修补中 的应用研究 J 公路交通技术， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 1 2 一 l 6 3 乔新周 道路废弃混凝土的再生利用技术研究 J 黑 龙江交通科技， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 3 8 3 9 4 刘立， 赵顺增， 曹淑萍， 等 高性能再生骨料混凝土 力学性能的研究 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 1 4 5 王志刚 水泥低活性粉煤灰钢渣路用性能试验研究 J 现代交通技术 ， 2 0 1 1 ， 8 ( 5 ) ： 3 6 3 8 6 郭远臣， 孙可伟， 孙岩 再生骨料混凝土基本性能试 验研究 J 低温建筑技术 ， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 1 3 7 周栋梁 ， 周伟玲， 林玮 再生骨料混凝土耐久性能试 验研究 J 中外公路， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 1 8 8 1 9 0 8 张亚梅 ， 秦鸿根， 孙伟 ， 等 再生混凝土配合 比设计 初探 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 7 - 9 ( 0 0 o 港珠澳大桥工程开展海底沉管隧道 防灾减灾关 键技术研究 由重庆交通科研设计院承担的港珠澳大桥国家科技支撑计划项 目课题五子课题 四“ 离岸特长沉管隧道 建设防灾减灾关键技术” 隧道火灾试验 日前正式启动。课题组组长 、 重庆交科 院首席专家蒋树屏亲任隧道 火灾试验总指挥 。 为 了真实地模仿火灾现场 ， 重庆交科院在福建省漳州市招商局经济开发区汤洋工业 园区重庆万桥福建 分公司厂区内建设了全长 1 5 0 m的港珠澳大桥 1： 1全尺寸沉管试验隧道 ， 该试验隧道的断面与实际的港珠 澳沉管隧道( 半幅3车道) 完全一致， 设有排烟口与烟道、 轴流风机与射流风机、 温度 烟雾 一氧化碳 风速 等各类传感器、 观测窗、 监控室等设施。为解决港珠澳沉管隧道的防灾减灾技术问题， 将开展 6大类试验： A 火源标定试验 ； B 烟雾场 、 温度场分布规律试验 ； C 排烟效率试验 ； D 泡沫水 喷雾等灭火试验 ； E 大型火 灾综合试验 ( 火灾规模为火释热率 3 05 0 MW) ； F 人员逃生疏散救援试验。 该试验隧道 的建成使用 ， 既支撑了港珠澳大桥工程科研和建设 ， 又为今后大型跨海隧道的建设和安全运 营 ， 提供 了科学的安全保障 ， 具有重大的社会意义和经济效益 。( 老关) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m