再生骨料混凝土抗冻性的研究.doc

再生骨料混凝土抗冻性能试验研究
马玲 雷贤庆 李渠江
（达州市建设工程质量检测中心 四川●达州 635000）
摘要 对再生骨料混凝土耐久性的一个重要方面——抗冻性进行试验分析研究，分别研究了掺入不同取代率的再生骨料、再生骨料表面改性、掺入不同矿物掺合料和引气剂等对再生骨料混凝土抗冻性能的影响。
关键词 混凝土抗冻性 再生骨料取代率 矿物掺合料 引气剂

1.概述
随着科技的进步、社会的发展，每年产生的废旧混凝土数量是巨大的。然而我国对建筑固体废弃物利用率极低，一般用作回填材料和建筑物或道路的基础材料等低级用途；而作为粗细骨料配制混凝土用于建筑结构构件、道路面层、制造水泥等高级用途较少。利用再生骨料生产混凝土材料，符合我国可持续发展战略，对建设资源节约型和环境友好型社会具有十分重要的现实意义。混凝土强度与耐久性依旧是再生骨料混凝土性能的两个关键指标，由于试验条件及时间的影响，本文只针对了再生骨料混凝土抗冻性能进行了试验研究。
2.试验
2.1 原材料
本试验采用的原材料如下：
水泥：达州大竹海螺PO42.5普通硅酸盐水泥
粉煤灰：渠县临巴电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，其烧失量为5.61%，其细度为45μm方孔筛筛余量为14.6%
硅灰：生产于遵义铁合金厂，其中SiO2含量为92.1%，平均粒径为0.1um，比表面积为200000cm2/g，密度为2.22g/cm3，松散堆积密度为0.21g/cm3
减水剂：采用江苏博特生产的高效萘系减水剂，减水率为20%
天然粗骨料：为连续级配的碎石，细骨料为河砂，其细度模数为2.8
再生骨料：选自强度等级为C35的拆迁房屋废弃混凝土，经破碎筛分为4.75-31.5mm连续级配的碎石
2.2再生骨料的改性处理
本试验分别采用有机硅防水剂、硅灰与水泥混合液、水浸泡等方法对再生骨料进行改性处理。改性溶液配制如表2-1、表2-2

表2-1 有机硅防水剂溶液配制表
有机硅防水剂（L）
水（L）
再生骨料（kg）
5
20
40
表2-2 硅灰＋水泥改性液的配比 kg
硅灰
水
再生骨料
再生骨料
3
3
25
40
2.3 再生骨料混凝土配合比设计
本试验参照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000进行的，其基准配合比如表2-3。
表2-3 再生混凝土基准配合比
等级
水泥
水
砂
石
W/C
外加剂
砂率
坍落度
Kg/m3
Kg/m3
Kg/m3
Kg/m3
%
%
mm
C40
410
178
702
1098
0.43
0.8
39
160-200
2.4 再生混凝土试块的成型及养护
本试验按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002进行成型及养护，56d后测试其动弹性模量及初始质量。
2.5再生混凝土的抗冻融循环试验
本试验试件为尺寸100mm×100mm×400mm的棱柱体,采用快速冻融法，按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的GB/T50082-2009的规定进行试验。根据质量损失和相对动弹性模量的减少评价再生骨料混凝土抗冻融性能。
3试验结果与分析
3.1 试验现象
在冻融试验前4天把试件从养护室里拿出，放入水中浸泡4天后，在将试件装模入试验机时观察试件表面情况有：各试件均表面没有明显缺陷，表面光滑平整。在试验过程中，再生混凝土的冻融循环总体上和天然骨料混凝土变化一致，是由表到里逐渐破坏。冻融循环次数在较少时外观变化不明显，试件靠箱底部的端面开始出现剥离现象，但是均不严重，有微小的孔洞出现。随着冻融次数的增加，试件靠箱底部剥落越来越严重，并且试件其他位置也有明显的剥落，掺有粉煤灰的试件尤为严重。大部分试件由微小孔洞逐渐连通至整个水泥浆表层脱落，混凝土表面呈麻状，掉渣较多，甚至有部分试件的表面已经露出了大量的粗骨料，剥落想象有些严重，但是掺有硅灰、引气剂的试件表面几乎没有变化。
3.2试验结果分析
3.2.1再生骨料取代率对再生骨料混凝土抗冻性能的影响
在冻融循环过程中，不同再生骨料取代率的混凝土的相对动弹性模量及质量都在发生变化，其试件的相对动弹性模量与质量损失如图3-1。

(a) 相对动弹性模量图 (b) 质量损失图
图3-1 再生骨料取代率对再生混凝土抗冻性能的影响
由图可知，虽然在图中曲线有部分交叉，但仍可知随着再生骨料取代率的降低，试件的相对动弹性模量的下降量也逐渐减少，但是减少量都较小；在250次冻融循环内不同再生骨料取代率的再生骨料混凝土的质量损失均比较小。
3.2.2 改性骨料对再生骨料混凝土抗冻性能的影响
本试验利用硅灰与水泥混合液、有机硅防水剂、水等与再生骨料浸泡24个小时对其进行表面改性，各改性液配比见表2-4与表2-5。可知改性骨料对再生骨料混凝土抗冻性的影响如图3-2。

(a) 相对动弹性模量图 (b) 质量损失图
图3-2 掺改性骨料对再生骨料混凝土抗冻性能的影响
由图可知，对再生骨料进行表面改性可以提高再生骨料混凝土的抗冻性能，其中掺有机硅防水剂改性骨料提高幅度最大，掺硅灰与水泥混合液改性骨料的次之，掺水浸泡改性骨料的试件抗冻性能与参照试件持平，但其强度略高于参照试件，可较好地改善再生骨料混凝土的和易性。
3.2.3 矿物掺合料对再生骨料混凝土抗冻性能的影响
1、掺入粉煤灰对再生骨料混凝土抗冻性能的影响

本试验采用10%、20%及30%的粉煤灰等量取代水泥，探讨粉煤灰对改
善再生骨料混凝土抗冻性能方面的情况。在冻融循环过程中，可明显见到掺入粉煤灰的试件表面剥离情况最为严重。其相对动弹性模量与质量损失如图3-3。

(a) 相对动弹性模量图 (b) 质量损失图
图3-3 掺粉煤灰对再生骨料混凝土抗冻性能的影响
由图3-3可知，由于本试验采用了品质较差的Ⅱ级粉煤灰，导致再生骨料混凝的抗冻性能低于参照试件，一是由于粉煤灰烧失量大，其火山灰特性没有充分体现；二是由于其45um的筛余量为14.6%，颗粒粒径较大，粉煤灰没有起到填充微小孔隙的作用，其形态效应与微集料效应不明显。若加入超细粉磨、烧失量较小的Ⅰ级粉煤灰则可能改善再生骨料混凝土的抗冻性能。
2、掺入硅灰对再生骨料混凝土抗冻性能的影响。
本试验采用5%、10%的硅灰等量取代水泥，探讨硅灰对改善再生骨料混凝土抗冻性能方面的情况。在冻融循环过程中，掺有硅灰的试件表面几乎没有剥落现象，硅灰对再生骨料混凝土抗冻性的影响见图3-5。

(a) 相对动弹性模量图 (b) 质量损失图
图3-4 掺硅灰对再生骨料混凝土抗冻性能的影响
两组试件在前50次冻融循环中，其质量损失均为0%，可知该阶段内12、试件冻融破坏比较轻微，是破坏程度仅仅在试件表面；而100次至225次冻融循环内，掺硅灰的试件质量却略有增加，由于其剥落现象不明显，其主要原因是外界的水填充了刚刚被破坏的空孔内，导致其质量略有增加。
综上，由于细小球状的硅灰可以填充于水泥颗粒及骨料的内部微细孔隙，能够较好地堵塞孔洞，从而减少了可冻水的进入空间，减少试件内部可冻水量；又因高活性的硅灰能够很好地发生二次水化作用，产生更多的C—S—H凝胶和六角片状Ca(OH)2 晶体。C—S—H凝胶由于具有巨大的比表面积的特性，凝胶粒子之间存在着范德华力和化学键力，从而改善在骨料与水泥石的界面过渡区（ITZ）。总之，硅灰具有良好的火山灰效应、填充密实效应与微集科效应特性，能够很好地改善再生骨料混凝土的抗冻性能。
3.2.4 引气剂对再生骨料抗冻性能混凝土的影响
本试验用掺入0.08%的引气剂改善再生骨料混凝土的抗冻性，引气剂对再生骨料混凝土抗冻性的影响见图3-6。

(a) 相对动弹性模量图 (b) 质量损失图
图3-5 引气剂对再生骨料混凝图抗冻性的影响
由图可知，在冻融循环150次前两试件相对动弹性模量及质量损失趋势基本一致；冻融循环150次后参照试件的相对动弹性模量下降更为明显，质量损失更大，故加入引气剂可明显提高再生骨料混凝土的抗冻能力。
4 结论
1、对于不同取代率的再生骨料混凝土，再生骨料取代率越高的再生骨料混凝土的抗冻性能越差，但取代率100%与0%的250次冻融循环相对动弹性模量相差不大，故再生骨料混凝土的抗冻性与天然混凝土差距较小。
2、通过对再生骨料表面改性可以提高再生骨料混凝土的抗冻性能，其提高效果不明显。
3、掺入10%粉煤灰的试件在前125次冻融循环中其相对动弹性模量基本不变，且抗冻性能与参照试件差距不大，但掺入20%、30%粉煤灰的试件其相对动弹性模量下降很快，故需严格控制粉煤灰的掺量。
4、掺5%的硅灰再生骨料混凝土的抗冻性能略有提高，掺10%的硅灰后再生骨料混凝土的抗冻性能明显提高，但是考虑到硅灰的成本较贵，所以实际工程应用中应综合考虑各种情况，掺入适量的硅灰以提高再生骨料混凝土的抗冻性能。
5、添加引气剂能够很好改善再生骨料混凝土体系内部的孔结构，大幅度地提高再生混凝土的抗冻融性能。

参考文献

作者简介：马玲 达州市建设工程质量检测中心工程师
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