摻合料、石粉及石屑對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度及抗氯離子滲透性能影響研究

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摻合料、石粉及石屑對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度及抗氯離子滲透性能影響研究

管小健
（福建省建筑科學(xué)研究院，福建福州350025）

摘要：按ASTM C1202測(cè)試了粉煤灰、礦渣、硅灰等摻合料以及石粉和石屑摻量對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度及抗氯離子滲透性能的影響。結(jié)果表明，礦物摻合料可顯著改善再生混凝土抗氯離子滲透性能，尤其粉煤灰和硅灰復(fù)摻能改善再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗氯離子滲透性能；隨著石粉摻量的增大，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，抗氯離子滲透性能先增強(qiáng)后減弱，表明適量的石粉能在不影響強(qiáng)度的情況下，顯著改善其抗氯離子滲透性能，石粉的最佳摻量為水泥質(zhì)量的5%；石屑取代率增加雖然能改善混凝土的強(qiáng)度，但過量的石屑會(huì)降低再生混凝土抗氯離子滲透性能，試驗(yàn)表明，石屑取代率不宜超過20%。

關(guān)鍵詞：再生混凝土；摻合料；石屑；石粉；抗壓強(qiáng)度；氯離子擴(kuò)散系數(shù)

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)再生混凝土抗氯離子滲透性能作了初步探討［1-6］，但研究成果可比性較差，并且還存在著不一致、甚至相互矛盾的結(jié)論，而關(guān)于石粉和石屑影響再生混凝土氯離子滲透性能的研究較少。本文通過試驗(yàn)研究礦物摻合料、石屑和石粉摻量等因素對(duì)再生混凝土抗氯離子滲透性能的影響，為再生混凝土在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料及配合比

水泥：煉石牌P·O42.5水泥，比表面積352 m2/kg；粉煤灰：Ⅱ級(jí)，細(xì)度（45 μm方孔篩篩余）25%，需水量比92.8%，燒失量2.89%；礦渣：福建中聯(lián)建材微粉有限公司產(chǎn)，密度2.87 g/cm3，比表面積415 m2/kg；石屑和石粉：來自福州某大理石采石場(chǎng)，取來時(shí)為混合物，篩分后得到粒徑為0.15～4.75 mm的石屑和粒徑為0.15 mm的石粉；天然粗骨料：5～25 mm連續(xù)級(jí)配碎石；再生粗骨料：某公路路面廢棄混凝土加工而成，粒徑5～25 mm；細(xì)骨料：河砂，細(xì)度模數(shù)2.9；聚羧酸高效減水劑：福建某外加劑廠產(chǎn)；水：自來水。

由于現(xiàn)有規(guī)范尚未對(duì)再生混凝土配合比設(shè)計(jì)作出規(guī)定，本試驗(yàn)再生混凝土配合比設(shè)計(jì)參照J(rèn)GJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行，具體配合比見表1。各組試件水膠比均為0.50，通過調(diào)整減水劑摻量，使拌合物坍落度控制在160～180 mm；NC組為對(duì)比組，100%使用天然粗骨料，其余組均使用再生粗骨料100%替代天然粗骨料；用石粉和石屑分別等量取代混凝土中部分水泥和細(xì)骨料，石粉取代率分別為5%、10%、15%、20%，石屑取代率分別為20%、40%、60%、80%。

表1 再生混凝土的配合比　kg/m3

1.2 試驗(yàn)方法

再生混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用TYA-2000型全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm。再生混凝土抗氯離子滲透性按照美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM C1202［7］進(jìn)行測(cè)試，該方法是通過測(cè)量在外加電壓60 V作用下6 h內(nèi)通過混凝土的電量來快速評(píng)價(jià)混凝土的抗氯離子滲透性。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 摻合料對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度和抗氯離子滲透性的影響（見圖1、圖2）

圖1 礦物摻合料對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖1可知，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度低于使用天然粗骨料的普通混凝土，單摻30%粉煤灰的再生混凝土（A2組）抗壓強(qiáng)度最低，粉煤灰與礦渣或硅灰復(fù)摻（A3、A4組）能顯著提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度，尤其摻入5%硅灰時(shí)（A4組）其強(qiáng)度甚至接近未摻礦物摻合料時(shí)的情況，原因在于礦渣或硅灰的比表面積和活性大于粉煤灰，尤其是硅灰，因此其水化后生成了大量的凝膠類物質(zhì)可以彌補(bǔ)取代水泥后水化產(chǎn)物減少的影響，同時(shí)復(fù)摻摻合料中的粉煤灰有“滾珠效應(yīng)”可以提高混凝土的流變性能，更好地改善混凝土的力學(xué)性能，使得混凝土更加密實(shí)，強(qiáng)度得到提高。

圖2 礦物摻合料對(duì)再生混凝土抗氯離子滲透性的影響

由圖2可知，A1組再生混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)比普通混凝土NC組顯著增大，而摻入礦物摻合料后氯離子擴(kuò)散系數(shù)顯著降低，表明礦物摻合料摻入到再生混凝土中可提高其抗氯離子滲透性能，主要原因有2方面：一是礦物摻合料具有火山灰效應(yīng)，其活性成分SiO2、Al2O3能與水化產(chǎn)物Ca（OH）2發(fā)生水化反應(yīng)，減少過渡區(qū)的CH含量，改善CH的取向，同時(shí)水化產(chǎn)生的C-S-H凝膠能夠填充過渡區(qū)的孔隙，改善過渡帶的性能；二是礦物摻合料具有微集料填充效應(yīng)，表現(xiàn)在不同粒徑的水泥與礦物摻合料顆粒相互填充，可使粉體具有良好的連續(xù)級(jí)配，減少復(fù)合膠凝材料凝結(jié)硬化后的總孔隙率，提高混凝土抗氯離子滲透性能。

2.2 石粉摻量對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度和抗氯離子滲透性的影響（見圖3、圖4）

圖3 石粉摻量對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖3可知，石粉取代水泥時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨著石粉摻量的增加而降低，當(dāng)石粉摻量為20%時(shí)，混凝土的28 d強(qiáng)度下降幅度最大，達(dá)到17.6%，其原因在于石粉在水泥水化過程中主要起到了兩方面的作用［8］：一方面，石粉中CaCO3顆粒對(duì)Ca2+的吸附作用加速了C3S的水化，改善了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)；另一方面，石粉本身能與C3A反應(yīng)生成水化碳鋁酸鈣，使得水化反應(yīng)產(chǎn)物增多。但畢竟石粉的活性不如水泥，石粉等量取代水泥減少了水化產(chǎn)物的總量，最終表現(xiàn)為混凝土抗壓強(qiáng)度隨著石粉摻量的增加而降低。

圖4 石粉摻量對(duì)再生混凝土抗氯離子滲透性的影響

由圖4可知，再生混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨著石粉摻量的增加先減小后增大，石粉取代水泥量小于5%時(shí)，混凝土的抗氯離子滲透能力略有增強(qiáng)，當(dāng)石粉取代水泥量大于5%時(shí)，混凝土的抗氯離子滲透能力隨著石粉摻量的增加而降低。石粉的摻入能夠改善混凝土的耐久性主要在于石粉的微集料填充效應(yīng)、活性效應(yīng)和晶核效應(yīng)［9］，但石粉的活性不如水泥，過量石粉的摻入，減少了水化產(chǎn)物的生成，使得混凝土密實(shí)性變差，再生混凝土抗氯離子滲透性能降低。與未摻石粉的混凝土相比，石粉摻量為5%時(shí)，其強(qiáng)度幾乎不受影響，但抗氯離子滲透性則得到大幅改善，因此，本試驗(yàn)中較佳的石粉摻量為5%。

2.3 石屑摻量對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度和抗氯離子

滲透性的影響（見圖5、圖6）

圖5 石屑摻量對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖5可知，石屑取代河砂時(shí)，再生混凝土抗壓強(qiáng)度隨著石屑摻量的增大有所提高，當(dāng)石屑摻量為80%時(shí)，再生混凝土28 d抗壓強(qiáng)度較未摻石屑的提高約9%，這是因?yàn)槭假|(zhì)地堅(jiān)硬，表面粗糙，帶有尖銳棱角，使得集料與漿體的粘結(jié)力增強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度隨之提高。

圖6 石屑摻量對(duì)再生混凝土抗氯離子滲透性的影響

由圖6可知，隨著石屑取代量的不斷增大，再生混凝土氯離子滲透性略有下降，當(dāng)石屑摻量達(dá)到80%時(shí)，氯離子滲透系數(shù)較未摻石屑時(shí)增大約9%，可見石屑取代過量時(shí)，再生混凝土抗氯離子滲透性能明顯降低。其主要原因可能是隨著石屑增加，雖然粗糙的外形可增加相互間的咬合力，提高抗壓強(qiáng)度，但空隙率亦有所增大，使得混凝土的抗氯離子滲透性能降低［10］。

再生混凝土中石屑摻量為20%時(shí)，立方體抗壓強(qiáng)度有所提高，而氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低不明顯，綜合考慮再生混凝土的力學(xué)性能和耐久性能，石屑摻量不宜大于20%。

2.4 SEM分析

對(duì)A1、A4、B1、C1組試件進(jìn)行SEM分析，研究再生骨料混凝土在未摻及分別摻入摻合料、石粉和石屑后的微觀結(jié)構(gòu)。SEM照片分別見圖7～圖10。

圖7 A1組試件的SEM照片

圖8 A4組試件的SEM照片

圖9 B1組試件的SEM照片

圖10 C1組試件的SEM照片

由圖7～圖10可知，未摻摻合料、石粉、石屑的再生混凝土顆粒粒徑較大，細(xì)顆粒較少，孔隙較多；雙摻粉煤灰和硅灰的再生混凝土水化產(chǎn)物較為密實(shí)地粘結(jié)在一起，形成良好的整體，孔隙率較少；摻加5%石粉的再生混凝土中有較多不規(guī)則的石粉顆粒分散在漿體和骨料周圍，填充孔隙；摻加20%石屑的再生混凝土中，由于石屑顆粒偏粗，與細(xì)顆粒的搭配無法達(dá)到足夠密實(shí)狀態(tài)，存在一定的孔隙。

3 結(jié)論

（1）粉煤灰與礦渣或硅灰復(fù)摻能夠顯著改善再生混凝土的抗氯離子滲透性能，尤其是粉煤灰和硅灰復(fù)摻的改善效果明顯，且能提高再生混凝土的抗壓強(qiáng)度。

（2）再生混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著石粉取代水泥量的增加而降低，而適量的石粉能夠改善抗氯離子滲透性能。石粉摻量為5%時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度不受影響，且抗氯離子滲透性能又能得到較為明顯的改善。

（3）石屑取代部分天然砂能夠改善再生混凝土的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)取代率達(dá)到80%時(shí)，強(qiáng)度提高約9%，但同時(shí)氯離子滲透系數(shù)也增大9%，表明抗氯離子滲透性下降。綜合考慮，石屑摻量不宜大于20%，此時(shí)能夠改善再生混凝土的抗壓強(qiáng)度，同時(shí)又不會(huì)明顯影響其抗氯離子滲透性能。

參考文獻(xiàn)：

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Influence of mineral admixture，stone powder and stone chips on compressive strength and resistance to penetration of chloride ions of recycled concrete

GUAN Xiaojian
（Fujian Institute of Building Research，F(xiàn)uzhou 350025，China）

Abstract：Influence of type of mineral admixture，replacement rate of stone powder and stone chips on the compressive strength and resistance to permeability of chloride ions into recycled concrete were studied by the method of ASTM C 1202. The result shows that recycled aggregate concrete incorporates with mineral admixture can effectively improve resistance of concrete to chloride ion penetration，especially incorporate both with fly ash and silica fume. With the increase of replacement ratio of stone powder，the compressive strength of recycled coarse aggregate concrete reduced while resistance of concrete to chloride ion penetration was strengthened and then weakened，5%replacement of cement with stone powder is optimum. The compressive strength of recycled coarse aggregate concrete improved with the increase of replacement ratio of stone powder，but resistance of concrete to chloride ion penetration was significantly reduced when incorporates with excessive amount of stone chips，the result shows that replacement of stone chips should not be more than 20%.

Key words：recycled aggregate concrete，mineral admixture，stone chips，stone powder，compressive strength，chloride ion diffusion coefficient

中圖分類號(hào)：TU528.09

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-702X（2016）03-0016-04

基金項(xiàng)目：建設(shè)部2015科技項(xiàng)目計(jì)劃（2015-K4-031）

收稿日期：2015-10-24；

修訂日期：2015-12-24

作者簡(jiǎn)介：管小健，男，1960年生，福建福州人，高級(jí)工程師。