再生細(xì)骨料濕度狀態(tài)對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)影響

陳遠(yuǎn)遠(yuǎn)

(福州大學(xué)陽光學(xué)院土木工程系 福建福州 350015)

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再生細(xì)骨料濕度狀態(tài)對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)影響

陳遠(yuǎn)遠(yuǎn)

(福州大學(xué)陽光學(xué)院土木工程系 福建福州 350015)

總水灰比一定，使用不同濕度狀態(tài)的再生細(xì)骨料配制混凝土，采用ESEM掃描再生細(xì)骨料混凝土界面結(jié)構(gòu)形貌，運(yùn)用孔結(jié)構(gòu)分析儀測(cè)定再生細(xì)骨料混凝土的孔結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明：總水灰比一定，當(dāng)再生細(xì)骨料摻量不變時(shí)，隨著其濕度從烘干到氣干再到飽和面干的增大，再生細(xì)骨料混凝土界面過渡區(qū)變得致密，界面結(jié)構(gòu)性能提高，且水泥石的密實(shí)度增強(qiáng)，孔隙率減小，平均孔徑及大于50nm的孔結(jié)構(gòu)比例都減小。

再生細(xì)骨料；濕度狀態(tài)；混凝土；界面結(jié)構(gòu)

0 引言

隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，天然骨料被大量消耗，導(dǎo)致了大量污染環(huán)境的廢棄混凝土產(chǎn)生。將這類建筑垃圾破碎并篩分成再生粗、細(xì)骨料，用以部分或全部代替天然骨料來配制混凝土，可節(jié)省天然礦物資源，同時(shí)也能大大減輕固體廢棄物對(duì)環(huán)境的污染[1]。

對(duì)于再生骨料混凝土的微觀結(jié)構(gòu)的研究，許多學(xué)者們已取得了一定成果。再生骨料的力學(xué)性能相對(duì)天然骨料較差，造成了再生混凝土內(nèi)界面過渡區(qū)的分布、數(shù)量及性能的不同，從而影響了再生混凝土的力學(xué)性能[2]；表面孔隙率高，強(qiáng)度較低的再生混凝土骨料會(huì)降低界面過渡區(qū)微觀結(jié)構(gòu)的密實(shí)性[3]；再生混凝土的微觀結(jié)構(gòu)是影響其耐久性的根源，致密高強(qiáng)的界面結(jié)構(gòu)有利于改善再生混凝土耐久性[4]；使用再生骨料會(huì)增加混凝土內(nèi)部總細(xì)孔孔隙量，混凝土的耐久性也會(huì)因此而受到較大的影響[5]。以上研究都集中在由再生粗骨料混凝土的微觀結(jié)構(gòu)特征上，而關(guān)于再生細(xì)骨料混凝土微觀結(jié)構(gòu)的研究較少。

再生骨料的高吸水性這一顯著特點(diǎn)，使一些研究考慮了再生粗骨料的濕度狀態(tài)對(duì)于混凝土新拌和硬化性能的影響[6-7]；有的學(xué)者在研究中考慮了再生粗骨料的含水狀態(tài)對(duì)再生混凝土耐久性能的影響[8]。以上都是關(guān)于再生粗骨料的濕度狀態(tài)對(duì)再生混凝土宏觀性能影響的研究，目前再生細(xì)骨料的濕度狀態(tài)對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)特征影響的研究較少。本文針對(duì)再生細(xì)骨料濕度狀態(tài)對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響展開研究。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)原材料

1.1.1粗骨料

粗骨料采用閩侯蘇洋采石場(chǎng)所產(chǎn)碎石，飽和面干吸水率為0.2%(表1)。

表1 粗骨料級(jí)配

1.1.2 細(xì)骨料

天然細(xì)骨料采用閩江天然河砂，細(xì)度模數(shù)為2.13，飽和面干吸水率為1.2%；再生細(xì)骨料采用福建同利科技建材有限公司生產(chǎn)的、細(xì)度模數(shù)為2.76、飽和面干吸水率為7.2%的再生砂(表2)。

表2 細(xì)骨料級(jí)配(分計(jì)篩余)

1.1.3 膠凝材料

采用福建煉石牌42.5R普通硅酸鹽水泥及寧德Ⅱ級(jí)粉煤灰。

1.1.4 外加劑等

減水劑采用福建建科院生產(chǎn)的TW-4緩凝高效減水劑，減水率15%～25%，最佳摻量βR為2%，水采用自來水。

1.2 變化參數(shù)

采用氣干(AD)，烘干(OD)和飽和面干(SSD)這3種濕度狀態(tài)的再生細(xì)骨料。將再生細(xì)骨料放入溫度設(shè)置為105℃的烘箱中，將其烘至含水率恒為0%，可得烘干狀態(tài)再生細(xì)骨料；在恒溫恒濕的試驗(yàn)室條件下，將加入適量水的烘干狀態(tài)再生細(xì)骨料拌勻平鋪于平面風(fēng)干24h，可得含水率為3.5%的氣干狀態(tài)再生細(xì)骨料；恒溫恒濕的試驗(yàn)室條件下，取烘干狀態(tài)的再生細(xì)骨料加入配合比所需的總用水進(jìn)行浸泡，24h后可得含水率為7.2%的飽和面干狀態(tài)再生細(xì)骨料。

1.3 試驗(yàn)配合比

由于再生細(xì)骨料吸水率較大，再生細(xì)骨料混凝土的總用水量應(yīng)包含計(jì)算用水量和能使粗、細(xì)骨料達(dá)到飽和面干狀態(tài)的附加水[9]，計(jì)算用水量指在粗、細(xì)骨料為飽和面干狀態(tài)的情況下，加入混凝土中的水量。即在砂、石骨料都為完全干燥狀態(tài)的情況下，將計(jì)算用水量附加上砂、石骨料都達(dá)到飽和面干狀態(tài)所需的水量后，得到總用水量。本文計(jì)算用水量為183kg/m3，其計(jì)算方法為：總用水量=183kg/m3+粗、細(xì)骨料用量×粗、細(xì)骨料飽和面干吸水率(假設(shè)粗、細(xì)骨料都為烘干狀態(tài))。該設(shè)計(jì)方法可使再生細(xì)骨料摻量一定時(shí)，各組配合比中的總用水量一致，保證試驗(yàn)條件的一致性。凈用水量指總用水量扣除粗、細(xì)骨料在摻入混凝土之前已經(jīng)含有的水量所剩余的水量。由于為了保證各配合比材料的統(tǒng)一性，試驗(yàn)前石子與天然砂都被事先烘干，即其含水率都為0，則凈用水量只需考慮再生細(xì)骨料的含水量，其計(jì)算方法為：凈用水量=總用水量-(再生細(xì)骨料用量×再生細(xì)骨料含水率(3.5%，0%，7.2%))。

吸水率大這一特點(diǎn)使再生細(xì)骨料在混凝土中的吸水過程為一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程，在再生細(xì)骨料從水泥漿中吸水或返水的過程下，混凝土中未被骨料吸收的水與水泥的質(zhì)量比為有效水灰比，有效水灰比隨時(shí)間變化。試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)中砂率為0.4，總水灰比為0.61，變化再生細(xì)骨料的濕度狀態(tài)這個(gè)參數(shù)，最終設(shè)計(jì)出的試驗(yàn)配合比見表3，其中編號(hào)1的3組配合比對(duì)應(yīng)的混凝土所用細(xì)骨料為25%再生細(xì)骨料和75%天然砂，編號(hào)2的三組配合比對(duì)應(yīng)的混凝土所用細(xì)骨料為75%再生細(xì)骨料和25%天然砂。

表3 再生細(xì)骨料混凝土試驗(yàn)配合比 kg/m3

1.4 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

1.4.1界面形貌

采用表3中的配合比，每組配合比制作一個(gè)尺寸為150mm×150mm×150mm的再生細(xì)骨料混凝土試樣，將試樣養(yǎng)護(hù)28d后，從養(yǎng)護(hù)室中取出，選取混凝土中水泥石與骨料交界的部分進(jìn)行切片，切成大約為1cm3的混凝土小片，將切片置于無水乙醇中以中止水泥水化，48h后將切片置于60℃條件下烘干至恒重，取出混凝土切片試樣，將試樣置于真空中對(duì)新鮮混凝土斷面進(jìn)行鍍碳膜，然后置于福州大學(xué)光電顯示技術(shù)研究所的日立S-3000N型掃描電子顯微鏡掃描電鏡(ESEM掃描電鏡)下觀察，得到再生細(xì)骨料混凝土的界面形貌圖。

1.4.2 孔結(jié)構(gòu)

采用表3中的配合比，每組配合比制作一個(gè)尺寸為150mm×150mm×150mm的再生細(xì)骨料混凝土試樣，將其養(yǎng)護(hù)28d后，從養(yǎng)護(hù)室中取出，將距離粗骨料8mm范圍以內(nèi)的混凝土用錘頭敲下得到混凝土小塊，除去混凝土小塊表面的沙粒和雜質(zhì)，將切片置于無水乙醇中以中止水泥水化，48h后將切片置于60℃條件下烘干至恒重，最后送入北京金埃譜科技有限公司生產(chǎn)的V-Sorb 2800S孔結(jié)構(gòu)分析儀中進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)測(cè)試，得到累計(jì)孔體積、平均孔徑、孔徑分布等試驗(yàn)結(jié)果。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 界面形貌

由圖1和圖2可知摻量固定時(shí)，當(dāng)再生細(xì)骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干提高時(shí)，混凝土界面過渡區(qū)變得不明顯，界面密實(shí)度提高，孔隙分布變得均勻。由表3知烘干組混凝土中的凈用水量和凈用水灰最大，氣干組次之，飽和面干組最大。氣干及烘干狀態(tài)的再生細(xì)骨料吸水后，混凝土中有效用水量都下降，有效水灰比都減小，但由于這兩種狀態(tài)的再生細(xì)骨料吸水不可能至完全飽和面干，因此飽和面干組混凝土的有效水灰比仍是最小。且烘干組混凝土中原本凈水量最大，則烘干狀態(tài)再生細(xì)骨料吸水后，混凝土的有效水灰比值仍然大于氣干組。

因此摻量固定時(shí)，當(dāng)再生細(xì)骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干提高時(shí)，混凝土有效水灰比減小，導(dǎo)致混凝土界面強(qiáng)度及密實(shí)度提高，而且再生細(xì)骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干的提高有利于混凝土界面區(qū)礦物摻合料與水泥水化產(chǎn)物的二次水化的水分增多，這一因素導(dǎo)致混凝土界面變得密實(shí)，孔隙分布變得均勻。

2.2 累計(jì)孔體積

由圖3和圖4可知，當(dāng)摻量分別為25%、75%時(shí)，3種狀態(tài)再生細(xì)骨料對(duì)應(yīng)的混凝土累計(jì)孔體積的大小都呈現(xiàn)出SSD組

2.3 孔徑分布

由表4知再生細(xì)骨料摻量為25%及75%時(shí)，當(dāng)再生細(xì)骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干提高時(shí)，混凝土平均孔徑、較大孔徑與較小孔徑的孔結(jié)構(gòu)比例(>50nm/<50nm)及大于50nm的孔結(jié)構(gòu)比例都減小。從2.1可知摻量固定時(shí)，當(dāng)再生細(xì)骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干提高時(shí)，有效水灰比減小，從而有利于水泥石強(qiáng)度及密實(shí)度發(fā)展，且隨著骨料濕度提高，混凝土中礦物摻合料與水泥水化產(chǎn)物的二次水化變得充分，導(dǎo)致水泥石強(qiáng)度及密實(shí)度提高，因此平均孔徑、較大孔徑與較小孔徑的孔結(jié)構(gòu)比例及大于50nm的孔結(jié)構(gòu)比例最大，氣干組次之，烘干組最大。

3 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，可得到如下結(jié)論：

(1)再生細(xì)骨料摻量固定時(shí)，當(dāng)再生細(xì)骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干提高時(shí)，混凝土孔隙率減小，累計(jì)孔體積減小。

(2)再生細(xì)骨料摻量固定時(shí)，當(dāng)再生細(xì)骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干提高時(shí)，混凝土中的水泥石密實(shí)度提高，平均孔徑、較大孔徑與較小孔徑的孔結(jié)構(gòu)比例(>50nm/<50nm)及大于50nm的孔結(jié)構(gòu)比例減小。

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Influence of moisture states of recycled fine aggregate on the microscopic structure of concrete

CHENYuanyuan

(Civil engineering department of Sunshine college,Fuzhou 350015)

The total water-cement ratio of recycled fine aggregate concrete was kept the same. Concrete was prepared with different moisture state of recycled fine aggregate. The interfacial structure topography of recycled fine aggregate concrete was scanned by ESEM,and pore structure analyzed by using pore structure analyzer. The test research results show that,for the same total water-cement ratio,when the content of recycled fine aggregate is the same,the interfacial transition region of concrete is becoming vague and the property of interface structure is being enhanced with the increase of the moisture of recycled fine aggregate from oven-dried,air-dried to saturated surface-dried states. And the density and porosity of cement are increasing while the percentage of pores with diameter under 50nm and the cement paste average pore size are decreasing.

Recycled fine aggregates; Moisture state; Concrete; Interface structure

陳遠(yuǎn)遠(yuǎn)(1987.2- )，女，講師。

E-mail:597137973@qq.com

2016-07-24

TU5

A

1004-6135(2016)11-0082-04