再生混凝土耐久性試驗(yàn)方法分析

廖一

摘要：本文分析了再生混凝土耐久性試驗(yàn)方法，包括確定試驗(yàn)方案，配合比設(shè)計(jì)，試驗(yàn)原材料預(yù)處理等。

關(guān)鍵詞：再生；混凝土；耐久性

本文主要研究不同水膠比、不同粉煤灰取代率對再生混凝土抗碳化耐久性能影響及不同粉煤灰取代率對再生混凝土抗凍融耐久性的影響。

1試驗(yàn)方案的確定

正交試驗(yàn)?zāi)軌蛟跍p少工作量的同時(shí)得到良好的預(yù)測效果，應(yīng)該為此次試驗(yàn)的首選設(shè)計(jì)方法，但是本次研究要使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這一工具進(jìn)行再生混凝土碳化深度預(yù)測，需要大量樣本進(jìn)行訓(xùn)練，利用訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測；同時(shí)考慮，水膠比對再生混凝土抗凍融性能的影響這一內(nèi)容，可僅研究粉煤灰取代率對再生混凝土抗凍融性能的影響。

綜上所述，最終選定因子設(shè)計(jì)法進(jìn)行再生混凝土抗碳化、抗凍融性能的研究。最終確定試驗(yàn)方案為：采用二因子設(shè)計(jì)法進(jìn)行再生混凝土抗碳化性能究，二種因子分別為水膠比、粉煤灰取代率。水膠比分別取0.42、0.52、0.62；粉煤灰取代率分別為0%、15%、30%、50%。與此同時(shí)，為分析研究再生混凝土應(yīng)用到實(shí)際中可能性，以同等水平下普通混凝土作為對比試驗(yàn)。單因子設(shè)計(jì)方法進(jìn)行再生混凝土抗凍融性能研究，研究在水膠比為0.42，粉煤灰取代率為0%、15%、30%、50%的組合情況下，再生混凝土的抗凍融耐久性能。同時(shí)，做相同組合的普通混凝土作為對比。

2配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)所取設(shè)計(jì)最佳的配合比進(jìn)行試驗(yàn)研究。水膠比及粉煤灰取代率見試驗(yàn)方案，砂率均為0.32。其中天然骨料吸水率較小，不予考慮附加吸水量；再生粗骨料的吸水率較大，所以此次設(shè)計(jì)配合比時(shí)，考慮了4.21%的吸水率。

3試驗(yàn)原材料預(yù)處理

由于再生粗骨料堆放在試驗(yàn)室天井中時(shí)間較長、骨料含泥量較多，對試驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大影響，故首先需要用水沖洗再生骨料，之后放入試驗(yàn)室中烘箱中烘干。拌合混凝土?xí)r處于雨季，砂子含水量也較高，也需要放入烘箱中烘干

后才使用。為保證再生粗骨料充分吸水，采用預(yù)濕法處理再生粗骨料：試驗(yàn)開始前24h時(shí)，稱好修正之后的拌合用水量，放入容器之中。將再生骨料放入其中浸泡，并用塑料布覆蓋容器，防止拌合用水的蒸發(fā)。（本次直接將骨料放入強(qiáng)制式攪拌機(jī)之中加水浸泡）

4原材料基本性質(zhì)

（1）粉煤灰

試驗(yàn)采用安徽淮南電廠出產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰，主要成分，其主要技術(shù)指標(biāo)符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（6BT1596-2005）的要求。

（2）骨料

再生混凝土的性質(zhì)與再生骨料的來源與破碎工藝有很大關(guān)系。國內(nèi)外的一系列試驗(yàn)證明不同破碎工藝、不同來源的再生骨料拌制而成的再生混凝土力學(xué)性質(zhì)和耐久性能差異很大。

本次試驗(yàn)所用再生粗骨料為合肥工業(yè)大學(xué)課題組剩余骨料。該骨料來自城市路面混凝土破碎后而得，破碎工藝為反擊式破碎。這種工藝的主要設(shè)備為反擊式破碎機(jī)，它是在錘式破碎機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)發(fā)展的。該破碎機(jī)的主要工作部件是帶有板錘的能夠高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。放入其中的廢棄混凝土塊，在錘擊區(qū)受到板錘撞擊，使其高速拋向反擊板，再次受到?jīng)_擊并反彈到板錘，這樣的過程循環(huán)往復(fù)。由于廢棄混凝土塊在此過程中不斷受到撞擊，會(huì)產(chǎn)生大量裂縫，直至破裂，當(dāng)破碎的顆粒的粒度小于板錘與反擊板之間的間隙時(shí)，就會(huì)自動(dòng)卸出。

反擊式破碎機(jī)將各種破碎方式有機(jī)結(jié)合在一起，因此此種破碎工藝具有能耗相對較低、產(chǎn)品級配良好、破碎效率高、易損零件少、維護(hù)保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)，是破碎廢棄混凝土、生產(chǎn)再生骨料的理想設(shè)備。

本次試驗(yàn)采用的再生粗骨料有二種基本形態(tài)：1號粗骨料粒徑較大，表面附著砂漿較多；2號粗骨料粒徑較小，表面附著少許砂漿。1號粗骨料附著的水泥砂漿有較多明顯的氣孔，碎石骨料形態(tài)同母體水泥混凝土碎石骨料差別不大。骨料個(gè)體形態(tài)差異性較大，砂漿附著量的多寡不盡相同。由于再生骨料表面附著水泥砂漿，其物理力學(xué)性質(zhì)與普通粗骨料不盡相同。為了解再生粗骨料的物理力學(xué)性質(zhì)，首先對骨料的基本物理性能進(jìn)行了試驗(yàn)。

（a）骨料級配

再生集料的級配是表示構(gòu)成再生集料的不同粒徑顆粒之間組成的相互比例關(guān)系，它是材料的一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。顆粒級配的優(yōu)劣，關(guān)系到材料的強(qiáng)度與抗收縮性能。試驗(yàn)開始前，首先通過篩分試驗(yàn)，確定粗骨料的顆粒級配。本次試驗(yàn)采用1號粗骨料與2號粗骨料重量之比為3：2，根據(jù)此比例并結(jié)合篩分結(jié)果將該級配繪制成曲線。可知本次試驗(yàn)所采用級配符合《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》（JGJ53-92）的要求。

（b）外觀形狀與表面構(gòu)造

再生骨料在制備過程中，由于破碎工藝的關(guān)系，再生粗骨料外觀形狀較為扁平，同時(shí)有少許棱角。將粗集料顆粒的最小厚度方向與最大長度方向的尺寸之比小于0.4的顆粒稱之為針片狀顆粒。針片狀顆粒對混凝土的流動(dòng)性有不利的影響，同時(shí)影響石子與砂、膠凝材料等的握裹效應(yīng)，會(huì)對混凝土的耐久性產(chǎn)生不利影響。因此針片狀顆粒含量必須在一個(gè)合適的范圍。我國《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30—2003）規(guī)定：碎石中針片狀顆粒含量不得超過15%。由于本次再生骨料用反擊破碎機(jī)破碎而得，生產(chǎn)出的再生骨料多呈立方體，其針片狀含量較少。試驗(yàn)結(jié)果表明，再生粗骨料的針片狀顆粒含量為6.5%，而天然粗骨料的針片狀顆粒含量為9.7%。因此，單就針片狀顆粒含量來說，再生粗骨料優(yōu)于天然粗骨料。二者均符合規(guī)范要求。

普通骨料表面較為光滑，再生粗骨料表面較為粗糙，附著較多砂漿。

（c）吸水率

再生骨料由于表面附著大量砂漿，導(dǎo)致其孔隙率會(huì)大于天然骨料。而且在其破碎過程中，骨料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的微孔隙。所以一般情況下，再生骨料的吸水率會(huì)大于天然骨料。對于不同來源、不同破碎工藝、不同粒徑的再生骨料吸水率是不同的。國內(nèi)外學(xué)者對此做了大量的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)最終結(jié)果較為離散，但基本上可以得出再生骨料的吸水率與其表觀密度成反比的結(jié)論。

再生骨料的吸水率與骨料粒徑的關(guān)系，由此可見，再生骨料的吸水性及吸水率都隨著骨料粒徑的增大而迅速減小。有些學(xué)者認(rèn)為再生粗骨料吸水率是其區(qū)別于天然骨料最重要的特征。再生混凝土在設(shè)計(jì)配合比時(shí)候要考慮其吸水率，增加拌合用水量。所以要在試驗(yàn)前首先測定再生粗骨料和普通粗骨料的吸水率，本次試驗(yàn)所采用的普通粗骨料24h吸水率為0.37%，再生粗骨料24h吸水率為4.21%。

（d）密度

一般而言，由于再生粗骨料表面附著砂漿較多、孔隙率較大，再生骨料制備過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的微觀裂紋，都會(huì)導(dǎo)致再生粗骨料的密度低于普通粗骨料的密度。但是不同學(xué)者試驗(yàn)研究所采用的再生骨料來源不一、破碎工藝不一，導(dǎo)致了再生粗骨料的表觀密度相差較大。本次試驗(yàn)所采用的粗骨料由于骨料來源、破碎工藝較好，所測得的表觀密度與其他學(xué)者所采用的粗骨料相比略大，約為2700kg/m³，而天然粗骨料的表觀密度約為為2900kg/m³。

（3）水泥、砂、水

水泥采用安徽海螺水泥股份有限公司生產(chǎn)的P.0 42.5級普通硅酸鹽水泥。其主要成分見表2-7，主要技術(shù)指標(biāo)可以看出，試驗(yàn)所用水泥符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB175-1999）的技術(shù)要求。

試驗(yàn)采用的砂為巢湖砂、水為合肥市飲用自來水。

5凍融試驗(yàn)及快速碳化試驗(yàn)

規(guī)范推薦中凍融循環(huán)試驗(yàn)有三種方法，即慢動(dòng)法、快凍法、單面凍融法。其中慢動(dòng)法適用于氣凍水融條件下，混凝土抗凍融耐久性的研究；快凍法適用于水凍水融條件下混凝土抗凍融耐久性的研究；單面凍融法適用于測定混凝土試件在大氣環(huán)境下且與鹽接觸的條件下，混凝土抗凍融耐久性的研究。慢凍法試驗(yàn)周期長、試驗(yàn)誤差大、試驗(yàn)工作量大等較多的不足之處，而快凍法在這些方面都等克服慢凍法的不足。因此本次試驗(yàn)采用快凍法研究再生混凝土的抗凍融耐久性。endprint