全再生骨料混凝土導(dǎo)熱性能試驗(yàn)研究

游 帆, 鄭建嵐

(1. 福州大學(xué)土木工程學(xué)院， 福建 福州 350116； 2. 福建江夏學(xué)院工程學(xué)院， 福建 福州 350108； 3. 福建省環(huán)保節(jié)能型高性能混凝土協(xié)同創(chuàng)新中心， 福建 福州 350108)

0 引言

由于再生骨料密度低、 孔隙率高[1-3]， 其導(dǎo)熱系數(shù)較天然骨料低， 因此將再生混凝土應(yīng)用于自保溫墻體砌塊， 能從自身材性上降低砌塊的導(dǎo)熱系數(shù)， 使外墻的保溫隔熱性能提高， 為再生骨料的實(shí)際工程應(yīng)用提供一個(gè)新的方向. 朱麗華等[4]研究表明， 孔隙狀態(tài)和骨料特性仍是影響再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)變化的主要原因. 肖建莊等[5-6]研究表明， 再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)隨再生粗骨料取代率提高而降低， 100%再生粗骨料的再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)約為普通混凝土的85%. 鄭建嵐等[7]研究表明， 自保溫再生混凝土空心砌塊的熱阻值比同強(qiáng)度普通混凝土的對(duì)應(yīng)值增大41.9%. 陳春紅等[8]通過試驗(yàn)研究及理論分析驗(yàn)證了采用再生骨料制備的再生混凝土砌塊能夠滿足建筑節(jié)能 65%要求. 因此， 摻入再生骨料可提高混凝土和混凝土砌塊熱工性能. 國內(nèi)外學(xué)者主要是對(duì)摻入再生粗骨料的再生混凝土熱工性能開展了相關(guān)研究， 尚未考慮到再生細(xì)骨料的影響. 為了充分利用再生骨料， 本文在100%再生粗骨料基礎(chǔ)上， 研究再生細(xì)骨料取代率、 再生細(xì)骨料中粉體含量對(duì)再生混凝土導(dǎo)熱性能的影響， 并進(jìn)一步研究?；⒅閷?duì)再生混凝土熱工性能的作用.

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)原材料

1.1.1 再生粗、 細(xì)骨料

再生骨料來源于某公路路面改造工程產(chǎn)生的廢棄混凝土， 該廢棄混凝土齡期23年， 原強(qiáng)度為舊規(guī)范(TJ10—74)中200標(biāo)號(hào)， 相當(dāng)于現(xiàn)行規(guī)范的C18混凝土. 廢棄混凝土經(jīng)破碎、 篩分得到粒徑5～10 mm的再生粗骨料， 及粒徑0.15～5 mm的再生細(xì)骨料. 再生粗、 細(xì)骨料主要性能指標(biāo)如表1所示. 再生細(xì)骨料中粒徑小于0.15 mm的顆粒(簡稱粉體)質(zhì)量含量約為7%.

表1 再生骨料主要性能指標(biāo)

1.1.2 其他原材料

采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥， II級(jí)粉煤灰， 表觀密度ρ0為2 300 kg·m-3； 天然砂； 普通自來水； 萘系高效減水劑. 玻化微珠(GHB)基本性能見表2.

表2 ?；⒅榛拘阅?/p>

1.2 配合比設(shè)計(jì)與試件制備

1.2.1 配合比設(shè)計(jì)

在100%再生粗骨料基礎(chǔ)上， 研究經(jīng)篩分不含粉體的再生細(xì)骨料取代率(0%、 50%、 100%)對(duì)再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響. 配合比設(shè)計(jì)中進(jìn)一步通過對(duì)再生細(xì)骨料篩分并反摻粉體的方法, 研究再生細(xì)骨料中粉體含量對(duì)再生混凝土導(dǎo)熱性能的影響， 再生細(xì)骨料粉體含量分別為0%、 3.5%、 7%. 同時(shí)通過在再生混凝土中摻入GHB， 研究GHB摻量、 再生細(xì)骨料粉體含量對(duì)再生混凝土熱工性能影響， GHB摻量為混凝土總體積比60%、 80%、 100%、 120%. 再生混凝土的配合比見表3.

1.2.2 試件制備

根據(jù)熱流法導(dǎo)熱儀HFM436/3/1E對(duì)試件的要求， 為得到較大的熱阻和溫度差， 試件厚度取50 mm， 尺寸為300 mm×300 mm×50 mm. 混凝土板成型試模采用精制鋼模， 拆模后對(duì)混凝土板成型面磨平， 控制其表面不平行度滿足文獻(xiàn)[9]的要求， 磨平后放入溫度(20±2)℃、 濕度95%標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至28 d.

1.3 導(dǎo)熱系數(shù)測試方法

采用德國耐馳公司生產(chǎn)的熱流法導(dǎo)熱儀HFM436/3/1E及其套件(一對(duì)精密熱電偶和硅膠墊)， 測試混凝土板的導(dǎo)熱系數(shù). 在測試混凝土板之前， 將試件放入通風(fēng)的烘箱烘干至恒重， 并測量試件干燥前后的質(zhì)量. HFM436/3/1E中熱流覆蓋區(qū)域?yàn)槔錈岚逯醒?0 cm×10 cm范圍， 故測試之前先把輔助熱電偶端頭粘在混凝土板上下表面經(jīng)標(biāo)定的中心位置， 并把硅膠墊通過膠帶固定在混凝土板上下表面. 測試時(shí)， 熱板溫度設(shè)為30 ℃， 冷板溫度設(shè)為20 ℃， 試件平均溫度設(shè)為25 ℃. 試驗(yàn)裝置及混凝土試件見圖1.

表3 再生混凝土配合比

注：NC代表普通混凝土；RCX1-X2-X3，RC代表再生粗骨料取代率為100%的再生混凝土，X1代表再生細(xì)骨料取代率，X2代表再生細(xì)骨料粉體反摻量，X3代表玻化微珠體積摻量

圖1 導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)裝置及混凝土試件Fig.1 Experimental device for thermal conductivity and concrete specimen

2 主要試驗(yàn)結(jié)果

每個(gè)配合比制作三個(gè)試件， 分別測得導(dǎo)熱系數(shù)和烘干后密度， 試驗(yàn)結(jié)果平均值見表4.

表4 再生混凝土試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 再生細(xì)骨料取代率對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響

再生細(xì)骨料取代率對(duì)再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)、 密度的影響見圖2. 從表4和圖2(a)可見， 在再生粗骨料取代率100%的基礎(chǔ)上， 增加再生細(xì)骨料取代率， 再生混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)隨之降低. 再生細(xì)骨料取代率為50%、 100%的再生混凝土比取代率為0%的再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)分別減小了9.7%、 13.0%.

這主要是由于： 再生細(xì)骨料與天然砂相比其密度較小， 因此再生細(xì)骨料取代率越高， 再生混凝土密度越低. 從圖2(b)可以看出， 隨著再生細(xì)骨料取代率的提高， 再生混凝土密度(烘干后)逐漸減少. 再生細(xì)骨料取代率為50%、 100%的再生混凝土比取代率為0%的再生混凝土在烘干狀態(tài)下密度分別減少了1.6%、 2.5%.

圖2 再生細(xì)骨料取代率對(duì)再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)和密度(烘干后)的影響

圖3 混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)Fig.3 Thermal conductivity of concrete

再生混凝土和普通混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比情況見圖3. 從表4和圖3還可得到再生混凝土與普通混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的對(duì)比情況： 與普通混凝土相比， 100%再生粗骨料的再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)減少了12.2%， 100%再生粗骨料、 50%再生細(xì)骨料的再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)減少了20.6%， 100%再生粗、 細(xì)骨料的全再生骨料混凝土導(dǎo)熱系數(shù)減小了23.6%.

3.2 再生細(xì)骨料中粉體含量對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)影響

再生細(xì)骨料粉體含量對(duì)再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)、 密度的影響見圖4.

圖4 再生細(xì)骨料粉體含量對(duì)再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)和密度(烘干后)的影響

從表4和圖4(a)可見， 再生細(xì)骨料粉體含量為0%、 3.5%、 7%的再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)相差較小， 三者相差在4%以內(nèi)； 因此再生細(xì)骨料粉體含量在7%以內(nèi)， 對(duì)再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)幾乎無影響. 這主要是由于： 再生細(xì)骨料中少量的粉體含量對(duì)再生混凝土密度影響很小. 由圖4(b)可以看出， 再生細(xì)骨料粉體含量分別為0%、 3.5%、 7%的再生混凝土， 其烘干后密度相差在0.8%以內(nèi).

3.3 ?；⒅轶w積摻量對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響

圖5 玻化微珠對(duì)再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響 Fig.5 Effects of GHB on thermal conductivity of recycled concrete

?；⒅閷?duì)再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響見圖5. 由表4和圖5可見， 再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)隨GHB體積摻量的增大而降低， 摻量超過80%， 對(duì)再生混凝土導(dǎo)熱性能影響趨于穩(wěn)定. 如再生細(xì)骨料不含粉體時(shí)， GHB摻量為60%、 80%、 100%、 120%的再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)與不摻GHB對(duì)應(yīng)的再生混凝土相比分別降低了18.5%、 25.8%、 26.7%、 29.9%. 由表4還可看出， 與普通混凝土相比， 再生粗骨料取代率為100%、 再生細(xì)骨料取代率為50%且GHB摻量為120%的再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)減小了44.3%.

4 結(jié)語

1) 再生細(xì)骨料取代率的提高使再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)減小. 在再生粗骨料取代率100%基礎(chǔ)上， 再生細(xì)骨料取代率為50%、 100%的再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)比取代率為0%的再生混凝土分別減小了9.7%、 13.0%.

2) 與普通混凝土相比， 100%再生粗骨料的再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)降低了12.2%， 100%再生粗、 細(xì)骨料的全再生骨料混凝土導(dǎo)熱系數(shù)降低了23.6%

3) 再生細(xì)骨料的粉體含量對(duì)再生混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)影響較小， 當(dāng)粉體含量在7%以內(nèi)時(shí)， 其對(duì)再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)影響在4%以內(nèi).

4) 隨著玻化微珠摻量的增大， 再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)將進(jìn)一步降低. 再生粗骨料取代率為100%、 再生細(xì)骨料取代率為50%且摻量120%?；⒅榈脑偕炷?， 其導(dǎo)熱系數(shù)比普通混凝土減小了44.3%.

參考文獻(xiàn)：

[1] 李佳彬， 肖建莊， 孫振平. 再生粗骨料特性及其對(duì)再生混凝土性能的影響[J]. 建筑材料學(xué)報(bào)， 2004， 7(4): 390-395.

[2] 許岳周, 石建光. 再生骨料及再生骨料混凝土的性能分析與評(píng)價(jià)[J]. 混凝土, 2006(7) : 41-46.

[3] 劉數(shù)華, 閻培渝. 再生骨料混凝土的力學(xué)性能[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版), 2010, 43(1) : 85-88.

[4] 朱麗華, 戴軍, 白國良, 等. 再生混凝土導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)與分析[J]. 建筑材料學(xué)報(bào)， 2015, 18(5): 852-856.

[5] 肖建莊, 王幸, 胡永忠, 等. 再生混凝土空心砌塊砌體受壓性能[J]. 結(jié)構(gòu)工程師, 2006, 22(3): 68-71.

[6] 肖建莊, 宋志文, 張楓. 混凝土導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)與分析[J]. 建筑材料學(xué)報(bào), 2010, 13(1) : 17-21.

[7] 鄭建嵐, 張會(huì)芝. 自保溫再生混凝土空心砌塊的熱工性能研究[J]. 工程力學(xué), 2015, 32(5): 51-56.

[8] 陳春紅, 朱平華, 謝靜靜. 再生混凝土自保溫空心砌塊熱工性能研究[J]. 混凝土, 2015(3): 133-136.

[9] 中華人民共和國國家技術(shù)監(jiān)督局. 絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定熱流計(jì)法: GB/T 10295-2008 [S]. 北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2008.