淺談改善再生混凝土耐久性的措施

趙 斐

包頭鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院（014060）

0 前言

隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的發(fā)展，諸多老式建筑已無法滿足現(xiàn)代化建設(shè)要求，需要拆除重建。 一般混凝土結(jié)構(gòu)建筑物均具有一定年限的設(shè)計(jì)使用壽命，當(dāng)設(shè)計(jì)使用壽命達(dá)到期限，建筑物會依照國家法律進(jìn)行拆除。 混凝土建筑拆除以后會產(chǎn)生大量建筑垃圾。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國平均每年產(chǎn)生建筑垃圾超過3 億t。 倘若將建筑垃圾直接丟棄，不僅會對環(huán)境造成污染，也會造成資源浪費(fèi)。 由此衍生再生混凝土的加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑垃圾回收再利用。 但再生混凝土耐久性并不能完全滿足現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)需求，還需要提高其耐久性。

1 再生混凝土概念

再生混凝土全稱為再生骨料混凝土，是將建筑拆除或建筑冗余的廢棄混凝土經(jīng)過篩分、 破碎、清理工藝處理后，用以替代砂石等粗骨料，繼而添加一定比例的水和水泥， 通過攪拌制成全新的混凝土。 對再生混凝土而言，用來制作再生骨料的廢棄混凝土被稱為基體混凝土，也有部分人員稱其為原生混凝土。用此方式制作出的再生骨料強(qiáng)度比天然骨料低，并且其表觀密度和堆積密度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如天然骨料。此外，再生骨料的雜質(zhì)含量也相對較高，部分骨料中存在裂縫，致使制成的再生混凝土孔隙率增大，具有較高的吸水率。上述再生骨料特性，導(dǎo)致再生混凝土與天然骨料制成的混凝土性能存在差異，特別是在混凝土耐久性方面具有顯著差異[1]。

2 再生混凝土耐久性解析

2.1 碳化因素

空氣中含有的二氧化碳透過混凝土中的孔隙向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散， 當(dāng)混凝土中具有一定水分時(shí)，會與水泥石中含有的氫氧化鈣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，繼而生成碳酸鈣，促使混凝土的氫氧化鈣含量下降。 碳化是研判混凝土耐久性的重要指標(biāo)，決定混凝土結(jié)構(gòu)的使用時(shí)間。一般情況下，再生混凝土碳化程度會伴隨水灰比持續(xù)增加而逐漸增大。 在相同的水灰比條件下，再生混凝土的碳化程度與普通混凝土相比較高。

2.2 抗凍融性

再生混凝土抗凍融性，是指混凝土處于水飽和狀態(tài)下亦能在多次凍融作用下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定， 對混凝土本身強(qiáng)度影響較小的性能。 混凝土的抗凍融性需要依據(jù)強(qiáng)度損失率計(jì)算、抗凍融指數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行反映。我國北方地區(qū)相對寒冷，因此混凝土常受凍融循環(huán)作用，混凝土強(qiáng)度較低。 部分時(shí)候，凍融循環(huán)亦會和除冰鹽產(chǎn)生協(xié)同影響，加劇混凝土的強(qiáng)度降低?？箖鋈谛詫τ诒狈降貐^(qū)的混凝土而言， 其性能高低決定建筑物耐久性[2]。

2.3 抗?jié)B性能

能夠?qū)е略偕炷聊途眯詮?qiáng)度降低的主要因素，多數(shù)與水存在緊密關(guān)系，因而抗?jié)B性能也被作為評價(jià)混凝土耐久性的核心指標(biāo)。 抗?jié)B性是指混凝土抵抗水滲透的性能，不僅關(guān)乎混凝土的擋水、防水能力，也對混凝土抗侵蝕性、抗凍性產(chǎn)生直接影響。 一般情況下，混凝土抗?jié)B性能高低決定于孔隙直徑范圍、孔隙分布、孔隙形狀以及是否連貫。 相對而言，再生混凝土抗?jié)B性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通混凝土，主要原因是再生混凝土中的再生骨料孔隙率較高，吸水性較為明顯。

2.4 氯離子滲透性

氯化物由于其化學(xué)特性的原因，對于鋼筋混凝土而言是一種極為危險(xiǎn)的侵蝕介質(zhì)。在孔溶液的pH高于10，倘若鋼筋表面的氯離子濃度超過固定值時(shí)，鋼筋避免覆蓋的鈍化膜將會受到破壞性的打擊，促使鋼筋局部酸化，加快鋼筋銹蝕。 因此氯離子的滲透性能對于混凝土耐久性而言也極為重要。 再生混凝土中抗氯離子滲透性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足普通混凝土，同樣是由于再生骨料孔隙率較高的原因。

2.5 抗硫酸鹽侵蝕性

抗硫酸鹽侵蝕性也是決定再生混凝土耐久性的重要指標(biāo)，主要是因?yàn)榱蛩猁}可與混凝土中的水化碳酸鈣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)， 例如氫氧化鈣與C-S-H凝膠系列產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成新物質(zhì)石膏或硫鋁酸鈣。 石膏和硫鋁酸鈣會產(chǎn)生體積膨脹，繼而導(dǎo)致混凝土表層開裂或結(jié)構(gòu)受到破壞。 由此衍生的裂縫會導(dǎo)致混凝土抗?jié)B性能變差。 除此以外，抗硫酸鹽侵蝕性較低也會影響到水泥水化物的黏結(jié)性能，進(jìn)而導(dǎo)致水泥強(qiáng)度變低，耐久性遭到破壞。

2.6 其他

對于再生混凝土而言， 除上述材料性能外，還包括混凝土耐磨性、抗火性等重要性能。 混凝土的耐磨性高低決定于本身材料強(qiáng)度及硬度，特別是對于受磨損、磨耗作用的表層混凝土。 由于再生骨料的原因，再生混凝土的抗磨性能相對較差。 混凝土的抗火性則較為常見，意指建筑物發(fā)生火災(zāi)后混凝土抵抗火災(zāi)的能力。 一旦經(jīng)受火災(zāi)后，再生混凝土材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及變形性能將會受到嚴(yán)重影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能大幅降低，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)安全威脅。

3 改善再生混凝土耐久性的幾點(diǎn)建議

3.1 降低攪拌過程中的水灰比

通過降低再生混凝土的水灰比可有效提升再生混凝土的抗碳化性能。 研究表明，當(dāng)再生混凝土的水灰比降低至普通混凝土攪拌的0.05～0.1，混凝土吸水率并不會產(chǎn)生較大的變化，具體變化情況見表1。

表1 水灰比變化對再生混凝土碳化影響

除此之外，降低攪拌過程中的水灰比，也可在一定程度上改善再生混凝土的抗氯離子碳化性以及材料耐磨性。 為合理提升再生混凝土耐久性，建議再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)中水灰比控制在0.36以下。

3.2 摻雜一定量的粉煤灰

研究表明，在再生混凝土中摻雜一定程度的粉煤灰可以有效提升再生混凝土中的抗氯離子滲透性。 當(dāng)粉煤灰摻入10%時(shí)，與未摻雜粉煤灰混凝土相比，吸水率降低30%，滲透度降低10%，重量損失率降低40%。摻雜粉煤灰在一定程度上也可提升再生混凝土的抗氯離子滲透性，氯離子滲透程度降低達(dá)20%。

3.3 使用半飽和面干狀態(tài)的再生骨料

再生骨料含水狀態(tài)不同，再生混凝土性能亦有所差距。 當(dāng)再生骨料含水狀態(tài)為完全干燥的狀態(tài)時(shí)，抗凍融性一般；使用飽和面干狀態(tài)的再生骨料時(shí)，混凝土抗凍融性有所提高；使用半飽和面干狀態(tài)的再生骨料， 再生混凝土的抗凍融性顯著提升。因此， 針對再生混凝土中的抗凍融性較低的問題，可適當(dāng)選用半飽和面干狀態(tài)的再生骨料，則可有效提升再生混凝土的抗凍融性及耐久性[3]。

3.4 使用二次攪拌法

為有效提升離子的滲透性能，可采用二次攪拌的方式。 具體而言，二次攪拌的方式分為兩個(gè)步驟，首先， 在原材料當(dāng)中按照比例加入50%的水?dāng)嚢?0 s，繼而添加一定比例的水泥攪拌60 s。 其次，加入另外一半的水?dāng)嚢?20 s， 形成最終合適比例的再生混凝土。 測試結(jié)果表明，使用二次攪拌不僅可有效改善再生混凝土的抗氯離子滲透性，也可有效改善再生混凝土的碳化強(qiáng)度。

3.5 其他方式

除上述使用二次攪拌的方式提升再生混凝土的抗凍融性之外，也可通過減小再生骨料最大粒徑的方式提升再生混凝土的抗凍融性。 研究表明，再生骨料的適宜粒徑為15～20 mm。粒徑越大，則相應(yīng)制成的混凝土骨料抗凍融性也越大。 除此之外，也可通過添加引氣劑的方式優(yōu)化再生混凝土的抗凍融性，進(jìn)而提升再生混凝土的耐久性。

4 結(jié)語

再生混凝土之所以耐久性低于普通混凝土，主要原因是由于制作混凝土的再生骨料孔隙率及吸水率相對較高，使再生混凝土的抗凍融性能、碳化因素、抗?jié)B性能、氯離子滲透性、抗硫酸鹽侵蝕性均低于普通混凝土。 提升混凝土抗?jié)B性能，可通過減小水灰比、摻雜粉煤灰的方式加以改善；提高再生混凝土抗凍融性，降低水灰比、使用二次攪拌、減小再生骨料最大粒徑、使用半飽和面干的再生骨料等方式，均可有效提升再生混凝土的抗凍融性；改善再生混凝土抗硫酸鹽侵蝕性，可采用摻雜粉煤灰的方式。 除此以外，針對碳化因素及耐磨性問題，可通過減小水灰比的方式加以改善；或者使用摻雜粉煤灰、使用二次攪拌工藝，可有效優(yōu)化再生混凝土的抗氯離子滲透性。 但就目前研究進(jìn)展來看，有關(guān)再生混凝土防火、堿骨料的研究相對較少，其他方式也僅存于理論，是否能夠?qū)⒃偕炷翍?yīng)用于實(shí)際工程，仍然需要進(jìn)一步的測試研究。