徐 鑫,張鴻儒,季 韜,趙寶軍,姚 杰
(1.福州大學(xué)土木工程學(xué)院,福州 350116;2.中建海龍建筑科技有限公司,深圳 518110)
由廢棄混凝土、廢砂漿、拆除磚塊等建筑固廢破碎加工成再生粗、細(xì)骨料后循環(huán)再利用,是減少建筑固廢排放、降低對(duì)天然骨料資源消耗的有益措施[1-4]。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單破碎得到的再生細(xì)骨料(recycled fine aggregate, RFA)顆粒棱角多,表面粗糙,且含有較多的微裂縫,吸水率可達(dá)天然砂的數(shù)倍至數(shù)十倍不等[5-7]。因此,當(dāng)再生細(xì)骨料暴露于不同環(huán)境(濕潤(rùn)環(huán)境、干燥環(huán)境)或?qū)υ偕?xì)骨料采用不同的預(yù)濕處理時(shí),再生細(xì)骨料的含水率將呈現(xiàn)顯著差異。前人研究證實(shí),再生細(xì)骨料的含水狀態(tài)可能影響所配制砂漿的性能。Moyano等[8]研究表明,在總用水量一致的條件下,細(xì)骨料預(yù)濕處理后的再生砂漿稠度略有下降,而力學(xué)性能得到了提升。而Le等[9]與Zhao等[10]有不同發(fā)現(xiàn):Le等在總用水量一致的條件下得出,細(xì)骨料干燥狀態(tài)與飽和狀態(tài)下的再生砂漿抗壓強(qiáng)度差距較??;Zhao等控制拌合用水量一致,發(fā)現(xiàn)細(xì)骨料干燥狀態(tài)下再生砂漿抗壓強(qiáng)度高于細(xì)骨料飽和狀態(tài)。再生細(xì)骨料含水狀態(tài)對(duì)再生砂漿力學(xué)和耐久性能的影響,可能與不同骨料含水狀態(tài)下再生砂漿中骨料/水泥漿界面過(guò)渡區(qū)性能不同有關(guān)。Le等[9]通過(guò)納米壓痕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)細(xì)骨料干燥狀態(tài)與飽和狀態(tài)下的再生砂漿顯微硬度相差較小,而Zhao等[10]得出的結(jié)論是使用干燥狀態(tài)的骨料更有利于提升界面過(guò)渡區(qū)的性能。雖然現(xiàn)階段在再生細(xì)骨料含水狀態(tài)對(duì)再生砂漿性能影響的研究已有部分成果報(bào)道,然而從界面過(guò)渡區(qū)性能出發(fā)揭示其影響機(jī)制的研究較為鮮見(jiàn)。
基于此,本文通過(guò)骨料預(yù)濕技術(shù),對(duì)再生細(xì)骨料含水狀態(tài)進(jìn)行定量控制,將骨料含水率分別處理為飽和面干吸水率的0%、30%、70%及100%,并設(shè)置兩種不同用水量控制方案(拌合用水量和總用水量一致),探究?jī)煞N方案下再生細(xì)骨料含水狀態(tài)對(duì)再生砂漿的工作性能、力學(xué)性能以及抗氯離子侵蝕性能的影響規(guī)律,同時(shí)從再生砂漿中不同類界面過(guò)渡區(qū)性能出發(fā),探索其影響機(jī)理,為再生細(xì)骨料在砂漿等水泥基材料中的工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。
1.1.1 水泥
水泥采用福建煉石牌42.5普通硅酸鹽水泥,其主要物理力學(xué)性能指標(biāo)、化學(xué)組分及礦物組分分別如表1、表2和表3所示。
表1 水泥物理力學(xué)性能指標(biāo)
表2 水泥化學(xué)組分
表3 水泥礦物組分
1.1.2 細(xì)骨料
本試驗(yàn)采用的再生細(xì)骨料來(lái)自浙江杭州富麗華建材有限公司,由杭州市周?chē)淖≌ㄖ锊鸪扑楹Y分處理得到,原生混凝土強(qiáng)度在C25~C40范圍。本試驗(yàn)采用的天然細(xì)骨料(natural fine aggregate, NFA)為閩江河砂。天然細(xì)骨料與再生細(xì)骨料各項(xiàng)性能指標(biāo)見(jiàn)表4所示,顆粒級(jí)配如圖1所示。
表4 天然細(xì)骨料及再生細(xì)骨料主要性能指標(biāo)
圖1 天然細(xì)骨料及再生細(xì)骨料級(jí)配曲線圖
配制砂漿時(shí),再生細(xì)骨料取代天然河砂的比例為30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。澆筑前,天然細(xì)骨料在105 ℃烘箱中烘至恒重;再生細(xì)骨料則經(jīng)預(yù)濕處理,使其達(dá)到設(shè)計(jì)的含水狀態(tài)。如前所述,將再生細(xì)骨料含水率分別處理為飽和面干吸水率的0%、30%、70%及100%,具體預(yù)濕處理方案如下:首先將再生細(xì)骨料放入烘箱中,溫度設(shè)置為105 ℃,將再生細(xì)骨料烘至恒重,此時(shí)的再生細(xì)骨料為烘干狀態(tài),其含水率近似為0;在恒溫恒濕的實(shí)驗(yàn)室條件下,取一定量烘干的再生細(xì)骨料加入適量水對(duì)其進(jìn)行預(yù)濕,預(yù)濕用水量=烘干細(xì)骨料質(zhì)量×(1+細(xì)骨料設(shè)計(jì)含水率),緩慢加水的同時(shí)快速攪拌,保證細(xì)骨料吸水均勻,攪拌均勻后倒于密封盒中,放于陰涼處?kù)o置24 h,從而得到預(yù)期含水率的再生細(xì)骨料。采用上述操作方法處理的再生細(xì)骨料,其含水率經(jīng)實(shí)測(cè)分別為3.0%、7.4%、10.8%(分別為飽和面干吸水率的27.0%、66.7%、97.3%),基本與設(shè)計(jì)值一致,誤差不超過(guò)5%。
1.2.1 配合比
設(shè)置兩種再生砂漿的用水量控制方案,即控制總用水量一致和控制拌合用水量一致,在兩種用水量控制方案下分別采用不同含水狀態(tài)的再生細(xì)骨料配制砂漿??刂瓢韬嫌盟恳恢拢床煌M別砂漿拌合時(shí)所加入的拌合水量相等,所配制的砂漿系列為第1系列,見(jiàn)表5;控制總用水量一致,即骨料在澆筑前預(yù)濕所吸收的水量加上砂漿拌合時(shí)所加入的拌合水量之和在各砂漿組別中保持一致,為第2系列。拌合用水量一致條件下拌合用水量與水泥用量之比為0.6,總用水量一致條件下總用水量與水泥用量之比為0.7。兩個(gè)系列砂漿編號(hào)中,百分號(hào)前面的數(shù)字代表所用再生細(xì)骨料的預(yù)濕飽和程度,字母S代表飽和度(saturation degree),S后的數(shù)字代表砂漿的系列號(hào)。如70%S2代表再生細(xì)骨料經(jīng)預(yù)濕處理后含水率達(dá)到飽和面干吸水率的70%,在總水量一致的方案下澆筑的砂漿。NM1和NM2分別代表在拌合用水量和總用水量一致時(shí),采用干燥天然細(xì)骨料(無(wú)再生細(xì)骨料)澆筑的砂漿。如表5所示,兩個(gè)系列下SSD組的配合比相同。
表5 再生細(xì)骨料砂漿配合比
1.2.2 成型與養(yǎng)護(hù)
砂漿制備過(guò)程:首先將水泥、天然砂與經(jīng)過(guò)預(yù)濕處理的再生細(xì)骨料投入砂漿攪拌機(jī)中干拌1 min,而后將稱好的拌合水倒入攪拌機(jī)中,與之前的干料一起攪拌2 min,待攪拌完畢后采用跳桌法測(cè)試其流動(dòng)度,測(cè)試完成后裝模振搗。
砂漿養(yǎng)護(hù):砂漿制備完成后,在7 d齡期前,采用室內(nèi)薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。待7 d齡期過(guò)后,揭除薄膜并放于室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)。
1.2.3 試驗(yàn)內(nèi)容及方法
參照《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》(GB/T 2419—2005),采用跳桌法測(cè)試新拌砂漿擴(kuò)展直徑,用以表征其流動(dòng)度;參照《水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)》(GB/T 17671—1999)測(cè)試再生砂漿的3 d、7 d以及28 d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度,抗折強(qiáng)度所用試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm,抗壓強(qiáng)度試件為抗折試驗(yàn)后折斷的半截棱柱體,其受壓接觸面尺寸為40 mm×40 mm;參照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》(GB/T 50082—2009)中快速氯離子遷移系數(shù)法(RCM法)測(cè)試再生砂漿的非穩(wěn)態(tài)氯離子遷移系數(shù),表征砂漿氯離子侵蝕性能。
在微觀尺度上,本研究采用掃描電鏡背散射(BSE)圖片處理的方式研究界面過(guò)渡區(qū)附近孔隙率分布情況,并采用顯微硬度測(cè)試儀測(cè)試不同材料相(骨料、新舊水泥基體、界面過(guò)渡區(qū))的顯微硬度。首先將經(jīng)過(guò)終止水化、注膠、打磨及拋光處理后試樣的細(xì)骨料與漿體的界面拍攝BSE圖像,接著將拍攝好的BSE圖像用Image-Pro plus軟件進(jìn)行降噪處理[11],之后對(duì)界面過(guò)渡區(qū)圖像用Photoshop軟件進(jìn)行切割分塊處理,每個(gè)分塊區(qū)域?qū)挾染鶠?0 μm。界面分塊后用Image-Pro plus處理各分塊區(qū)域,得到灰度直方圖以及累計(jì)灰度圖。最后參考Wong等[12]的方法求出孔隙閾值點(diǎn),并計(jì)算出各分塊區(qū)域的孔隙率,具體如圖2所示。
圖2 BSE圖像處理流程
采用上海特視精密儀器有限公司生產(chǎn)的THSV-1-800M-AXY型自動(dòng)顯微硬度測(cè)量?jī)x測(cè)試新舊水泥基體、新界面過(guò)渡區(qū)的顯微硬度。在進(jìn)行顯微硬度測(cè)試時(shí),界面過(guò)渡區(qū)和砂漿上施加的荷載為10 g(0.01 kgf),骨料上的施加的恒載為50 g(0.05 kgf),持荷時(shí)間均為5 s,測(cè)試后每個(gè)測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的顯微硬度值(MH)按式(1)計(jì)算[13-14]。各測(cè)點(diǎn)尺寸大致在30~40 μm范圍,每個(gè)樣品測(cè)試區(qū)域尺寸約為20 μm×130 μm,測(cè)試區(qū)域由兩行交錯(cuò)的測(cè)試點(diǎn)組成。同一行兩個(gè)相鄰測(cè)試點(diǎn)之間的間隔約為20 μm,兩行之間的間隔約為20 μm(見(jiàn)圖3(a))。為減小測(cè)量過(guò)程中的主觀誤差,每組樣品的各類ITZ均測(cè)量3條壓痕點(diǎn)列,取3次壓痕測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值作為其最終結(jié)果。再生砂漿中存在三類界面過(guò)渡區(qū),其中ITZ1和ITZ3為新界面過(guò)渡區(qū),而ITZ2為再生細(xì)骨料內(nèi)部原本存在的老界面過(guò)渡區(qū)(見(jiàn)圖3(b))。由于再生細(xì)骨料中天然砂和附著老水泥漿間原本就存在的老界面過(guò)渡區(qū)ITZ2性能較為穩(wěn)定,對(duì)砂漿性能影響較小,故本研究不對(duì)ITZ2性能進(jìn)行分析。
圖3 ITZ顯微硬度測(cè)點(diǎn)排布和再生砂漿中三類界面過(guò)渡區(qū)示意圖
(1)
式中:P為施加的荷載,單位為kgf;a為測(cè)量的壓頭對(duì)角線角度,為136°;d為壓痕的平均對(duì)角線寬度。
在拌合用水量和總水量一致的情況下,以擴(kuò)展直徑表征的新拌砂漿流動(dòng)度如圖4所示。
圖4 砂漿的流動(dòng)度
如圖4(a)~(b)可得,同樣采用干燥狀態(tài)的骨料,摻有再生細(xì)骨料的砂漿流動(dòng)性小于天然骨料砂漿,這是由于與天然骨料相比,再生細(xì)骨料的孔隙多,比表面積大,吸水性強(qiáng),在攪拌時(shí)砂漿拌合物中有更多水分被再生細(xì)骨料所吸收,使參與保持砂漿拌合物流動(dòng)性的自由水量減少,影響了再生細(xì)骨料砂漿拌合物的流動(dòng)性能。當(dāng)砂漿中均外摻再生細(xì)骨料時(shí),由圖4(a)可見(jiàn),在拌合用水量一致的條件下,砂漿流動(dòng)性隨著細(xì)骨料含水率的增大而增大。再生細(xì)骨料為飽和面干(SSD)時(shí),砂漿流動(dòng)性最大,而不做預(yù)濕處理即骨料為干燥(0%S1)時(shí),流動(dòng)性最小。隨著細(xì)骨料含水率增大,其在攪拌過(guò)程中吸收的水分越少,拌合物自由水量損失減少,因而砂漿流動(dòng)性更好。在總用水量一致時(shí),隨再生細(xì)骨料含水率增大,砂漿流動(dòng)性變差(見(jiàn)圖4(b))。再生骨料含水率越大,意味著其預(yù)濕用水量越多,在總水量一致時(shí)用于拌合的水量就越少,從而降低砂漿的流動(dòng)性。雖然含水率低的骨料仍會(huì)在攪拌過(guò)程中吸收一部分水分,但由于攪拌時(shí)長(zhǎng)較短,這段時(shí)間內(nèi)骨料吸水導(dǎo)致的拌合水量減少并不顯著,因此在新拌狀態(tài)下,骨料含水率低的再生砂漿中自由水含量仍然較高,流動(dòng)度更好??傮w上影響再生細(xì)骨料砂漿流動(dòng)度的最主要因素是其新拌狀態(tài)下自由水的含量。
圖5為兩種用水量控制方案下各組砂漿的抗壓強(qiáng)度。
圖5 砂漿的抗壓強(qiáng)度
由圖5可以看出,在拌合用水量一致時(shí),在較早齡期時(shí)(3 d、7 d),0%S1的抗壓強(qiáng)度最高,天然骨料砂漿NM1抗壓強(qiáng)度小于0%S1,這是因?yàn)樵谙嗤韬嫌盟康臈l件下,再生細(xì)骨料吸水率高,相比天然砂,再生細(xì)骨料在砂漿攪拌過(guò)程吸收了更多的自由水分,使得0%S1漿體及界面過(guò)渡區(qū)的有效水灰比低于NM1,這對(duì)增強(qiáng)界面粘結(jié)和提高水泥石強(qiáng)度均有利[15],因此0%S1的抗壓強(qiáng)度比同配合比下的NM1的強(qiáng)度要高。當(dāng)考慮再生細(xì)骨料含水狀態(tài)的影響時(shí),再生細(xì)骨料含水率增大會(huì)導(dǎo)致再生砂漿抗壓強(qiáng)度明顯降低(見(jiàn)圖5(a)),SSD組較0%S1組砂漿抗壓強(qiáng)度下降31.8%(3 d)和22.6%(7 d)。而在齡期繼續(xù)增長(zhǎng)至28 d時(shí),各組砂漿抗壓強(qiáng)度差異縮小。在早齡期,含水率高的再生骨料表面附著的水分更多,使得骨料周?chē)缑孢^(guò)渡區(qū)的局部水灰比較大,這對(duì)砂漿的力學(xué)性能是不利的。與此同時(shí),拌合用水量一致的情況下,含水率高的再生細(xì)骨料在拌合過(guò)程中吸水少,再生砂漿中含有較多的自由水,隨養(yǎng)護(hù)齡期增長(zhǎng),界面過(guò)渡區(qū)及漿體水化較充分,在一定程度上彌補(bǔ)了早齡期界面過(guò)渡區(qū)水灰比較大造成的力學(xué)性能劣化,從而使各組砂漿28 d抗壓強(qiáng)度的差距縮小。
在總用水量一致時(shí)(見(jiàn)圖5(b)),NM2與0%S2都采用了干燥骨料,后者7 d、28 d抗壓強(qiáng)度均優(yōu)于前者。這是由于再生細(xì)骨料含有附著老砂漿,因此干燥的再生細(xì)骨料在砂漿攪拌過(guò)程吸收的自由水分更多,使得0%S2的有效水灰比低于NM2,因此抗壓強(qiáng)度更高。當(dāng)砂漿均摻細(xì)骨料時(shí),相比于其他組再生砂漿,3 d齡期時(shí)SSD組抗壓強(qiáng)度最高,這可能是因?yàn)樵诳傆盟恳恢碌那闆r下,骨料飽和面干時(shí)砂漿拌合用水量最少,在攪拌過(guò)程中及養(yǎng)護(hù)的早齡期時(shí),漿體有效水灰比最小,力學(xué)性能最優(yōu)。雖然骨料預(yù)濕處理后可能增大界面過(guò)渡區(qū)局部水灰比而對(duì)力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響,但其影響在早齡期時(shí)小于較低有效水灰比的有利影響。而隨齡期增長(zhǎng),在7 d、28 d時(shí),0%S2強(qiáng)度最高,雖然早齡期時(shí)骨料低含水率會(huì)導(dǎo)致砂漿有效水灰比較高,對(duì)抗壓強(qiáng)度不利,但在后期,較多的自由水有助于促進(jìn)水泥水化,從而使各組砂漿的漿體性能差距減?。涣硪环矫?,7 d齡期后界面過(guò)渡區(qū)的對(duì)砂漿性能的影響作用開(kāi)始凸顯,含水率低的骨料釋水效應(yīng)不顯著,更有利于保證界面過(guò)渡區(qū)性能,在兩種效應(yīng)的綜合影響下,0%S2的抗壓強(qiáng)度最高。
圖6為兩種用水量控制方案下各組砂漿的抗折強(qiáng)度。
圖6 砂漿的抗折強(qiáng)度
同樣的,在拌合用水量相同的情況下,0%S1的3 d、7 d及28 d抗折強(qiáng)度均高于天然骨料砂漿NM1,如前所述,再生細(xì)骨料吸水能力較強(qiáng),使得再生砂漿中的有效水灰比減小,這對(duì)增強(qiáng)界面粘結(jié)和提高水泥石強(qiáng)度有利,因此0%S1抗折強(qiáng)度比同配合比下的NM1強(qiáng)度要高??傆盟恳恢聲r(shí),骨料均為干燥狀態(tài)下,0%S2的7 d及28 d抗折強(qiáng)度也與NM2相當(dāng)甚至更高,原因類似,不再贅述。
對(duì)于再生細(xì)骨料砂漿,拌合水量一致時(shí),如前所述,再生細(xì)骨料含水率越高,砂漿中ITZ及漿體的有效水灰比就越大,同時(shí),含水率高的再生骨料向周邊釋水,增大了ITZ的局部水灰比,從而增大了ITZ孔隙率,因此,在拌合用水量一致的條件下,再生砂漿抗折強(qiáng)度總體呈現(xiàn)隨骨料含水率增大而降低的趨勢(shì)(見(jiàn)圖6(a))。在總用水量一致時(shí),70%S2與SSD組砂漿的3 d抗折強(qiáng)度更好,如上所述,這可能是再生骨料含水率高的砂漿中漿體有效水灰比更低的緣故。而在齡期為7 d、28 d時(shí),0%S2的抗折強(qiáng)度反而更高,這與總用水量一致時(shí)抗壓強(qiáng)度規(guī)律相同,可能的原因同上,此處不再贅述。
在拌合用水量和總水量一致的情況下,各組砂漿28 d快速氯離子遷移系數(shù)(DRCM)如圖7所示。
DRCM值越大,砂漿抗氯離子侵蝕性能越差。由圖7(a)~(b)可以看出,兩種用水量方案下,再生砂漿0%S1、0%S2的DRCM值均小于天然骨料砂漿,表明0%S1、0%S2的抗氯離子侵蝕性能優(yōu)于天然骨料砂漿,如前所述,在相同用水量的情況下,再生砂漿有效水灰比要低于天然骨料砂漿,這會(huì)使得再生砂漿界面過(guò)渡區(qū)更密實(shí)、漿體孔隙率更低,這是其抗氯離子侵蝕性能優(yōu)于天然骨料砂漿的主要原因。當(dāng)考慮再生細(xì)骨料含水狀態(tài)的影響時(shí),圖7(a)表明拌合用水量一致時(shí),再生砂漿抗氯離子侵蝕能力隨骨料含水率增大而減弱。如前所述,拌合用水量一致時(shí),再生細(xì)骨料含水率越高,砂漿有效水灰比也就越大,砂漿硬化后孔隙率越高,界面過(guò)渡區(qū)越弱,不利于抵抗氯離子侵蝕。在總用水量一致時(shí),隨再生細(xì)骨料含水率增大,再生砂漿抗氯離子侵蝕能力總體上也呈下降趨勢(shì)(見(jiàn)圖7(b))。如前所述,總用水量一致時(shí),在養(yǎng)護(hù)后期骨料含水率高的砂漿界面過(guò)渡區(qū)孔隙率更大,這為氯離子侵蝕提供更便捷的通道,從而降低了砂漿的抗氯離子侵蝕性能。
兩種用水量控制方法下,測(cè)得各組砂漿7 d時(shí)兩類新界面過(guò)渡區(qū)ITZ1(暴露的老天然細(xì)骨料和水泥漿間的界面過(guò)渡區(qū))和ITZ3(老水泥漿和新水泥漿間的界面過(guò)渡區(qū))孔隙率沿與骨料邊緣的距離分布如圖8所示。
在拌合用水量一致的條件下,隨著再生細(xì)骨料含水率的增加,ITZ1和ITZ3的孔隙率整體上變大(見(jiàn)圖8(a)和(c)),這主要是含水率高的骨料表面附著的水分及向周邊的釋水使ITZ1和ITZ3局部水灰比更大導(dǎo)致的。而總用水量一致時(shí),雖然再生細(xì)骨料含水率較大時(shí)界面過(guò)渡區(qū)孔隙率仍然更高,然而在遠(yuǎn)離骨料的新水泥漿體部分,其孔隙率隨再生細(xì)骨料含水率增大反而更小(見(jiàn)圖8(b)和(d))。這是因?yàn)樵诳傆盟恳恢聲r(shí),再生細(xì)骨料含水率越高,拌合水就越少,硬化之后水泥漿體的孔隙率更低。
界面過(guò)渡區(qū)孔隙率越高,其對(duì)應(yīng)的微觀力學(xué)性能通常越低,這一點(diǎn)可由圖9兩類界面過(guò)渡區(qū)顯微硬度在骨料附近的分布情況證實(shí)。各組砂漿中兩類界面過(guò)渡區(qū)的平均顯微硬度見(jiàn)表6。由圖9和表6可知,在拌合用水量一致的條件下,隨著細(xì)骨料飽和度的增加,ITZ1和ITZ3的顯微硬度整體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。而在總用水量一致時(shí),再生細(xì)骨料含水率較大時(shí)界面過(guò)渡區(qū)的平均顯微硬度值更低。其原因與前述一致,不再贅述。本試驗(yàn)中測(cè)得的骨料顯微硬度值在3 000~5 000 MPa范圍,由于再生細(xì)骨料含水狀態(tài)對(duì)骨料本身的微觀力學(xué)性能并無(wú)顯著影響,故在試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)圖中不予體現(xiàn)。
圖9 各組砂漿中ITZ1和ITZ3顯微硬度分布。(a)~(b)拌合用水量、總用水量一致時(shí)ITZ1顯微硬度分布;(c)~(d)拌合用水量、總用水量一致時(shí)ITZ3顯微硬度分布
表6 各組砂漿中ITZ1和ITZ3顯微硬度平均值
結(jié)合2.5節(jié)對(duì)不同用水量的控制條件下,不同含水狀態(tài)再生細(xì)骨料砂漿的界面過(guò)渡區(qū)及新水泥漿的孔隙率、顯微硬度的試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)本研究再生細(xì)骨料含水狀態(tài)對(duì)砂漿性能的影響機(jī)理分析如下:無(wú)論在拌合用水量還是總用水量一致的情況下,再生細(xì)骨料初始越濕潤(rùn),含水率越高,其在砂漿中向骨料周?chē)屗?yīng)越顯著,這將增大新界面過(guò)渡區(qū)ITZ1和ITZ3的局部水灰比,從而使兩類界面過(guò)渡區(qū)孔隙率總體更高,平均顯微硬度較低,進(jìn)而降低砂漿力學(xué)性能和抗氯離子侵蝕性能。Zhao等[10]也在研究中指出,骨料預(yù)濕處理后增大了界面過(guò)渡區(qū)的局部水灰比,從而導(dǎo)致界面過(guò)渡區(qū)性能下降。Le等[9]也認(rèn)為飽和骨料向漿體釋放水分使得ITZ局部水膠比增大,因此骨料飽和狀態(tài)比干燥狀態(tài)更易引起再生砂漿中ITZ孔隙率的增大。通過(guò)孔隙率、顯微硬度的試驗(yàn)結(jié)果還可發(fā)現(xiàn),在總用水量一致時(shí),骨料飽和度較高可能也有其有利影響:總用水量一致時(shí),骨料飽和度高意味著預(yù)濕水量多,因而拌合用水較少,實(shí)際上降低了有效水灰比,本研究試驗(yàn)結(jié)果表明,總用水量一致時(shí),與使用干燥骨料相比,使用預(yù)濕的再生細(xì)骨料可使新水泥漿體在硬化后的孔隙率下降,顯微硬度提升。這一定程度上有利于改善再生細(xì)骨料砂漿的力學(xué)和耐久性能(尤其是早齡期時(shí))。這解釋了為何在總用水量控制不變的情況下,較早齡期(3 d)時(shí)再生砂漿骨料含水率高的砂漿其力學(xué)性能相對(duì)更優(yōu)。
然而需注意的是,砂漿的流動(dòng)度也會(huì)影響砂漿的成型質(zhì)量,進(jìn)而影響其硬化后的力學(xué)和耐久性能。如2.1節(jié)所述,骨料的含水狀態(tài)對(duì)砂漿的流動(dòng)度影響顯著,故除本文所討論的再生骨料含水狀態(tài)對(duì)硬化后再生砂漿的力學(xué)和耐久性能的影響,以及骨料吸水釋水影響界面微結(jié)構(gòu)之外,還可能與不同骨料含水狀態(tài)下各組砂漿流動(dòng)度不同有關(guān)。因此,在今后的研究中,可以考慮通過(guò)設(shè)置不同減水劑摻量以達(dá)到不同骨料含水狀態(tài)再生砂漿流動(dòng)度一致的目的,從而進(jìn)一步探索骨料吸水釋水對(duì)砂漿力學(xué)及耐久性能的影響機(jī)理??傮w而言,就本文所采用的再生骨料和配合比設(shè)計(jì)條件下,無(wú)論采用何種用水量控制方法,再生細(xì)骨料處于干燥狀態(tài)時(shí),再生砂漿的力學(xué)性能與抗氯離子侵蝕性能均較好。因此,在滿足工作性能要求的前提下,盡可能采用干燥狀態(tài)的再生細(xì)骨料,以達(dá)到更好的力學(xué)性能及耐久性能目的。針對(duì)總用水量控制一致時(shí)、再生細(xì)骨料干燥不利于保證砂漿流動(dòng)度的情形,則可考慮通過(guò)添加適量減水劑來(lái)改善其流動(dòng)度,提高其工作性能。
另需注意的是,針對(duì)再生骨料含水狀態(tài)對(duì)再生砂漿或混凝土性能的影響規(guī)律,前人的結(jié)果互有爭(zhēng)議。例如Guerzou等[16]控制拌合用水量一致,研究發(fā)現(xiàn)骨料處于飽和面干狀態(tài)制備的再生混凝土抗壓強(qiáng)度要高于骨料不做預(yù)濕處理的混凝土,陳遠(yuǎn)遠(yuǎn)等[17]與Pickel[18]等也得出了類似的結(jié)論。但也有學(xué)者提出相反觀點(diǎn),例如Brand等[19-20]分別在拌合用水量一致以及總用水量一致時(shí),發(fā)現(xiàn)再生骨料處于部分飽和時(shí)制備的再生混凝土的性能相對(duì)更優(yōu),Oliveira等[21]和Poon等[22]也提出了類似觀點(diǎn)。本試驗(yàn)的研究結(jié)果得出,無(wú)論是在拌合用水量一致或總用水量一致時(shí),再生細(xì)骨料干燥狀態(tài)下再生砂漿的力學(xué)及抗氯離子滲透性能均表現(xiàn)更優(yōu)。但在拌合用水量一致的情況下,再生細(xì)骨料含水狀態(tài)對(duì)砂漿性能(尤其是較早的3 d齡期時(shí))的影響相較于總用水量一致時(shí)更為顯著,0%S1與SSD相比,抗壓及抗折強(qiáng)度分別提升了46.6%和35.2%,而0%S2與SSD相比,抗壓及抗折強(qiáng)度分別下降了12.0%和16.7%。眾多研究得出的結(jié)論不同的原因,可能與各研究中所用再生骨料性能(主要是老砂漿含量及吸水率)差異較大有關(guān),也可能與各研究所采用的具體砂漿或混凝土配合比、攪拌方式和用水量控制方法不同有關(guān)。除此之外,再生骨料含水狀態(tài)對(duì)再生混凝土影響本身可能具有復(fù)雜性特征,從而使相應(yīng)的結(jié)論莫衷一是??傮w而言,目前有關(guān)再生骨料的含水狀態(tài)對(duì)再生砂漿或混凝土性能的研究仍較少,也尚未形成統(tǒng)一的結(jié)論,這需要科研人員在未來(lái)繼續(xù)深入研究。
(1)在拌合用水量一致時(shí),再生砂漿流動(dòng)性隨著細(xì)骨料含水率的增大而增大,而在總用水量一致時(shí),規(guī)律相反;漿體中自由水含量對(duì)再生砂漿流動(dòng)性影響最為顯著。
(2)在拌合用水量一致時(shí),再生細(xì)骨料含水率高不利于再生砂漿的早齡期抗壓及抗折強(qiáng)度,但對(duì)28 d齡期時(shí)抗壓及抗折強(qiáng)度影響不顯著,再生細(xì)骨料含水率高的再生砂漿抗氯離子侵蝕性能較差;在總用水量一致時(shí),28 d齡期時(shí)再生細(xì)骨料干燥狀態(tài)下再生砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度及抗氯離子侵蝕性能均表現(xiàn)最優(yōu)。
(3)無(wú)論是在拌合用水量還是總用水量一致,隨再生細(xì)骨料含水率增加,ITZ1和ITZ3孔隙率均增加,平均顯微硬度下降,這可能與含水率高的骨料釋水從而使界面過(guò)渡區(qū)局部水灰比增大有關(guān)。但在總用水量一致時(shí),再生細(xì)骨料含水率高也有其有利效應(yīng),新水泥漿孔隙率較低、顯微硬度較高,這與總用水量控制下骨料含水率高的砂漿有效水灰比較低有關(guān)。
(4)總體而言,無(wú)論哪種用水量控制方案下,再生細(xì)骨料處于干燥狀態(tài)時(shí),再生砂漿在養(yǎng)護(hù)28 d后的力學(xué)性能與抗氯離子侵蝕性能最優(yōu),且比同配合比下天然細(xì)骨料砂漿更好。實(shí)際工程應(yīng)用中,在滿足工作性能要求的前提下,應(yīng)盡可能采用干燥狀態(tài)的再生細(xì)骨料制備再生砂漿。