關(guān)于防水再生混凝土的抗?jié)B性能研究

賴東福LAI Dong-fu

（廈門永正元晟檢驗(yàn)檢測(cè)有限公司，廈門 361000）

0 引言

隨著“十四五規(guī)劃”以及“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)建筑工程的建設(shè)也在日益完善，從二十世紀(jì)以來，我國(guó)建筑工程建設(shè)已經(jīng)逐步進(jìn)入鼎盛時(shí)期。隨著城市化進(jìn)程的加快，混凝土材料的需求量也在不斷增加，然而混凝土結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)開裂滲漏等現(xiàn)象，影響建筑的后續(xù)使用，同時(shí)隨著舊建筑物的拆除，造成廢棄混凝土堆放量不斷增多，因此研究再生混凝土結(jié)構(gòu)的防水抗?jié)B性能迫在眉睫。

近年來，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者針對(duì)混凝土的抗?jié)B性能進(jìn)行了大量研究。Sidney Diamond[1]等通過對(duì)混凝土的過渡區(qū)分析，發(fā)現(xiàn)壁效應(yīng)產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)無明顯孔隙，但在骨料表面沉積大量結(jié)晶體。Roumiana[2]發(fā)現(xiàn)再生混凝土的抗?jié)B性差于普通混凝土的抗?jié)B性。在此基礎(chǔ)上，Limbachiya[3]等對(duì)再生混凝土抗?jié)B性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)再生骨料摻量小于30%時(shí)，再生混凝土的抗?jié)B性能基本不受影響。而胡秀月[4]等研究不同玄武巖纖維摻合量對(duì)混凝土滲透性能的影響，發(fā)現(xiàn)纖維的適當(dāng)摻入可以改善混凝土的相關(guān)力學(xué)性能，但過量摻入會(huì)導(dǎo)致混凝土抗壓強(qiáng)度降低，同時(shí)纖維摻入會(huì)降低材料自身孔隙率，提高其抗?jié)B能力。

然而上述研究主要集中于摻入不同材料后混凝土滲透性能的改變，較少涉及防水劑對(duì)再生混凝土抗?jié)B性能的影響，因此本文基于前人對(duì)混凝土研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮防水劑以及廢量摻量對(duì)滲透性能的共同影響，提出防水再生混凝土材料的力學(xué)響應(yīng)機(jī)制，為再生混凝土材料的選擇以及建筑工程的施工提供參考。

1 工程概況

本文以某實(shí)際地下工程為例，該工程位于廈門市某沿河路段附近，工程信息如表1 所示。本地下工程施工段總長(zhǎng)約為300m，屬于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，由于緊鄰河邊，必須在考慮混凝土材料防水性能的同時(shí)，提高混凝土材料的抗?jié)B性能。

表1 工程信息

本工程依據(jù)國(guó)家行業(yè)相關(guān)規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙對(duì)工程實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，地下工程滲透系數(shù)設(shè)計(jì)為不大于7.83×10-9cm/s。

2 再生混凝土基本力學(xué)試驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)中使用的材料均由項(xiàng)目合作混凝土供應(yīng)單位提供，水泥采用P·O42.5 水泥，拌和用水采用普通飲用水，粗骨料采用粒徑（5-31.5）mm 的碎石，細(xì)集料采用細(xì)度模數(shù)為2.8 的II 區(qū)中砂；摻合料采用II 級(jí)粉煤灰，再生骨料采用當(dāng)?shù)亟ú膹S混凝土廢棄建筑混凝土，防水劑采用某廠家生產(chǎn)的YYK 防水劑，試驗(yàn)所用材料均符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)工程設(shè)計(jì)所需配合比進(jìn)行調(diào)整，將廢棄材料、水泥、砂、石、YYK 防水劑、粉煤灰等充分混合后進(jìn)行混凝土坍落度試驗(yàn)，并制作最為合適的混凝土試塊，將制作完成的再生混凝土試塊進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)后開展一系列基本物理力學(xué)試驗(yàn)，包括抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、劈裂抗拉試驗(yàn)。在基本力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的前提下進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)，抗?jié)B試驗(yàn)采用石蠟松香進(jìn)行密封。

為確定防水再生混凝土材料配比最優(yōu)，因此本文通過調(diào)整摻入量的多少，來配置不同混凝土，進(jìn)而研究其相關(guān)性能，表2 為試驗(yàn)變量。

表2 試驗(yàn)變量

2.2 坍落度試驗(yàn)分析

圖1、圖2 分別為坍落度隨廢棄混凝土摻量以及YYK防水劑摻量變化曲線圖。

圖2 坍落度隨YYK 防水劑摻入量變化

由圖1、圖2 可知再生混凝土的坍落度隨著廢棄混凝土摻入量的增加而出現(xiàn)減小的趨勢(shì)，出現(xiàn)該現(xiàn)象是由于再生粗骨料較普通粗骨料而言，棱角分明、材料粗糙，內(nèi)部含有大量裂縫，因此其吸水率更高。當(dāng)廢棄混凝土摻入量為0%時(shí)，隨著YYK 防水劑含量的增加，坍落度也隨之增加，該現(xiàn)象說明YYK 防水劑的添加有助于微裂縫的修復(fù)。

2.3 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)分析

圖3、圖4 分別為抗壓強(qiáng)度隨廢棄混凝土摻量以及YYK 防水劑摻量變化曲線圖。

圖3 抗壓強(qiáng)度隨廢棄混凝土摻入量變化

圖4 抗壓強(qiáng)度隨YYK 防水劑摻入量變化

由圖3 可知，抗壓強(qiáng)度隨著廢棄混凝土摻量的增加出現(xiàn)先增大后減小的“塔型”趨勢(shì)，當(dāng)廢棄混凝土摻量為50%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，說明適量添加廢棄混凝土能提高再生混凝土極限抗壓強(qiáng)度。

由圖4 可知，抗壓強(qiáng)度隨著YYK 防水劑摻量的增加出現(xiàn)“波浪型”變化趨勢(shì)，當(dāng)YYK 防水劑摻量為0.8%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，說明適量添加YYK 能提高再生混凝土極限抗壓強(qiáng)度。

2.4 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)分析

圖5、圖6 分別為抗拉強(qiáng)度隨廢棄混凝土摻量以及YYK 防水劑摻量變化曲線圖。

圖5 抗拉強(qiáng)度隨廢棄混凝土摻入量變化

圖6 抗拉強(qiáng)度隨YYK 防水劑摻入量變化

由圖5、圖6 可知，抗拉強(qiáng)度隨著廢棄混凝土摻量的增加出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)廢棄混凝土摻入量為50%時(shí)，混凝土抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值，此時(shí)YYK 防水劑摻量為0.8%。由此推知廢棄混凝土摻入量為50%、YYK 防水劑摻量為0.8%為最佳摻量，此時(shí)再生混凝土的經(jīng)濟(jì)效益最高。

3 防水再生混凝土的抗?jié)B性能研究

混凝土的抗?jié)B性能是檢驗(yàn)密實(shí)度至關(guān)重要的指標(biāo)之一，抗?jié)B性能是指其抵抗微裂隙水的能力，混凝土具有良好的抗?jié)B能力可以有效地提高混凝土的耐久性。

通過抗?jié)B試驗(yàn)分析其滲透系數(shù)，得出防水再生混凝土的抗?jié)B性能。

圖7、圖8 分別為滲透系數(shù)隨廢棄混凝土摻量以及YYK 防水劑摻量變化曲線圖。

圖7 滲透系數(shù)隨廢棄混凝土摻入量變化

圖8 滲透系數(shù)隨YYK 防水劑摻入量變化

從圖7 可以發(fā)現(xiàn)，隨著廢棄混凝土摻入量的增加，其滲透系數(shù)基本呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，當(dāng)廢棄混凝土摻入量達(dá)到75%左右時(shí)，其滲透系數(shù)最大，滲透系數(shù)越大說明再生混凝土抗?jié)B性能越差，因此此時(shí)再生混凝土抗?jié)B性能最差。出現(xiàn)該現(xiàn)象是由于再生骨料孔隙較多，進(jìn)而導(dǎo)致吸水率高，其次是因?yàn)樵偕橇系男纬尚杞?jīng)過一系列復(fù)雜的過程，該過程會(huì)導(dǎo)致微裂隙發(fā)育。

從圖8 可以發(fā)現(xiàn)，隨著YYK 防水劑摻量的增加，其滲透系數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，當(dāng)YYK 防水劑摻量為1.5%左右時(shí)，其滲透系數(shù)最小，其抗?jié)B性能最優(yōu)，當(dāng)YYK 防水劑摻量為0%左右時(shí)，其滲透系數(shù)最大，其抗?jié)B能力最差，因此可知YYK 防水劑摻量的增加會(huì)強(qiáng)化再生混凝土的抗?jié)B性能，這是由于防水劑可以填補(bǔ)再生骨料中的微裂紋，同時(shí)防水劑的添加也會(huì)防止水、空氣等多種介質(zhì)滲入。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，在本工程采用再生混凝土?xí)r，需對(duì)再生骨料的摻量比例及YYK 防水劑的摻量進(jìn)行控制。結(jié)合抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)，優(yōu)先提高強(qiáng)度要求的情況下，廢棄混凝土摻量在50%值附近時(shí)，YYK 防水劑的摻量比例在0.8%值附近可達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益較優(yōu)。結(jié)合滲透試驗(yàn)分析結(jié)果，在廢棄混凝土摻量在50%值附近，YYK 防水劑的摻量比例在值0.8%附近時(shí)，其滲透系數(shù)較大，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，需降低廢棄混凝土比例或者提高YYK 防水劑摻量。綜合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建議該項(xiàng)目廢棄混凝土摻量比例可取25%～35%之間，YYK 防水劑摻量可取1.0%～1.5 之間，以同時(shí)滿足強(qiáng)度及抗?jié)B性能要求。后可再根據(jù)其是否滿足性能要求及項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行調(diào)整，確定廢棄混凝土摻量及YYK 防水劑摻量比例，對(duì)配合比不斷進(jìn)行優(yōu)化，從而提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益及施工質(zhì)量。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)防水再生混凝土的抗?jié)B性能進(jìn)行研究，對(duì)再生混凝土展開基本物理力學(xué)試驗(yàn)，通過分析不同廢棄混凝土摻量以及不同防水劑摻量下再生混凝土的滲透系數(shù)，進(jìn)而確定其抗?jié)B性能，得到如下主要結(jié)論：①再生粗骨料棱角分明、材料粗糙，內(nèi)部含有大量裂縫，因此吸水率更高。②適當(dāng)添加廢棄混凝土以及防水劑可提高再生混凝土抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。③隨著廢棄混凝土摻入量的增加，其滲透系數(shù)基本呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而防水劑摻量的增加會(huì)導(dǎo)致滲透系數(shù)降低。再生骨料作為混凝土中天然骨料的可替代材料，具有非常廣闊的發(fā)展前景。該項(xiàng)目積極響應(yīng)當(dāng)?shù)卣ㄖU棄物的回收及利用政策，通過再生混凝土的優(yōu)化應(yīng)用，不僅滿足其性能設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，也相應(yīng)節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，為工程的建設(shè)再生混凝土研究應(yīng)用提供參考。