石粉對再生機(jī)制砂混凝土收縮和強(qiáng)度性能的影響研究

摘要：廢舊混凝土再生機(jī)制砂制備混凝土具有顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益。本文從強(qiáng)度和收縮性能方面研究了石粉含量對廢舊混凝土再生機(jī)制砂混凝土性能影響。結(jié)果表明：石粉含量lt;9%對混凝土工作性能有改善作用，并提高了混凝土抗壓強(qiáng)度，9%石粉摻量提高混凝土抗壓強(qiáng)度約10%。適量的石粉會降低混凝土早期自收縮，但3 d混凝土的自收縮與石粉含量之間沒有明顯的關(guān)聯(lián)。石粉含量lt;6%時(shí)可抑制再生機(jī)制砂混凝土干燥收縮，研究結(jié)論對于廢舊混凝土再生機(jī)制砂混凝土應(yīng)用提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：廢舊混凝土再生；機(jī)制砂；石粉；混凝土性能

中圖分類號：TU528" """"文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" """"文章編號：2096-2118（2024）05-0014-04

Study on the Influence of Stone Powder on the Shrinkage and Strength

of Recycled Machine-Made Sand Concrete

YANG Xuetao，PAN Biting，ZHOU Shengbo*，WANG Xuanxuan，LUO Yan，WAN Xiaoyu

（Suqian University，Suqian Jiangsu" 223800，China）

Abstract：The recycled machine-made sand concrete has significant economic and environmental benefits.In this paper，the influence of stone powder content on strength and shrinkage performance of the recycled machine-made sand concrete is studied.The results showed that the stone powder can improve the working performance and increase the compressive strength of concrete when its content is less than 9%，and 9% stone powder can increase the compressive strength of concrete by about 10%.An appropriate amount of stone powder can reduce the early self-shrinkage of concrete，but there is no obvious correlation between the self-shrinkage of 3 days concrete and the content of stone powder.When the content of stone powder is less than 6%，the dry shrinkage of recycled machine-made sand concrete can be inhibited.The research conclusions provide references for the application of recycled sand concrete.

Keywords：waste concrete regeneration；machine-made sand；stone powder；concrete performance

0" 引言

混凝土廣泛應(yīng)用在土木工程建設(shè)領(lǐng)域，近年來，隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模擴(kuò)大，混凝土原材料資源消耗巨大，特別是用量占混凝土原材料比重達(dá)25%～35%的河砂已不能滿足可持續(xù)發(fā)展要求。為響應(yīng)綠色低碳和品質(zhì)工程建設(shè)，公路工程中大量推行使用再生粗細(xì)骨料，特別是含粉量大會導(dǎo)致機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)波動性大，施工質(zhì)量難控制，嚴(yán)重限制了其在結(jié)構(gòu)物混凝土中的應(yīng)用[1-3]。國內(nèi)外學(xué)者針對石粉對混凝土強(qiáng)度、工作性和耐久性的影響研究較多[4-8]，章鑫等[9]指出較小石粉顆粒可發(fā)揮微集料作用，有利于促進(jìn)混凝土流動性，并優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)。姜同輝等[10]研究了不同粉砂比下高強(qiáng)混凝土流動性能、抗壓強(qiáng)度和耐久性能，粉砂比不低于9%，當(dāng)降低粉砂比時(shí)可改善混凝土的和易性，增強(qiáng)了抗壓強(qiáng)度和耐久性。李廣等[11]研究指出摻加5%石粉的混凝土抗壓、劈拉強(qiáng)度、抗?jié)B透及抗碳化性能最佳，含10%石粉混凝土的強(qiáng)度和耐久性最低。

目前針對廢舊混凝土再生機(jī)制砂中的石粉對混凝土性能影響研究相對較少，為提高混凝土工程中廢舊再生材料的使用率，本研究將石粉含量對再生機(jī)制砂混凝土工作性、強(qiáng)度和收縮等方面綜合性能的影響開展研究，以期為再生機(jī)制砂應(yīng)用過程中的施工質(zhì)量控制提供依據(jù)。

1" 原材料及試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1" 原材料

原材料包括水泥、粗骨料、廢舊混凝土再生機(jī)制砂和再生石粉以及減水劑，其中水泥為P.O42.5，化學(xué)組成及技術(shù)指標(biāo)分別見表1～表2。細(xì)骨料為廢舊混凝土機(jī)制砂，密度為2.6 g/cm3，細(xì)度模數(shù)2.7，石粉來源于再生機(jī)制砂篩余物。粗集料為石灰?guī)r碎石，粒徑范圍5 mm～25 mm。減水劑為聚羧酸高效減水劑、減水率25%，水為市政自來水。

1.2" 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，石粉摻量為機(jī)制砂的質(zhì)量的0，3%，6%，9%，12%，減水劑摻量為推薦摻量，配合比見表3。

1.3" 試驗(yàn)方法

混凝土坍落度和擴(kuò)展度測試依據(jù)GB/T 50080—2016，抗壓強(qiáng)度性能測試依據(jù)GB/T 50081—2019進(jìn)行。混凝土收縮試件尺寸100 mm×100 mm×515 mm，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)1 d后取出測試混凝土自收縮（表面包裹塑料薄膜）和干縮率。

2" 結(jié)果與討論

2.1" 石粉對再生混凝土工作性影響

圖1～圖2分別為不同石粉含量再生機(jī)制砂混凝土坍落度和擴(kuò)展度。隨著石粉含量增加，混凝土的坍落度與擴(kuò)展度均存在明顯峰值。表明當(dāng)石粉含量≥3%時(shí)，再生機(jī)制砂混凝土的坍落度與擴(kuò)展度均低于不含石粉的樣品，適量石粉可改善新拌再生混凝土的工作性能，主要原因是石粉細(xì)度與水泥細(xì)度相當(dāng)，適量石粉可彌補(bǔ)水泥漿量，同時(shí)石粉有利于降低砂漿與粗骨料間的摩擦，改善了新拌混凝土的工作性能。繼續(xù)增加石粉的含量，由于粉體比面積增加導(dǎo)致漿體的黏度增加，會大幅度降低混凝土拌合物的坍落度和擴(kuò)展度。

2.2" 石粉含量對再生混凝土強(qiáng)度的影響

圖3為不同石粉含量混凝土抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律，石粉含量lt;9%的再生混凝土抗壓強(qiáng)度比未摻加石粉強(qiáng)度增加約10%，表明了石粉對混凝土的微集料填充效應(yīng)，同時(shí)具有活性的石粉可與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化反應(yīng)，其產(chǎn)物可與其他水化產(chǎn)物搭接，使水泥石結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。但當(dāng)石粉含量超過極限值時(shí)，會破壞混凝土的最密實(shí)堆積結(jié)構(gòu)。

2.3" 石粉對再生混凝土收縮性能的影響

圖4為再生機(jī)制砂混凝土的早期自收縮結(jié)果，水化5 h以內(nèi)混凝土先收縮再膨脹，與純水泥水化初期類似，由于早期生成的鈣礬石體積增大抵消了部分收縮變形，而水化5 h后混凝土收縮快速增加，這主要是由于水泥水化過程進(jìn)入加速期后自由水快速減少引起的毛細(xì)負(fù)壓使得宏觀體積快速減小，同時(shí)，水化產(chǎn)物體積減小引起化學(xué)減縮。當(dāng)水化反應(yīng)加速期繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，混凝土在5 h～20 h收縮率快速增大，在約20 h時(shí)，不同配比混凝土?xí)霈F(xiàn)小幅的膨脹，這與水化產(chǎn)物的晶相轉(zhuǎn)變有關(guān)?？梢娨欢ê康氖蹠欢ǔ潭冉档突炷恋脑缙谧允湛s，混凝土3 d自收縮與石粉含量關(guān)系并不顯著，隨石粉含量增大，各配方混凝土不同時(shí)間點(diǎn)的自收縮數(shù)值有小幅差異。

圖5給出了不同混凝土的各齡期干縮值試驗(yàn)結(jié)果，可以得知再生機(jī)制砂混凝土的干縮發(fā)展與普通混凝土基本一致，不同石粉含量的混凝土7 d內(nèi)均出現(xiàn)較高的收縮值，7 d收縮可達(dá)120 d收縮的60%左右。從結(jié)果可知，石粉含量影響了機(jī)制砂混凝土的收縮，當(dāng)石粉含量增大時(shí)，機(jī)制砂混凝土各齡期收縮也有小幅增大，但當(dāng)石粉含量≥6%時(shí)，機(jī)制砂混凝土收縮反而降低。

2.4" 石粉對再生機(jī)制砂混凝土的影響機(jī)理分析

圖6為采用光學(xué)顯微鏡放大20倍觀察到的28 d水化齡期后不同石粉含量再生機(jī)制砂混凝土斷面圖像，隨著石粉含量從0%（S1）增加到12%（S2），斷面孔隙周圍的顏色發(fā)生漸變，S1樣品斷面顏色較深，隨著石粉含量增加，斷面灰白色占比面積明顯增多，孔隙中填充了較多的灰白色顆粒，且石粉含量增加越多，灰白色亮度更加明顯，表面石粉在混凝土中的效應(yīng)主要為填充效應(yīng)，而活性表現(xiàn)不是很明顯，也進(jìn)一步佐證了石粉對混凝土微孔的填充作用。

3" 結(jié)論

1） 適量石粉能改善新拌混凝土的拌合物性能，石粉含量≥9%的混凝土坍落度與擴(kuò)展度受到石粉含量影響顯著。

2） 石粉細(xì)度較小時(shí)，可發(fā)揮石粉微集料填充作用，早期水泥水化產(chǎn)物成核效應(yīng)明顯，提高混凝土的強(qiáng)度。

3） 當(dāng)石粉含量lt;6%時(shí)，石粉可抑制再生混凝土的收縮；而當(dāng)石粉含量≥6%時(shí)，會明顯增加混凝土干燥收縮率。

參" 考" 文" 獻(xiàn)

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編輯：楊" 洋

DOI：10.3969/j.issn.2096-2118.2024.05.003

收稿日期：2024-01-03

基金項(xiàng)目：江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)研究項(xiàng)目資助（23KJA560007）；江蘇省土木建筑學(xué)會項(xiàng)目（省土建會字（2023）第4號項(xiàng)目9）；宿遷市科技計(jì)劃項(xiàng)目資助（H202313）

作者簡介：楊雪濤（2002～），男，河南省開封市人，研究方向：廢舊混凝土再生。

通信作者：周勝波（1979～），男，山東省泰安市人，正高級工程師，博士，研究方向：土木工程建、養(yǎng)低碳環(huán)保新型材料及耐久性，E-mail：

zhoushengbo2005@163.com