再生骨料混凝土凍融循環(huán)試驗研究

　　摘要：在實驗室用C20 普通混凝土, 經28d 后用破碎機將其破碎、篩選調配制成再生粗骨料與細骨料, 以此再生骨料100 %替代天然碎石和砂子制備再出生混凝土, 探討了再生混凝土的耐久性能－抵抗凍融循環(huán)的能力。 耐久性試驗用混凝土水灰比分別為0.45、0.65。 結果表明, 100 %再生混凝土 (簡稱RR 混凝土) 試件的凍融循環(huán)抵抗性與粗, 細骨料置換率為0%的普通混凝土(簡稱NN 混凝土) 試件相比, 相對動彈性系數和耐久性指數分別降低6%和9%, 但都能滿足評價凍融循環(huán)抵抗性的最低指標。

　　關鍵詞：再生混凝土，耐久性系數，凍融循環(huán)

　　混凝土廢棄物一般多由于混凝土路面, 橋梁以及建筑物的改建, 解體拆除時產生。據專家估計, 我國每年都要產生(3000～4000) 萬t 廢棄混凝土[1]。 隨著國民經濟的日益發(fā)展, 廢棄混凝土的處理已經成了很大的負擔。

　　填埋廢棄混凝土, 只是一種低級處理辦法, 而使它成為循環(huán)可利用再生資源, 則有利于資源, 能源的節(jié)約。 因此, 再生混凝土技術的有效利用, 不久的將來會有很大的發(fā)展空間[2]。

　　本文將作為有效利用再生混凝土的一個環(huán)節(jié), 對再生混凝土的耐久性之一即凍融循環(huán)抵抗性能做了基礎性試驗研究, 探討再生混凝土實際應用的可能性。

　　1. 試驗原材料

　　1.1 再生粗骨料與細骨料

　　再生粗骨料與細骨料是在實驗室打澆普通C20 混凝土 (抗壓強度31.4 MPa) 為基準混凝土, 經1 個月在空氣中散水濕潤養(yǎng)護后, 用中小型撞擊式破碎機破碎, 再經5 mm 篩進行篩分后所得。5mm 以上的骨料經水沖洗曬干后當作再生粗骨料使用, 5mm 以下當做再生細骨料使用。表1 為基準混凝土的配合比, 圖1 為經破碎篩分后所得的再生骨料的照片。

　　經篩分得出各個粒徑不同的再生粗骨料與細骨料之后, 再生粗骨料根據日本再生骨料暫定性能基準(案)所規(guī)定的再生骨料的顆粒級配以及有關規(guī)范進行調配, 圖2 為調配后的再生粗骨料與細骨料的級配曲線。

　　從調配好的再生粗骨料與細骨料中抽出試料，根據JIS 材料試驗有關規(guī)范測出其基本物理性質，及粗細骨料的表觀密度、吸水率、單位容積質量以及細度模數。 再生粗、細骨料以及天然骨料的基本材料性質如下表2。

　　1.2 再生混凝土

　　本試驗以100%再生粗骨料與細骨料來替代天然的石子和砂子，以水灰比0.45、0.65 為變動因素。 因再生混凝土（簡稱RR 混凝土）的配合比在規(guī)范上沒有明確的規(guī)定，所以，本試驗經多次試配，滿足混凝土和易性的基礎上最后確定了再生混凝土的配合比。表3 所示水灰比0.45、0.65 時再生混凝土以及對比用普通混凝土的配合比， 表4 所示水灰比0.45、0.65時各混凝土的力學性能。

　　水泥用日本水泥株式會社生產的早強波特蘭水泥，添加劑為高性能ＡＥ減水劑，多羧酸系化合物(Polycarboxylate compound) 標準形Ⅰ種，水為普通自來水。

　　采用強制式攪拌機攪拌混凝土，攪拌混凝土之前，因再生粗，細骨料吸水量大，提前使其適量吸水，達到表干狀態(tài)，以免攪拌混凝土時因吸水過多而影響混凝土的水灰比以及和易性。 高性能ＡＥ減水劑加上水的質量算總用水量，攪拌時先倒入再生砂子和水泥, 攪拌30s，然后倒入水再攪拌60s，最后倒入再生碎石攪拌60s。 攪拌完的混凝土立即測出其坍落度與空氣量(按體積算出)，并觀察其保水性與粘聚性，在滿足整體和易性要求之后，灌入其模具內制成試件。

　　試件經24 h 拆模后在標準養(yǎng)護室內養(yǎng)護28 d, 試驗時最高溫度以及最低溫度嚴格控制在（5±2）℃以及 (－18±2)℃, 一次凍融循環(huán)時間控制在3 h～4 h。每達到25 次左右凍融循環(huán)之后, 測出其共鳴震動數以及質量，耐久性指數按照下列公式計算。

　　2. 試驗方法

　　本試驗是根據日本工業(yè)規(guī)格JIS A 1148 規(guī)定的凍結融解試驗A法[3] (水中凍結融解試驗方法) 在一定的溫度條件下即凍結溫度－18℃, 溶解溫度5℃, 經過一定次數的凍融循環(huán)之后,測定出試件撓度震動的一次共鳴震動數以及質量, 并算出其相對動彈性系數(Relative dynamic modulus of elasticity)、耐久性指數(durability factor)以及質量損失率。當試件的相對動彈性系數降低至60 %時, 即終止試驗, 試件的凍融循環(huán)次數原則上不低于300 次。

　　3. 試件的形狀,尺寸 [Page]

　　試件為尺寸100 mm×100 mm×400 mm 的長方體, 詳細見圖3, 試件共制成12 組, 再生混凝土試件6 組, 對比用的普通混凝土試件6 組。

　　4. 試驗結果與分析

　　4.1 試驗結果

　　各系列混凝土試件300 次凍融循環(huán)之后的外觀照片見圖4, 耐久性系數以及質量減少率表示在圖5。

　　(1) 水灰比0.45 時

　　水灰比為0.45 時全再生RR 混凝土以及對比用的普通NN 混凝土試件在300 次凍融循環(huán)之后相對動彈性系數保持在90 %以上，耐久性指數經300 次凍融循環(huán)之后，也分別保持在93.7 %和99.6 %. 遠遠超過了凍融循環(huán)抵抗性指標60 %。

　　全再生RR混凝土以及對比用普通NN混凝土試件的質量減少率幾乎在0.5 %和1 %左右。

　　(2) 水灰比0.65 時

　　水灰比0.65 時全再生RR 混凝土以及對比用的普通NN 混凝土試件在300 次凍融循環(huán)之后相對動彈性系數依然保持在70 %以上, 耐久性指數在300 次凍融循環(huán)之后, 分別保持在75.9 %和83.4 %, 也超過了凍融循環(huán)抵抗性指標60 %。

　　全再生RR 混凝土以及對比用普通NN 混凝土試件的質量減少率分別在7%和5%左右。

　　4.2 分析 [Page]

　　(1) 因全再生混凝土與對比用的普通混凝土當中添加了高性能ＡＥ減水劑，不但減少了水的用量，而且適當的引氣，并連接混凝土中相對獨立的微小氣泡，當混凝土招受凍結時，能有效地緩解由自由水凍結而引起的較大的膨脹壓力，進而提高了混凝土的抗凍融循環(huán)的能力。

　　(2) 隨著水灰比的增加, 全再生混凝土與對比用普通混凝土抗凍融循環(huán)的耐久性系數有所降低，這是因為隨著水灰比增加，混凝土中水泥石的滲透系數將增大，密實度降低，當試件在水中招受凍融循環(huán)時，影響了混凝土中內部孔隙可能為水的飽和程度[4] ，水泥石滲透系數越大，混凝土內部孔隙可能為水的飽和程度越高，混凝土試件受到凍結時，其膨脹壓力越大，試件受損更嚴重。

　　(3) 在相同水灰比的情況下, 全再生混凝土的耐久性系數比對比用的普通混凝土有所降低, 這是因為全再生混凝土粗細骨料的吸水量大, 當混凝土構件受凍結時, 其骨料自身的凍脹影響了整個再生混凝土試件抵抗凍融循環(huán)的能力。

　　5. 結論

　　(1) 水灰比0.45、0.65 為變動因素, 經過300 次凍融循環(huán)之后, 全再生RR 混凝土以及對比用的NN 混凝土的耐久性系數都達到了評價凍融循環(huán)抵抗性指標60 % 以上。

　　(2) 從圖4～圖5 可見, 隨著水灰比增大, 各試件的耐久性系數有所降低, 質量減少率有所增大，300 次凍融循環(huán)之后的試件表面層水泥砂漿剝落程度越嚴重, 這是由于隨著水灰比增大, 混凝土內部組織致密性越差, 透水性越高, 凍結水量越多, 混凝土受凍時膨脹水壓越大的緣故。

　　(3) 在相同水灰比的情況下, 全再生RR 混凝土比普通NN 混凝土耐久性指數差，這是由于全再生混凝土中粗細骨料的吸水率大, 導致混凝土受凍時粗細骨料發(fā)生相對較大的凍脹，從而影響整個混凝土試件抵抗凍融循環(huán)能力的緣故。

　　(4) 考慮到再生混凝土在耐久性方面穩(wěn)定性要求, 制備再生混凝土時, 單位用水量盡可能降低，最好保持在180 kg.m―3 以下，混凝土要適當引氣，空氣量應保持在3%～6%之間，水灰比也不宜過高，不宜超過0.60。

　　參考文獻

　　1 張金喜,張建華,鄔長森. 再生混凝土性能和孔結構的研究.同濟大學建筑材料學報,2006;(4)：142－147

　　2 (財)日本コンクリート工學協會. 廃棄物のコンクリート材料への再資源化研究委員會報告書 ， 東京：(株)報光社出版,平成15年

　　3 日本規(guī)格協會. 建築関係ＪＩＳ要覧（試験方法等）, 東京：日本規(guī)格協會出版社，平成12 年
　　4 馮乃謙,邢鋒. 高性能混凝土技術，北京： 原子能出版社, 2000