活性掺合料对再生混凝土耐久性的影响

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摘要：由于再生集料本身具有一些天然缺陷，导致再生集料配制的混凝土综合性能较同级配普通混凝土差。丽掺入矿渣、粉煤灰等活性掺合料则可以改善普通混凝土的物理力学性能和耐久性能，因此，本课题在采用再生粗集料以不同比例取代天然集料的同时，用矿渣、粉煤灰等活性掺合料等量取代水泥，研究掺活性掺合料再生混凝土的力学性能和耐久性能。实验结果表明，随冉生集料用量的增加，混凝土的物理力学性能和耐久性能有所下降，但掺加一定量的活性掺合料可以明显改善再生混凝土的耐久性能 采用合适掺量的矿渣．可以配制出坍落度为180mm、28d抗压强度达50MPa以上、各种耐久性能指标均达到基准混凝土技术指标的再生集料混凝土。关键词：再生集料；活性掺合料；力学性能；耐久性能0 前言 再生集料混凝土简称再生混凝土，是指将废弃混凝土块经过破碎、清洗、分级后，按一定比例而级配成的再生混凝土集料，部分或全部代替砂石等天然集料配制而成的混凝土。由于再生集料表面粗糙、棱角较多，且表面包裹着相当数量的水泥砂浆，再加上混凝土块在解体、破碎过程中由于损伤累积，内部存在大量微裂缝，这些因素都使其吸水率和吸水速率增大，这对配制混凝土是不利的，因此，拌制的再生混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能等综合性能也较差。 而活性掺合料等量取代水泥不仅具有较好的经济效益，而且还能显著地改善、提高混凝土的抗腐蚀能力和耐久性。本文采用再生粗集料以不同比例取代部分天然集料的同时，用矿渣、钢渣和粉煤灰等活性掺合料等量置换水泥，研究再生混凝土的物理力学性能和耐久性能。1 试验原材料及试验方法1．1 原材料 水泥，海螺牌P·042．5级普通硅酸盐水泥。 活性掺合料，磨细矿渣来自上海宝田新型建材有限公司，比表面积400m2／kg；钢渣来自宝钢，细度为45 µm筛的筛余量10%；粉煤灰来自石洞口电厂Ⅱ级粉煤灰。各种活性掺合料的化学成分见表1。 天然集料，石灰石碎石，粒径为5-25mm；砂，细度模数为2．6~2．8。 超塑化剂 ，聚羧酸盐高效减水剂，为中性，固含量30%，体积密度1．13g／mL。 再生粗集料 废混凝土集料，为旧建筑物上拆下来的废混凝土碎块。经人工破碎后筛分而成，粒径为5-40mm，级配良好，其基本性能见表2。 1．2 试验方法 抗压强度试验按照GB／T50081—2002{普通混凝土力学性能试验方法》进行。试块均为100mm*l00mm*100 mm的立方体，标准养护后分别测试7d、28d抗压强度。 坍落度试验按照GB／T50080—20024普通混凝土拌合物性能试验方法》进行。 碳化实验按照GBJ82—85《普通混凝土长期性能和耐久性实验方法》中快速碳化实验进行。采用100mm*100mm*300mm长方体试件，标准养护26d，然后在60℃烘箱内烘48h取出，除长度方向相对的两侧面外，其余四面封蜡，并放入碳化箱，达到预定龄期后取出试件，破型以测试其碳化深度。 混凝土气渗试验按照RILEM．TC．1 16一PCD步骤进行。每组两块，直径为150mm、高度为50mm的圆柱体试件。成型后在20cc的室内静养，并尽量减少试块与外界环境的水分交换。经自然养护28d后，在105cc±5℃的烘箱内烘干后取出，立即将试块密封保存。采用氮气作为渗透气体。渗透压力分别为150kPa、200kPa、300kPa。计算各压力下的K值，取平均值即得各配比混凝土的渗透系数K。 实验用基本配合比为水泥450kg/m3 、砂743 kg／m3 、碎石1027 kg／m3，水180 kg／m3、减水剂1．8 kg／m 3。2 结果与讨论2．1 再生混凝土工作性能 再生混凝土坍落度试验结果见图l。由图1可见，随着再生粗集料取代率的增加，再生混凝土的坍落度呈明显下降趋势，这是由于再生集料表呵粗糙、孔隙多、吸水率大，在混凝土拌制过程中，冉牛集料要吸收部分水分，使实际拌合水减少，故再生混凝土流动性差、坍落度变小。当采用矿渣取代水泥后，再生?昆凝土的坍落度得到较好的改善，可以看出在再生粗集料取代率相同时，再生混凝土的坍落度随着矿渣掺量的增加，有一定程度的提高。例如再生粗集料取代率为40%时，未掺矿渣的?昆凝土坍落度为160mm，矿渣掺量为40%的混凝士坍落度为185mm，提高幅度达17%。 2.2 再生混凝土强度 采用再生粗集料取代天然粗集料的矿渣再生混凝土，经标准养护7d、28d后的抗压强度试验测试结果见图2、图3。 实验结果表明，随再生集料取代率由0%开始提升，混凝土强度有一定程度的提高，然而，当再生集料取代率达到一定数值后，再生混凝土强度有下降趋势，但下降幅度较小，并且当取代率为20%和60%时，强度非但没有下降，而有一定程度的提高。原因主要在于再生集料表面粗糙，棱角较多，有较好的粘结面和较高的界面粘结强度；同时，再生集料吸水牢火，使混凝土的真实水灰比下降，从而使再生混凝土强度有一定程度的提高。另外，当掺加矿渣后，混凝土的7d抗压强度明显降低，这是由于矿渣的活性较低，水化速度慢，于是随着水泥量的减少，矿渣再生混凝土早期强度明显降低。但是随着养护龄期的增长，水泥水化产生的Ca2 不断与矿渣发牛火山灰反应。这样，一方面可增加C—S—H凝胶的含量，另一方面可减少界面过渡区Ca2晶体的晕，从而使得混凝土结构更加密实，冈此矿渣再牛混凝土28d抗压强度增长迅速，与未加矿渣的再生混凝土28d抗压强度的差距减小。当再生集料取代率为80%，矿渣掺晕为40%时，矿渣再生混凝土28d抗压强度甚至超过了末加矿渣的冉生混凝土抗压强度，达到了57．5MPa。2．3 再生混凝土的气渗性能 有害气体或液体渗入混凝土内部后，将与混凝土组分发生一系列的物理化学和力学作用，导致混凝土破坏，因此，抗气体渗透性能是提高和保证混凝士耐久性首先要控制的主要性能。2．3．1 冉生粗集料对混凝上气渗性能影响 气渗试验结果见图4。试验结果表明，随着再生集料掺量的增加，再生混凝士的气渗系数急剧增加，抗气渗性能变差。未加入掺合料时，再生粗集料最为0%的再生混凝土的气渗系数为10．6*10 -16m 2，而加入60%再生粗集料的再生混凝土的气渗系数达到20．73*10-16m2 ，气渗系数增加了1倍，抗气渗性大幅度下降。主要原因是与天然粗集料相比，再生粗集料不仅表面粗糙、棱角较多，且集料表面还包裹着相当数量的水泥砂浆，再加上混凝土块在解体、破碎过程中由于损伤累积，内部存在大量微裂纹，这样，再生混凝土孑L隙率大，集料一浆体的界面结构更为复杂，界面数量更多。而混凝土中水泥浆体与集料间的界面区是混凝土最薄弱的一个环节，常常成为渗透途径，因而抗气渗性必然下降。 2．3．2 活性掺合料对再生混凝土气渗性能的影响 由图4可见，未加掺合料时，随着再生粗集料掺量的增加，再生混凝土的气渗系数急剧增加，即抗气渗性急剧劣化。但加入掺合料后，随着再生粗集料掺量的增加，再生混凝土气渗系数的增长变得缓慢。当再生粗集料掺量为60%时，加入30%的矿渣后，再生混凝土的气渗系数仅为4．04*l0-16m2 ，远远低于未加掺合料的再生混凝土气渗系数。由此可见，加入活性掺合料可以改善再生混凝土的气渗性能，这是因为活性矿物掺合料在水泥混凝土中具有微晶核效应、火山灰效应和微集料效应，因此掺加一定量活性矿物掺合料是改善再生混凝土界面结构和提高再生混凝土性能的一种有效措施。2．4 再生混凝土的碳化性能 混凝土的碳化过程是气态CO2。向混凝土内部溶解扩散的过程，与气渗一样均是气体在混凝土中的渗透过程。因此，气体渗透性对混凝土的碳化有显著影响。所不同的是，气渗是纯粹的物理过程，碳化是水泥石中的水化产物与环境中的CO2 相互作用的一个复杂的物理化学过程。2．4．1 再生粗集料对再生混凝土碳化性能影响 图5所示为未加掺合料时，再生粗集料掺量对再生混凝土碳化性能的影响。 由试验数据可以看出，同气渗结果一样，随着再生粗集料掺量的增加，再生混凝土在各个龄期内的碳化深度均有不同程度的增大，即再生混凝土的抗碳化能力下降。原因是再生混凝土的孔隙率高，抗渗性差。另外，再生混凝土的碳化速度随碳化时间的延长而逐渐减小，其碳化的发展规律同普通混凝土一样。2．4．2 活性掺合料对再生混凝土碳化性能的影响 加入活性掺合料后，再生混凝土的碳化试验结果见表3。 由表3试验结果可见，当再生粗集料掺量为40%和60%时，分别加入30%的矿渣和10%的钢渣后，再生混凝土在各个龄期内的碳化深度均明显减小，表明在再生混凝土中掺活性掺合料可以提高再生混凝土的抗碳化能力。原因在于加入活性掺合料后，混凝土更加密实，C0 渗透能力下降。4 结论 应用矿渣和高强度再生粗集料，可以配制出满足施工技术要求，坍落度为180mm，28d抗压强度达到50MPa的矿渣再生集料混凝土。 由于再生集料孔隙率大，吸水率高，再生混凝土的坍落度随再生集料的增加而降低，掺加活性掺合料可有效改善再生混凝土的工作性。 再生粗集料掺量的增加，使再生混凝土内集料 浆体界面结构更为复杂，界面数量增加，因此，再生混凝土的抗气性和抗渗碳化能力较普通混凝土差。 掺合料的微集料填充效应和火山灰效应可以降低再生混凝土中硬化浆体孔隙率，改善再生混凝土的孔隙特征，从而大幅度提高再生混凝土的抗气渗性和抗碳化能力。 矿渣对再生混凝土气渗性能改善效果最优，粉煤灰次之，钢渣最差，但掺入三种掺合料后，气渗系数都明显低于未加掺合料的再生混凝土的气渗系数。

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