再生细骨料湿度状态对混凝土微观结构影响

陈远远

(福州大学阳光学院土木工程系 福建福州 350015)



再生细骨料湿度状态对混凝土微观结构影响

陈远远

(福州大学阳光学院土木工程系 福建福州 350015)

总水灰比一定，使用不同湿度状态的再生细骨料配制混凝土，采用ESEM扫描再生细骨料混凝土界面结构形貌，运用孔结构分析仪测定再生细骨料混凝土的孔结构。研究结果表明：总水灰比一定，当再生细骨料掺量不变时，随着其湿度从烘干到气干再到饱和面干的增大，再生细骨料混凝土界面过渡区变得致密，界面结构性能提高，且水泥石的密实度增强，孔隙率减小，平均孔径及大于50nm的孔结构比例都减小。

再生细骨料；湿度状态；混凝土；界面结构

0 引言

随着建筑业的快速发展，天然骨料被大量消耗，导致了大量污染环境的废弃混凝土产生。将这类建筑垃圾破碎并筛分成再生粗、细骨料，用以部分或全部代替天然骨料来配制混凝土，可节省天然矿物资源，同时也能大大减轻固体废弃物对环境的污染[1]。

对于再生骨料混凝土的微观结构的研究，许多学者们已取得了一定成果。再生骨料的力学性能相对天然骨料较差，造成了再生混凝土内界面过渡区的分布、数量及性能的不同，从而影响了再生混凝土的力学性能[2]；表面孔隙率高，强度较低的再生混凝土骨料会降低界面过渡区微观结构的密实性[3]；再生混凝土的微观结构是影响其耐久性的根源，致密高强的界面结构有利于改善再生混凝土耐久性[4]；使用再生骨料会增加混凝土内部总细孔孔隙量，混凝土的耐久性也会因此而受到较大的影响[5]。以上研究都集中在由再生粗骨料混凝土的微观结构特征上，而关于再生细骨料混凝土微观结构的研究较少。

再生骨料的高吸水性这一显著特点，使一些研究考虑了再生粗骨料的湿度状态对于混凝土新拌和硬化性能的影响[6-7]；有的学者在研究中考虑了再生粗骨料的含水状态对再生混凝土耐久性能的影响[8]。以上都是关于再生粗骨料的湿度状态对再生混凝土宏观性能影响的研究，目前再生细骨料的湿度状态对混凝土微观结构特征影响的研究较少。本文针对再生细骨料湿度状态对混凝土微观结构的影响展开研究。

1 试验方案

1.1 试验原材料

1.1.1粗骨料

粗骨料采用闽侯苏洋采石场所产碎石，饱和面干吸水率为0.2%(表1)。

表1 粗骨料级配

1.1.2 细骨料

天然细骨料采用闽江天然河砂，细度模数为2.13，饱和面干吸水率为1.2%；再生细骨料采用福建同利科技建材有限公司生产的、细度模数为2.76、饱和面干吸水率为7.2%的再生砂(表2)。

表2 细骨料级配(分计筛余)

1.1.3 胶凝材料

采用福建炼石牌42.5R普通硅酸盐水泥及宁德Ⅱ级粉煤灰。

1.1.4 外加剂等

减水剂采用福建建科院生产的TW-4缓凝高效减水剂，减水率15%～25%，最佳掺量βR为2%，水采用自来水。

1.2 变化参数

采用气干(AD)，烘干(OD)和饱和面干(SSD)这3种湿度状态的再生细骨料。将再生细骨料放入温度设置为105℃的烘箱中，将其烘至含水率恒为0%，可得烘干状态再生细骨料；在恒温恒湿的试验室条件下，将加入适量水的烘干状态再生细骨料拌匀平铺于平面风干24h，可得含水率为3.5%的气干状态再生细骨料；恒温恒湿的试验室条件下，取烘干状态的再生细骨料加入配合比所需的总用水进行浸泡，24h后可得含水率为7.2%的饱和面干状态再生细骨料。

1.3 试验配合比

由于再生细骨料吸水率较大，再生细骨料混凝土的总用水量应包含计算用水量和能使粗、细骨料达到饱和面干状态的附加水[9]，计算用水量指在粗、细骨料为饱和面干状态的情况下，加入混凝土中的水量。即在砂、石骨料都为完全干燥状态的情况下，将计算用水量附加上砂、石骨料都达到饱和面干状态所需的水量后，得到总用水量。本文计算用水量为183kg/m3，其计算方法为：总用水量=183kg/m3+粗、细骨料用量×粗、细骨料饱和面干吸水率(假设粗、细骨料都为烘干状态)。该设计方法可使再生细骨料掺量一定时，各组配合比中的总用水量一致，保证试验条件的一致性。净用水量指总用水量扣除粗、细骨料在掺入混凝土之前已经含有的水量所剩余的水量。由于为了保证各配合比材料的统一性，试验前石子与天然砂都被事先烘干，即其含水率都为0，则净用水量只需考虑再生细骨料的含水量，其计算方法为：净用水量=总用水量-(再生细骨料用量×再生细骨料含水率(3.5%，0%，7.2%))。

吸水率大这一特点使再生细骨料在混凝土中的吸水过程为一个动态平衡的过程，在再生细骨料从水泥浆中吸水或返水的过程下，混凝土中未被骨料吸收的水与水泥的质量比为有效水灰比，有效水灰比随时间变化。试验配合比设计中砂率为0.4，总水灰比为0.61，变化再生细骨料的湿度状态这个参数，最终设计出的试验配合比见表3，其中编号1的3组配合比对应的混凝土所用细骨料为25%再生细骨料和75%天然砂，编号2的三组配合比对应的混凝土所用细骨料为75%再生细骨料和25%天然砂。

表3 再生细骨料混凝土试验配合比 kg/m3

1.4 试验内容及方法

1.4.1界面形貌

采用表3中的配合比，每组配合比制作一个尺寸为150mm×150mm×150mm的再生细骨料混凝土试样，将试样养护28d后，从养护室中取出，选取混凝土中水泥石与骨料交界的部分进行切片，切成大约为1cm3的混凝土小片，将切片置于无水乙醇中以中止水泥水化，48h后将切片置于60℃条件下烘干至恒重，取出混凝土切片试样，将试样置于真空中对新鲜混凝土断面进行镀碳膜，然后置于福州大学光电显示技术研究所的日立S-3000N型扫描电子显微镜扫描电镜(ESEM扫描电镜)下观察，得到再生细骨料混凝土的界面形貌图。

1.4.2 孔结构

采用表3中的配合比，每组配合比制作一个尺寸为150mm×150mm×150mm的再生细骨料混凝土试样，将其养护28d后，从养护室中取出，将距离粗骨料8mm范围以内的混凝土用锤头敲下得到混凝土小块，除去混凝土小块表面的沙粒和杂质，将切片置于无水乙醇中以中止水泥水化，48h后将切片置于60℃条件下烘干至恒重，最后送入北京金埃谱科技有限公司生产的V-Sorb 2800S孔结构分析仪中进行孔结构测试，得到累计孔体积、平均孔径、孔径分布等试验结果。

2 试验结果与讨论

2.1 界面形貌

由图1和图2可知掺量固定时，当再生细骨料的湿度从烘干到气干再到饱和面干提高时，混凝土界面过渡区变得不明显，界面密实度提高，孔隙分布变得均匀。由表3知烘干组混凝土中的净用水量和净用水灰最大，气干组次之，饱和面干组最大。气干及烘干状态的再生细骨料吸水后，混凝土中有效用水量都下降，有效水灰比都减小，但由于这两种状态的再生细骨料吸水不可能至完全饱和面干，因此饱和面干组混凝土的有效水灰比仍是最小。且烘干组混凝土中原本净水量最大，则烘干状态再生细骨料吸水后，混凝土的有效水灰比值仍然大于气干组。

因此掺量固定时，当再生细骨料的湿度从烘干到气干再到饱和面干提高时，混凝土有效水灰比减小，导致混凝土界面强度及密实度提高，而且再生细骨料的湿度从烘干到气干再到饱和面干的提高有利于混凝土界面区矿物掺合料与水泥水化产物的二次水化的水分增多，这一因素导致混凝土界面变得密实，孔隙分布变得均匀。

2.2 累计孔体积

由图3和图4可知，当掺量分别为25%、75%时，3种状态再生细骨料对应的混凝土累计孔体积的大小都呈现出SSD组

2.3 孔径分布

由表4知再生细骨料掺量为25%及75%时，当再生细骨料的湿度从烘干到气干再到饱和面干提高时，混凝土平均孔径、较大孔径与较小孔径的孔结构比例(>50nm/<50nm)及大于50nm的孔结构比例都减小。从2.1可知掺量固定时，当再生细骨料的湿度从烘干到气干再到饱和面干提高时，有效水灰比减小，从而有利于水泥石强度及密实度发展，且随着骨料湿度提高，混凝土中矿物掺合料与水泥水化产物的二次水化变得充分，导致水泥石强度及密实度提高，因此平均孔径、较大孔径与较小孔径的孔结构比例及大于50nm的孔结构比例最大，气干组次之，烘干组最大。

3 结论

根据试验研究结果，可得到如下结论：

(1)再生细骨料掺量固定时，当再生细骨料的湿度从烘干到气干再到饱和面干提高时，混凝土孔隙率减小，累计孔体积减小。

(2)再生细骨料掺量固定时，当再生细骨料的湿度从烘干到气干再到饱和面干提高时，混凝土中的水泥石密实度提高，平均孔径、较大孔径与较小孔径的孔结构比例(>50nm/<50nm)及大于50nm的孔结构比例减小。

[1] 李旭平. 废弃混凝土再生利用关键技术研究[D]. 杭州：浙江工业大学，2009.

[2] 肖建庄，刘琼，李文贵，等. 再生混凝土细微观结构和破坏机理研究[J]. 青岛理工大学学报，2009，30 (4)：24-30.

[3] 水中和，潘智生，朱文琪， 等. 再生集料混凝土的微观结构特征[J]. 武汉理工大学学报，2003， 25 (12): 99-102.

[4] 施惠生，刘金为. 再生混凝土微观结构特征及其耐久性改善技术[J]. 水泥工程，2009(04): 67-71.

[5] 张金喜，张建华，邬长森. 再生混凝土性能和孔结构的研究[J]. 建筑材料学报，2006(02): 142-147.

[6] 水中和，邱晨，赵正齐，等. 再生混凝土骨料含水状态与新拌混凝土的性能[J]. 国外建材科技， 2003，24(5): 1-2.

[7] Poon C S,Shui ZH,Lam L,et al. Influence of moisture states of natural and recyeled aggregates on the slump and compressive strength of hardened concrete[J]. Cement and Concrete Research,2004， (34): 31-36.

[8] 0liveira M B,Vazquez E. The influence of restained moisture in aggregates from recycling on the properies of new hardened concrete[J]. Waste Management，1996，16(1): 113-117.

[9] 孙跃东， 周德源. 我国再生混凝土的研究现状和需要解决的问题[J]. 混凝土，2006(4): 25-28.

Influence of moisture states of recycled fine aggregate on the microscopic structure of concrete

CHENYuanyuan

(Civil engineering department of Sunshine college,Fuzhou 350015)

The total water-cement ratio of recycled fine aggregate concrete was kept the same. Concrete was prepared with different moisture state of recycled fine aggregate. The interfacial structure topography of recycled fine aggregate concrete was scanned by ESEM,and pore structure analyzed by using pore structure analyzer. The test research results show that,for the same total water-cement ratio,when the content of recycled fine aggregate is the same,the interfacial transition region of concrete is becoming vague and the property of interface structure is being enhanced with the increase of the moisture of recycled fine aggregate from oven-dried,air-dried to saturated surface-dried states. And the density and porosity of cement are increasing while the percentage of pores with diameter under 50nm and the cement paste average pore size are decreasing.

Recycled fine aggregates; Moisture state; Concrete; Interface structure

陈远远(1987.2- )，女，讲师。

E-mail:597137973@qq.com

2016-07-24

TU5

A

1004-6135(2016)11-0082-04