改性混凝土试验及性能研究

裴挫萍

（铜川职业技术学院， 陕西 铜川 727000）

改性混凝土试验及性能研究

裴挫萍

（铜川职业技术学院， 陕西 铜川 727000）

针对废弃混凝土中的再生骨料表面附着大量残留的水泥浆，以及新老砂浆之间缝隙过大，进而导致再生混凝土的耐久性能出现问题，结合粉煤灰的特点，提出对再生骨料进行改性处理，在混凝土中掺入一定量的粉煤灰，从而填充再生骨料存在的缝隙过大的问题。最后，利用电通等试验方法对改性混凝土试件的抗氯离子渗透性能进行测试，并通过实验结果表明粉煤灰可改善再生混凝土结果，提高抗渗透性能，并当掺量在28%时，抗氯离子渗透性能最佳。

再生混凝土；粉煤灰；渗透性能；抗氯离子；改性

随着建筑行业建设步伐的加快，加快对废弃混凝土的再利用成为解决城市废弃物污染的重要手段。但是由于废弃混凝土结构复杂，同时较高的孔隙率，从而造成再生混凝土在实际应用过程中暴露出很多的问题，如抗渗透性差导致再生混凝土耐久性能出现问题。朱平华（2015）[1]通过研究认为，影响再生混凝土抗渗性能的因素很多，包括再生骨料规格、水胶比、制作工艺和掺合料。由此，为解决再生混凝土渗透性能差的问题，提高再生混凝土的耐久性，刘肖凡、白晓辉等（2014）[2,3]则提出在再生混凝土中加入粉煤灰，并通过测试路用性能的方式，验证了粉煤灰对提高再生混凝土抗渗透上具有一定的效果；罗伯光（2014）[4]、陈少军（2017）[5]等则从不同矿物掺量的角度对问题进行了研究，通过试验结果表明适量的矿物掺和料可提高再生混凝土的抗氯离子渗透性能。对此，结合朱平华等人的研究，笔者则从水胶比和再生骨料改性的角度对再生混凝土进行了研究，旨在探讨不同改性下对再生混凝土性能的影响。

1 实验部分

1.1 原材料选取

原材料作为试验的基础，结合试验的目的，本文主要选取水泥、再生骨料、粉煤灰、砂等作为基础原材料。

1.1.1 水泥

水泥选择四川自贡新特水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥，具体成分见表1。

表1 P.O42.5成分Table 1 P.O42.5 component

1.1.2 粉煤灰

粉煤灰则选择四川自贡荣县电厂生产的I级粉煤灰，具体技术指标见表2所示。

1.1.3 再生骨料

再生骨料作为再生混凝土制备的基本原材料，其选取的好坏对再生混凝土性能具有重要的影响[6]。本文在对再生骨料进行选取的过程中，主要选择5～20 mm之间的再生骨料，具体级配筛分选结果见图1所示。

表2 粉煤灰主要技术指标Table 2 Main technical indexes of fly ash

图1 再生骨料级配筛分结果Fig.1 Grading results of recycled aggregate gradation

1.2 试验方法

1.2.1 强度确定

在对混凝土试件的制作中，首先是要确定混凝土的强度。为保证强度达到设计要求，本文根据《普通混凝土配合比设计规程》[7]，并依据以下公式进行确定：

其中：fcu.0——再生混凝土的试配强度；

fcu.k——再生混凝土自身设计的强度；

σ——再生混凝土的标准差。在本文中设计的强度为C30，所以σ取值为5。

1.2.2 试验配合比

根据上述的强度设计，同时依据《普通混凝土配合比设计规程》中对再生混凝土用水量的相关计算公式[8]，从而得到表3所示的试验材料配合比。

1.3 抗渗性能测试方法

1.3.1 腐蚀原理

对本文的试验设计来讲，其目的是验证粉煤灰对提高再生混凝土的抗渗透性能具有重要的作用。而为了验证抗渗透性能，本文则采用扩散性试验对混凝土的性能进行验证。

采用该方法最为根本的原因，是因为自然界中的氯离子会进入到再生混凝土中，而在混凝土中含有大量的 CaSiO3，该物质经过水化会形成饱和的Ca(OH)2。该物质的存在使得混凝土中形成碱性环境，并和钢筋产生氧化反应，形成钝化膜[9]。

表3 试验配合比设计Table 3 Test mix design

而一旦这个碱性环境被氯离子打破，将使得该钝化膜变得不稳定，最终影响到混凝土的耐久性能。该步骤具体的反应可以分为三个步骤：

由此，通过上述的化学反应反应，从而对钢筋形成腐蚀，最终对混凝土的耐久性产生影响。

1.3.2 抗渗性能测试方法

为验证掺入粉煤灰和在不同水灰比下的混凝土抗渗透性，本文选取 RCM氯离子扩散法来测定再生混凝土的抗渗透性能。具体计算则采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中关于单位长度下氯离子渗透的深度公式，具体见下：

其中: t ——通电时间，h；

D—— 非稳态离子迁移速度， 1 0-12m2/s ；

Xd——氯离子平均渗透值，mm；

U——施加电压，V；

L——混凝土试件厚度，mm。

在上述的公式中，T、L、t、U、Xd等需要在试验中进行测定。

具体的操作步骤是：

（1）取出养护的混凝土试件擦干，并用游标卡尺测量混凝土试件的直径和高度。同时在真空状态下用去离子的饱和NaOH溶液对试件进行浸没1 h，然后取出在常压下浸没18 h；

（2）将试件装入PVC套筒之中，并通过图2所示的试验装置电极装置进行试验。

图2 RCM 氯离子扩散试验装置Fig.2 RCM chloride diffusion test device

（3）取出试件，然后结合 AgNO3显色反应原理对经电离后的混凝土试件进行测试，查看氯离子浸入深度。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

根据上述的试验方法和实验步骤，并通过公式（5）计算，得到在不同养护周期下的混凝土试件氯离子扩散系数，具体见表2和表3。

表4 28 d试件氯离子渗透深度Table 4 Chloride penetration depth of 28d specimens mm

表5 56 d试件氯离子渗透深度Table 5 Chloride penetration depth of 56d specimens mm

2.2 结果分析

2.2.1 不同掺量下的氯离子扩散系数

通过上述的结果可以看出，随着粉煤灰掺量的不断增加，在不同水灰比下，混凝土试件的抗氯离子渗透性系数在逐步变小，具体以28 d养护周期结果进行统计，具体见图3所示。

根据该组数据可以看出，粉煤灰掺量对提升混凝土的抗渗性能具有重要的促进作用。出现这种问题的原因，与粉煤灰中的自身成分有很大的关系。粉煤灰颗粒相对较小，对于再生混凝土中的再生骨料来讲，就可以起到填充的作用，从而改善再生混凝土的孔隙结构，并可以有效的降低混凝土中的水化热等反应。在粉煤灰中具有火车灰的活性，这种性质的具备，使其可以和再生骨料中的氢氧化钙反应，进而降低氢氧化钙的浓度，并生成水化的硅酸钙和铝酸钙。

图3 不同掺量下的氯离子扩散系数变化Fig.3 Variation of chloride diffusion coefficient with different amounts

2.2.2 不同水灰比下的氯离子扩散系数

同样以28 d养护周期的混凝土试件为例，对其氯离子扩散系数进行统计分析，进而可以图4所示的结果。

图4 不同水灰比下的氯离子扩散系数Fig.4 Diffusivity of chloride ion at different water cement ratio

通过上述的结果看出，随着水灰比的不断增加，其氯离子扩散系数逐步增大。而通过该结果说明，水灰比越小，说明混凝土的抗氯离子渗透性能越好，进而其抗渗透性越好。反之，水灰比越大，说明抗渗透性越差。产生上述的原因，主要在于较低的水灰比通常可以提高弹性模量，从而使得水泥石和骨料之间的弹性模量差距减小，最终导致界面过渡区的孔隙率下降。而水灰比越小，说明孔隙率越小，相反则越大。

3 结束语

通过上述的研究看出，在对再生混凝土的制备中，通过产量适量的粉煤灰，并在一定的水灰比下，可以提高再生混凝土的抗渗透性能，最终提高混凝土的耐久性。本文则通过试验得到，当粉煤灰掺量在30%，水灰比在0.49的时候，混凝土试件的抗渗透性能最佳。

［1］朱平华,张鑫鑫. 路用透水性再生混凝土研究现状与发展趋势[J]. 混凝土,2015(10):144-148.

［2］刘肖凡,白晓辉,李继祥. 粉煤灰改性透水混凝土路面性能的模型试验研究[J]. 武汉轻工大学学报,2016,35(03):56-59+76.

［3］罗伯光,覃荷瑛. 矿物掺和料对再生混凝土抗氯离子渗透性能的影响研究[J]. 公路工程,2014,39(05):114-118.

［4］沙东,孙建刚,郝进锋,王振,崔利富. 用于北方满族民居墙体的再生混凝土性能研究[J]. 当代化工,2017,46(01):42-46+50.

［5］陈少军. 矿物掺和料对再生混凝土性能影响研究[J]. 湖南交通科技,2017,43(01):80-83.

［6］肖建庄,胡博,丁陶. 再生混凝土早期抗开裂性能试验研究[J]. 同济大学学报(自然科学版),2015,43(11):1649-1655.

［7］陈威文,肖景平,付佳丽. 粉煤灰掺量对再生混凝土力学性能影响的试验研究[J]. 工程与建设,2015,29(05):651-654.

［8］彭建庭,汤文秀,张云莲. 粉煤灰和再生粗骨料掺量对再生混凝土性能的影响[J]. 科技通报,2017,33(03):159-162.

［9］黄海生,郑建岚. 粉煤灰和矿粉对再生混凝土徐变性能影响的研究[J]. 福州大学学报(自然科学版),2017,45(02):206-211.

Test and Performance Research of Modified Concrete

PEI Cuo-ping
（Tongchuan Vocational and Technical College, Shaanxi Tongchuan 72700, China）

Aiming at the problems that the surface of waste concrete recycled aggregate attached a lot of residual cement slurry, and the gap between the old and new mortar was large, which led to the durability problem of recycled concrete, combined with the characteristics of fly ash, recycled aggregate was modified and a certain amount of fly ash was mixed in the concrete, so as to fill the large gap of recycled aggregate. Finally, the modified concrete resistance to chloride ion penetration was investigated by using the test methods. Experimental results show that the fly ash can improve the anti permeability performance of recycled concrete, and when the fly ash content is 30%, the performance of resistance to chloride ion penetration is the best.

Recycled concrete;Fly ash;Permeability;Anti chloride ion;Modification

TQ 047.5

A

1671-0460（2017）11-2236-03

2017-08-07

裴挫萍（1981-），女，陕西省兴平人，讲师，硕士研究生，研究方向：从事硅酸盐材料技术工作。E-mail：peicuoping19817@12.com。