再生混凝土抗冻性的试验研究

2020-08-29汤玉娟仝小芳闫玉蓉

绿色环保建材 2020年8期

王欣汤玉娟仝小芳闫玉蓉

扬州职业大学土木工程学院

1 引言

随着我国经济的发展，废弃混凝土产生量日益增多，对环境造成了很大负担。据统计我国每年都要产生3000万吨～4000万吨废弃混凝土[1]。再生混凝土技术可实现对废弃混凝土的循环利用，部分或全部恢复其原有性能，形成新的建材产品[2-4]。再生混凝土要在工程中应用，除满足强度要求外，耐久性能也是重要指标[5]。抗冻性能作为再生混凝土耐久性能评价的重要指标之一，直接关系到再生混凝土结构的安全和耐久，所以对再生混凝土抗冻性能研究尤为重要[6-9]。研究再生混凝土抗冻性能并提出改善方法将提高再生混凝土的使用寿命及经济效益，最大限度地利用了资源，符合建筑业可持续发展战略，是发展绿色生态混凝土的重要措施之一[1,3,5]。因此，本文开展了再生混凝土抗冻性的试验，研究了再生骨料质量等级、再生粗骨料和细骨料替代率及水灰比对再生混凝土抗冻性能的影响规律。

2 试验

2.1 原材料

水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，化学成分如表1所示，其密3150kg/m369.6m/kg度和比表面积为分别为3和2，初终凝时间分别为72和290min，28天抗压和抗折强度分别为60.5MPa和8.7MPa。

表1 水泥的化学成分

实验使用天然粗骨料为连续粒级公称粒径范围在5.0mm～31.5mm范围内的粗骨料[10]，其压碎指标，表观密度，空隙率，吸水率等指标如表2所示。实验选用天然砂为细度模数2.93的中砂[11]。

表2 天然粗骨料的物理性质

实验用再生骨料根据来源分ABC三种，分别为建筑物拆迁形成的固废经混凝土破碎厂破碎的骨料（A）；实验室强度测试完毕的混凝土试块或者构件破碎的骨料（B）及实验室经冻融循环之后破碎出的混凝土骨料（C）。三种骨料泥块含量，压碎指标，表观密度，空隙率，吸水率等初始参数如表3所示。根据国家标准混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25117—2010《）[12]对各指标的要求，三种再生骨料质量等级分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类，为区分不同来源的三种再生骨料，根据其质量等级，将来源为A的再生骨料命名为再生一类，B命名为再生二类，C命名为再生三类。

表3 再生骨料的物理性质

三种再生骨料通过筛选，选取连续粒级公称粒径范围在5.0mm～31.5mm范围内的骨料作为再生粗骨料，选取连续粒级公称粒径选小于4.75mm的骨料作为再生细骨料，细骨料为中砂。

本实验中减水剂采用PC-10 型高效减水剂，最佳产量在1.0%～2.0%之间，减水率为15%左右。

2.2 配合比

为了研究再生骨料的种类及掺量(替代量)对混凝土强度及抗冻性能的影响，分别制备了不同配比的100mm×100mm×100mm的抗压试块[13]（7、28天）和100mm×100mm×400mm混凝土抗冻试块[9,14]，各试块配合比如表4所示。

表4 再生混凝土材料用量表（kg）

3 结果与讨论

3.1 强度

图1给出了各再生混凝土试块7天抗压强度的测试结果，观察图1可知，水灰比是影响再生混凝土7天抗压强度的一个重要因素，水灰比越小，再生混凝土7天强度越高，且当水灰比为0.42时，再生混凝土7天抗压强度值最大。此外，再生粗骨料取代率为0%时，混凝土7天强度最高，说明再生骨料取代部分天然骨料，将导致混凝土7天抗压强度降低。通过对比三种再生骨料对混凝土7天抗压强度值可知，骨料质量等级为一级时，即选用再生一类粗骨料时，再生混凝土7天抗压强度最高，说明再生骨料的质量等级越越高，再生混凝土7天抗压性能越好。

图1 再生混凝土7天抗压强度

图2给出了各再生混凝土试块28天抗压强度的测试结果，由图可知，水灰比越小，再生混凝土28天抗压强度越高，且水灰比为0.42时，28天抗压强度值最大。通过对比三种再生骨料对混凝土28天抗压强度值可知，骨料质量等级为二级时，再生混凝土28天抗压强度最高。此外，再生骨料取代率为0%时，混凝土28天强度最高，说明再生骨料取代部分天然骨料，将降低混凝土28天的抗压强度。

图2 再生混凝土28天抗压强度

此外，通过极差分析法[15]分析上图7天和28天抗压强度数据发现，影响再生混凝土7天和28天抗压强度的主次顺序均为：水灰比→再生粗骨料替代率→再生骨料质量等级→再生细骨料掺入率。

表5 冻融循环每25次实验后质量损失率记录表

表6 冻融循环每25次实验后相对动弹模量记录表

3.2 抗冻性

表5和表6分别给出了冻融循环每25次实验后各试块的质量损失率及相对动弹模量。分析表5和表6中数据可知，试件在100次冻融循环实验前，质量均有不同程度增加，当进行到125次实验后，质量开始出现损失，200次冻融循环实验后发现再生粗细骨料取代率越高，骨料质量等5级%越差，水灰比越大，质量损失越大；但仍满足质量损失不超过5%的要求。再生20混0凝土的相对动弹模随着冻融循环次数的增加而逐渐降低，在200次冻融循环实验后，再生粗骨料取代率对其相对动0弹%模量影响较大，取代率越小，相对动弹模量越大，当取代率为0.42时，相对动弹模量最大；1当5%骨料质量等级为一级，水灰比为0.42，再生细骨料取代率为15%时，相对动弹模量最大。由此可见，再生骨料替代率及质量等级对再生混凝土抗冻性影响显著，因此，寒冷地区再生混凝土应用时3应严格控制再生骨料替代率和20骨0料质量。

图3给出了再生混凝土冻融循环200次后质量损失与各因素水平关系。由图可知，再生粗骨料取代率越高，质量损失越大，当取代率为60%时，质量损失最大；骨料质量等级为三级时，即选用冻融破碎粗骨0料.52时，质量损失最大；水灰比越大，质量损失越15大%，当水灰比为15%时，质量损失最大；再生细骨料取代率为60%时，质量损失最大。综上所述，当再0.5生2粗骨料取代率为、再生骨料质量等级为三级、水灰比为、再生细骨料掺入率为15%时，再生混凝土冻融循环200次后质量损失最大。

图3 再生混凝土冻融循环200次后质量损失与各因素水平关系

图4给出了再生混凝土冻融循环200次后相对动弹模量与各因素水平关系。观察图4知，再生粗骨料取代率越高，相对动弹模量越大，当取代率为0%时，相对动弹模量最大；骨料质量等级为一级时，即选用再生一类粗骨料时，相对动弹模量最大；水灰比越小，相对动弹模量越大，当水灰比为0.42时，相对动弹模量最大；再生细骨料取代率为，15%时，相对动弹模量最大。综上所述，当再生粗骨料取代率为0%、再生骨料质量等级为一级、水灰比为0.42、再生细骨料掺入率为15%时，再生混凝土冻融循环200次后相对动弹模量最大。