再生混凝土的制备及耐久性分析

2021-06-24陆建宏

实验室研究与探索 2021年5期

陆建宏

（中国中原对外工程有限公司，山东枣庄 277100）

0 引言

随着混凝土材料的使用量增大，其污染、回收问题也日益显见。郑建军等［1］提出了再生混凝土弹性模量的解析解，定量分析了再生骨料取代率、砂浆附着率和老砂浆弹性模量对再生混凝土弹性模量的影响。李孝忠等［2］确定了再生混凝土抗折强度的关键影响因素。彭跃辉等［3］探究了不同水胶比、陶瓷粉取代量以及浸泡时间3种因素对再生混凝土中氯离子扩散规律的影响。朱小艳等［4］通过试验研究了灌浆预埋再生混凝土的抗弯拉强度，试验变量包括水灰比、养护龄期、砂率和粗骨料取代率。邢智岩等［5］根据试验得出，再生混凝土路面砖的孔隙率随粉煤灰取代率的增加而增加，再生砖的抗压、抗折强度基本随着取代率的增加而增加。乔宏霞等［6］为研究陶瓷颗粒的取代率对再生混凝土在火灾以及火灾扑救条件下的外观形貌、抗压强度、质量损失的影响，设计不同配比试验，揭示陶瓷再生混凝土强度变化机理。向星赟等［7］分析了再生粗骨料替代率对自密实再生混凝土基本力学性能的影响，探讨了普通混凝土和再生混凝土的各力学性能指标之间的换算关系对自密实再生混凝土的适用性。赵亚松等［8］研究了在干湿循环和弯曲荷载作用下再生混凝土硫酸盐侵蚀劣化进程，并得出弯曲荷载能够加速再生混凝土在硫酸盐侵蚀和干湿循环下的劣化这一结论。李嘉诚等［9］研究了两种再生粗骨料取代率，3种粉煤灰掺量对再生混凝土抗压强度和抗冻性能的影响，并进行了试验分析。李福海等［10］基于组合权重-可拓学理论，建立了混凝土再生粗骨料质量评价模型，最后确定评价指标体系和分类等级界限。张卫东等［11］开展了透水再生混凝土孔隙率，立方体抗压强度及耐磨性能的试验。郝彤等［12］通过添加矿物掺合料，聚丙烯纤维对Ⅱ、Ⅲ类再生混凝土进行强化处理，综合考虑基本力学性能后，挑选最优组进行抗冻性试验研究。李萌等［13］通过收集3种不同来源的废弃混凝土制备出了3种再生粗骨料，并进行不同粗骨料取代率的再生混凝土试块变形性能试验，得到了不同服役寿命和不同取代率下的弹性模量和峰值应变。王继娜等［14］为了改善再生骨料混凝土的性能，研究了原生混凝土强度对再生混凝土力学性能及界面区微结构的影响，并对比分析了相同强度等级和水灰比情况下普通混凝土和再生混凝土的力学性能和界面区微观形貌。黄一杰等［15］以再生粗骨料取代率和海砂氯离子含量为试验参数，完成了海砂再生混凝土轴压性能试验，分析了再生粗骨料取代率、海砂氯离子含量对试件破坏特征和受力变形性能的影响。王永贵等［16］为提高再生混凝土的力学性能，以玄武岩纤维和纳米氧化硅为增强材料对再生混凝土进行改良。通过试验研究了两种增强材料的掺量对再生混凝土立方体抗压强度的影响。

上述学者结合绿色建筑的概念，通过设计不同的再生混凝土配合比，得到了再生混凝土的性能指标变化情况，并进一步分析强度性能的演变规律。本文结合上述研究方法，对再生混凝土的进行配合比设计及性能进行测试。

1 材料与方法

1.1 材料

试验采用辽宁建工通达路桥养护材料有限公司生产的P.O.42.5水泥来配制C40混凝土，其配合比如下：水168 kg／m3，水泥432 kg／m3，细骨料558 kg／m3，粗骨料1 242 kg／m3，粉煤灰108 kg／m3，减水剂10 kg／m3。江苏千秋高空工程有限公司提供废弃混凝土材料。将废弃混凝土试块以一定量的取代率（0、10%、20%和30%）填充至混凝土中，通过不同取代率设计出了4组20个抗渗试件，且满足《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的要求。试件为上表面直径1 750 mm、下表面直径160 mm、高度120 mm的圆台。

1.2 方法

采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》建议的渗水高度法，并用该方法表征混凝土的抗渗性能。试验采用沧州奥科仪器设备有限公司生产的抗渗仪，利用压力机将试块压入模型中，为防止模具被压坏，压力恒定在10 kN左右。试验停止后，将试块取出放入由高密三江机械制造有限公司生产的压力机中进行试验，得到再生混凝土的抗压强度和抗折强度的变化规律。

2 结果与讨论

2.1 渗水情况

从图1可以看出，当废弃混凝土的取代率为0%，即复合材料均为标准混凝土时，试块在10 h后出现渗水；当废弃混凝土的取代率为10%时，试块在8.8 h后出现渗水；取代率为20%时，试块在7.2 h后出现渗水；取代率为30%时，试块在5.3 h后出现渗水。可见随着废弃混凝土替代率的逐渐增加，抗渗水性迅速下降。

图1 取代率与渗水时间的关系

2.2 渗水高度

从图2可以看出，当废弃混凝土的取代率为0%，即复合材料均为标准混凝土时，试块的渗水高度为10.3 cm；当废弃混凝土的取代率为10%，试块的渗水高度为11.5 cm；取代率为20%，试块的渗水高度为12.9 cm；取代率为30%，试块的渗水高度为14.1 cm。

2.3 抗压强度

图2 取代率与渗水高度的关系

图3 取代率与抗压强度的关系

从图3可以得知，当废弃混凝土试块的取代率为0%时，第1 d的抗压强度为28.6 MPa，第7 d的抗压强度为34.6 MPa，第14 d的抗压强度为38.7 MPa，第28 d的抗压强度为40.8 MPa；当废弃混凝土试块的取代率为10%时，第1 d的抗压强度为29.3 MPa，第7d的抗压强度为35.1 MPa，第14 d的抗压强度为39.5 MPa，第28 d的抗压强度为42.1 MPa；当废弃混凝土试块的取代率为20%时，第1 d的抗压强度为31.1 MPa，第7 d的抗压强度为37.3 MPa，第14 d的抗压强度为41.6 MPa，第28 d的抗压强度为44.3 MPa；当废弃混凝土试块的取代率为30%时，第1 d的抗压强度为37.5 MPa，第7 d的抗压强度为33.6 MPa，第14 d的抗压强度为37.2 MPa，第28 d的抗压强度为39.8 MPa。

可见，当废弃混凝土的取代率从0%增加到20%时，复合混凝土材料的抗压强度也逐渐增大；但当取代率超过20%时，复合混凝土材料的抗压强度逐渐降低，这一性能的变化也能通过渗水高度和渗水时间予以验证。

2.4 抗折强度

从图4可以得知，当废弃混凝土试块的取代率为0%时，第1 d的抗折强度为3.1 MPa，第7 d的抗折强度为4.1 MPa，第14 d的抗折强度为4.7 MPa，第28 d的抗折强度为5.1 MPa；当废弃混凝土试块的取代率为10%时，第1 d的抗折强度为3.2 MPa，第7 d的抗折强度为4.3 MPa，第14 d的抗折强度为4.9 MPa，第28 d的抗折强度为5.3 MPa；当废弃混凝土试块的取代率为20%时，第1 d的抗折强度为3.4 MPa，第7 d的抗折强度为4.4 MPa，第14 d的抗折强度为5.0 MPa，第28 d的抗折强度为5.4 MPa；当废弃混凝土试块的取代率为30%时，第1 d的抗折强度为2.8 MPa，第7 d的抗折强度为3.9 MPa，第14 d的抗折强度为4.5 MPa，第28 d的抗折强度为4.9 MPa。