再生粗细骨料双掺对混凝土耐久性能的影响研究

史文洁 张晓华 杨童鑫 马波蕊

（宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏 银川 750021）

0 引言

目前随着我国城市化进程加快、新旧建筑更迭，旧建筑的拆除和新建筑的建设过程中必然会产生大量建筑垃圾，加重环境负担[1-2]。在建筑垃圾处理方面，相较于传统填埋的处理方式，建筑垃圾中混凝土、砌块部分经资源化处理完全可做再生骨料再次利用，成为处理建筑垃圾更好的一种方式。

与天然粗骨料相对比，再生粗骨料往往表面包裹着砂浆，表面积大于天然骨料，其性能相较于天然骨料有密度较小、吸水性较高、强度较低等特点，而再生细骨料相较天然细骨料有裂缝多、水泥浆体含量大等特点，这些再生骨料多用于对性能要求较低的基础设施。近些年随着学者们对再生粗、细骨料力学性能和耐久性能的进一步研究，通过调整配合比、改变减水剂掺量、加入其他外加剂、掺入微量新型材料、调整再生骨料取代率等方法改善再生骨料混凝土性能，使得再生骨料混凝土的应用更加广泛。到目前为止关于再生骨料的研究大多集中于单掺再生细骨料或单掺再生粗骨料，对于再生粗细骨料双掺后再生混凝土性能方面的研究还较少。基于此，本文选择再生细骨料掺量一定（10%），改变粗骨料掺量（0~70%），分析再生粗细骨料双掺对混凝土各项性能的影响，旨在找出粗细骨料双掺适宜掺量，使其能同时满足固废利用及混凝土耐久性能要求，为建筑垃圾资源化应用提供基础试验数据。

1 试验概况

本试验是在前期基础力学性能试验基础上进行的，所用再生骨料全部为采用前期加热研磨法制成的再生骨料。

1.1 试验材料

（1）水泥：宁夏赛马水泥厂生产的P·O42.5 级水泥，三氧化硫（SO3）含量2.02%，氧化镁（MgO）含量4.25%，水泥细度1.6%，烧失量4.25%；

（2）粉煤灰：河北盛运厂生产的粉煤灰，密度2.45kg/m3；

（3）天然粗骨料：粒径为4.75~25mm 的连续级配天然粗骨料；

（4）天然细骨料：粒径为4.75mm以下的天然河砂；

（5）再生粗骨料：将再生骨料清洗后加热，采用滚筒卧式研磨机研磨后筛分出粒径为4.75~19.00mm 的再生粗骨料，其压碎指标为21.67%；

（6）再生细骨料：筛分后再生骨料通过吸尘设备经吸尘处理过后筛分出粒径为0.15~4.75mm 的再生细骨料，压碎指标为15.00%。

1.2 配合比设计

本试验混凝土配合比如表1 所示，水灰比为0.31，骨料最大粒径为25mm，为了分析再生细骨料一定的条件下不同再生粗骨料掺量对再生骨料混凝土耐久性能的影响规律，试验选取再生细骨料取代率恒定为10%，对照组（再生粗骨料取代率0%）和试验组（再生粗骨料取代率分别为10%、15%、20%、30%、40%、45%、50%、60%、70%）分别进行对比研究。

1.3 试验方法

按照《自密实混凝土应用技术规程》（JGJ/T 283-2012）[18]和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082-2009）进行试验，分别测试了再生骨料混凝土标准养护后14d、28d、60d 的收缩率、碳化深度、氯离子迁移系数、抗硫酸盐侵蚀能力。

2 试验结果分析

2.1 收缩率

再生骨料混凝土的收缩率是评估再生骨料混凝土耐久性的一项重要指标，较大的收缩率会引起混凝土开裂。试验选取10组（每组每期3个试块）细骨料取代率恒定，粗骨料取代率不同的试块分别测其14d、28d和60d 的收缩率（见图1所示）进行数据分析。对比试验组和对照组的数据可以得出：再生混凝土的收缩率随再生粗骨料取代率增加而增大，这是由于再生粗骨料在破碎后存在较多微孔隙和微裂缝，使得再生混凝土的吸水率增大，随着混凝土凝结硬化过程水分蒸发导致其自身体积收缩也较明显。当再生粗骨料取代率为15%时，相比于对照组（再生粗骨料取代率0%）的混凝土14d收缩率增加了2×10-5，28d收缩率增加了4×10-5，60d收缩率增加了1×10-5，为试验组收缩率增加最小，最接近对照组，再生骨料混凝土不易开裂。

图1 不同再生粗骨料取代率的14d、28d、60d收缩率

2.2 碳化深度

试验测得10组（每组3块）不同再生粗骨料取代率混凝土90d龄期的碳化深度如图2所示。通过表2试验数据分析可知，当再生细骨料掺量为10%时，随着再生粗骨料掺入量的增加，再生混凝土碳化深度有所增大。这是由于再生粗骨料掺量增加使得混凝土孔隙率增大，密实度减小，空气中CO2更容易渗透到混凝土内部发生碳化反应。再生粗骨料取代率在0~40%时混凝土碳化深度随再生粗骨料取代率增加由1.5mm 增大到3.6mm,整体呈线性增长趋势；当再生粗骨料取代率为45%时碳化深度为3.2mm较之前稍有所降低，再生粗骨料取代率高于50%之后混凝土的碳化深度为3.6mm，逐渐趋于平稳。当再生粗骨料取代率为15%时碳化深度为1.8mm，碳化情况最接近于未添加再生粗骨料的对照组。

图2 不同再生粗骨料取代率的碳化深度

2.3 抗氯离子侵蚀

试验测出不同粗骨料取代率试块84d龄期的氯离子迁移系数如图3所示，对比对照组和试验组数据，再生混凝土的氯离子迁移系数随着再生粗骨料取代率的增大由未添加再生粗骨料时的5.13×10-12m2/s持续增大到再生粗骨料取代率70%时的8.93×10-12m2/s，氯离子迁移系数越大则抗氯离子侵蚀的能力也越弱。当再生粗骨料取代率达到45%时再生混凝土的氯离子迁移系数稍有下降，相比于对照组仍增加了2.19×10-12m2/s。对比整体数据可看出，当再生粗骨料取代率为10%和15%时氯离子迁移系数为5.91×10-12m2/s和5.92×10-12m2/s，略大于未掺入再生粗骨料的对照组，抗氯离子侵蚀能力较好。

图3 不同再生粗骨料取代率的氯离子迁移系数

2.4 抗硫酸盐侵蚀

试验选取了5%浓度的硫酸盐溶液作为试验条件，测得各试验组抗硫酸盐侵蚀能力，如图4所示。

图4 抗5%硫酸盐侵蚀能力

通过试验数据可以看出，只有再生粗骨料取代率为0%、10%、15%时抗硫酸盐侵蚀等级分别为KS95、KS90、KS93，满足试验设计抗硫酸盐等级KS90 的设计要求。对比这3组数据可知：当再生粗骨料取代率为0时，抗硫酸盐侵蚀等级最大为KS95，其次是再生粗骨料取代率为15%的试验组，抗硫酸盐等级达到KS93。综合考虑得出试验组中当再生粗骨料取代率为15%时抗硫酸盐侵蚀能力最好。

3 结束语

为提高建筑垃圾利用率，本次研究内容为再生粗细骨料双掺对再生混凝土耐久性能影响，试验选取再生细骨料取代率10%恒定，粗骨料取代率改变（0~70%），对再生骨料混凝土的收缩率、碳化深度、氯离子迁移系数、抗硫酸侵蚀能力进行了试验研究，得出以下几点结论：

（1）再生混凝土的收缩率随再生粗骨料取代率增大而增大，再生粗骨料取代率15%时与天然骨料最接近，收缩率整体较小，不会对再生混凝土收缩性产生较大影响。

（2）再生混凝土的碳化深度随再生粗骨料的掺入量增加先增加后逐渐趋于平稳。最适宜再生粗骨料取代率为15%，此时再生混凝土碳化深度最大为1.8mm，仅次于未掺入再生粗骨料的碳化深度1.4mm。

（3）再生骨料混凝土的抗氯离子侵蚀能力随再生粗骨料掺入量增加逐渐减弱。氯离子迁移系数由5.13×10-12m2/s逐渐增大为8.93×10-12m2/s。

（4）再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀只有在再生粗骨料取代率为0、10%、15%时满足抗硫酸盐等级设计要求，分别为KS95、KS90、KS93。

综合上述试验结果：再生细骨料取代率10%，再生粗骨料取代率为15%时为本次试验最佳耐久性能配比组。再生混凝土的具体性能指标：28d 抗压强度为59MPa，60d 收缩率为4.1×10-4，90d 龄期碳化深度1.8mm，氯离子迁移系数5.92×10-12m2/s，5%浓度抗硫酸盐侵蚀能力为KS93。