活性掺合料对再生混凝土耐久性影响

活性掺合料对再生混凝土耐久性影响① 孙家瑛1 ,2 ,乔 　燕2 ,孙 　浩3 ,王培铭3 ,王志新2 (1. 上海市市政工程研究院 ,上海 200031 ;2. 上海大学 环境与化学工程学院 ,上海 200072 ; 3. 同济大学 ,上海 200092) 摘 　要 :由于再生集料本身具有一些天然缺陷 ,导致再生集料配制的混凝土综合性能较同级配普通混凝土差 ,而矿渣、粉煤 灰等活性掺合料可以改善混凝土的物理力学性能和耐久性能。本课题采用再生粗集料以不同比例取代天然集料的同时 , 用矿渣、粉煤灰等活性掺合料等量取代水泥 ,研究掺活性掺合料再生混凝土的力学性能和耐久性能。实验结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 ,随再 生集料用量增加 ,混凝土的物理力学性能和耐久性能有所下降 ,但掺加一定量的活性掺合料可以明显改善再生混凝土的耐 久性能。采用合适掺量的矿渣可以配制出坍落度为 180 mm ,28 d 强度达 50 MPa 以上 ,各种耐久性能指标均达到基准混凝 土技术指标的再生集料混凝土。 关键词 :再生集料 ;活性掺合料 ;力学性能 ;耐久性能 中图分类号 :TU528 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 :1672 - 7029 (2005) 05 - 0063 - 05 Influence of active admixture to durability of recycled concrete SUN Jia2ying1 ,2 ,QIAO Yan2 ,SUN Hao3 ,WANG Pei2ming3 ,WANG Zhi2xin2 (1. Shanghai Municipal Engineering Research Institute , Shanghai200031 , China ; 2. School of Environmental and Chemical Engineering ,Shanghai University , Shanghai 200072 , China ; 3. Tongji University , Shanghai 200092 , China) Abstract : Because of the vice of regenerated aggregate , the all - around performence of regenerated aggregate con2 crete is worse than ordinary concrete in the same mix proportion. However , the active admixture such as slag , fly ash and so on could improve the physical mechanics performance and durability of concrete. In this paper , the concrete was produced by regenerated aggregate instead of natural aggregate in different ratio , and the active admixture such as slag , fly ash and so on were in equivalent replacement of cement . It studied on the physical mechanics performance and durability of recycled concrete with active admixture. Experiment results showed that physical mechanics perfor2 mance and durability of concrete was decreased by the increase of regenerated aggregate , but the various ratio of active admixture could improve the durability obviously. The concrete with various ratio of slag could meet with the technique requirements of basic concrete , and the slump was 180 mm and the strength of 28 days was above 50 MPa. Key words : regenerated aggregate ; active admixture ; mechanics performance ; durability 　　再生集料混凝土简称再生混凝土 ,是指将废弃 混凝土块经过破碎、清洗、分级后 ,按一定的比例与 级配混合形成再生混凝土集料 ,部分或全部代替砂 石等天然集料 (主要是粗集料) 配制而成新的混凝 土[1 ] 。据资料显示 ,由于再生集料表面粗糙、棱角 较多 ,且集料表面包裹着相当数量的水泥砂浆 (水 第 2 卷 　第 5 期 2005 年 10 月 　　　　 　 　 铁道科学与工程学报 J OURNAL OF RAILWAY SCIENCE AND EN GINEERIN G 　 　 　　　　 Vol12 　No15 Oct. 2005 ① 收稿日期 :2005 - 07 - 15 作者简介 :孙家瑛 (1960 - ) ,男 ,上海人 ,上海市市政工程研究院高级工程师 ,博士 ,从事高性能混凝土研究 泥砂浆孔隙大、吸水率高) ,再加上混凝土块在解 体、破碎过程中由于损伤累积 ,内部存在大量微裂 缝 ,这些因素都使其吸水率和吸水速率增大 ,这对 配制混凝土是不利的 ,因此 ,拌制的再生混凝土的 工作性能、力学性能、耐久性能等综合性能也较 差[2 ,3 ] 。 而活性掺合料等量取代水泥不仅具有较好的 经济效益 ,而且还能显著改善、提高混凝土的抗腐 蚀能力和耐久性[4 ] 。本文采用再生粗集料以不同 比例取代部分天然集料的同时 ,用矿渣、钢渣和粉 煤灰等活性掺合料等量置换水泥 ,研究再生混凝土 的物理力学性能和耐久性能。 1 　试验原材料及试验方法 1. 1 　原材料 水泥 :海螺牌 P. O 42. 5 普通硅酸盐水泥。 活性掺合料 :磨细矿渣 (S) 来自于上海宝田新 型建材有限公司 ,比表面积为 400 m2/ kg ;钢渣 ( ss) 来自于宝钢 ,细度为 45μm 筛的筛余量 10 % ;粉煤 灰 (FA)来自于石洞口电厂 II 级粉煤灰。各种活性 掺合料的化学成分见表 1。 表 1 　活性掺合料的化学成分 (wt %) Table 1 Chemical component of active admixture (wt %) Material SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3 TiO MgO SO3 IL Slag 32. 3 39. 0 14. 3 0. 2 0. 5 7. 7 1. 0 1. 89 Steel Slag 14. 7 45. 0 3. 47 21. 0 1. 0 9. 0 0. 4 1. 65 Fly Ash 54. 1 2. 9 31. 9 3. 0 1. 2 0. 7 0. 5 3. 76 天然集料 :石灰石 ,粒径为 5～25 mm ;砂 ,细度 模数为 2. 6～2. 8。 超塑化剂 :聚羧酸盐高效减水剂 (WR) PH 为中 性 ,固含量 30 % ,密度为 1. 13 g/ cm3。 再生粗集料 (RCA) :废混凝土集料 ,为旧建筑 物上拆下来的废混凝土碎块。人工破碎筛分而成 , 粒径为 5～40 mm ,级配良好 ,其基本性能见表 2。 表 2 　再生粗集料的基本性能 Table 2 Basic ability of regenerated coarse aggregate 粒径 / mm 表观密度 / (g·cm - 3) 吸水率/ % 10 min 30 min 1 h 24 h 48 h 压碎值 / % 针片状 含量/ % 5～40 2. 53 3. 7 3. 9 4. 3 4. 8 4. 9 17. 6 6. 0 1. 2 　试验方法 抗压强度试验按照 GB/ T50081 - 2002《普通混 凝土力学性能试验方法》进行。试块均为 100 mm ×100 mm ×100 mm 的立方体 ,标准养护后分别测 试 7 ,28 d 抗压强度。 坍落度试验按照 GB/ T 50080 - 2002《普通混凝 土拌合物性能试验方法》进行。 碳化试验按照 GBJ82 - 85《普通混凝土长期性 能和耐久性实验方法》中快速碳化试验进行。采用 100 mm ×100 mm ×300 mm 长方体试件 ,标准养护 26 d ,在 60 ℃烘箱内 48 h 取出 ,除相对的长方形侧 面外 ,其余四面封蜡 ,并放入碳化箱 ,达到预定龄期 (3 ,7 ,14 ,28 d) 后取出试件 ,破型以测试其碳化深 度。 混凝土气渗试验按照 RILEM. TC. 116 —PCD 步 骤进行。每组 2 块 ,试块采用直径 150 mm ,高度为 50 mm 的圆柱体。养护时尽量减少试块与外界环 境的水分交换。养护在 20 ℃的室内进行。自然养 护 28 d 后 ,在 105 ±5 ℃的烘箱内烘干后取出 ,立即 将试块密封保存。采用氮气作为渗透气体 ,渗透压 力分别为 1. 5 ,2. 0 ,3. 0 bar (绝对压力) 。计算各压 力下的 K,取平均值即得各配比混凝土的渗透系数 K。 实验用基本配合比为水泥 450 kg/ m3 ,砂 743 kg/ m3 ,碎石 1 027 kg/ m3 ,水 180 kg/ m3 ,减水剂1. 8 kg/ m3。 2 　结果与讨论 2. 1 　再生混凝土工作性能 再生混凝土坍落度试验结果见图 1。由图 1 可见 ,随着再生粗集料掺量的增加 ,再生混凝土的 坍落度呈明显下降趋势 ,这是由于再生集料表面粗 糙、孔隙多、吸水率大 ,在混凝土拌制过程中 ,再生 集料要吸收部分水分 ,使实际拌合水减少 ,故再生 混凝土流动性差、坍落度变小。当采用矿渣取代水 泥后 ,再生混凝土的坍落度得到较好的改善 ,可以 看出在再生粗集料取代率相同时 ,再生混凝土的坍 落度随着矿渣掺量的增加 ,有一定程度的提高。如 再生粗集料取代率为 40 %时 ,未掺矿渣的混凝土 坍落度为 160 mm ,矿渣掺量为 40 %的混凝土坍落 度为 185 mm ,提高幅度达 17 %。 46 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 　　　　　　　　　　　　　　　2005 年 10 月 图 1 　矿渣再生混凝土的坍落度 Fig. 1 Slump of slag recycled concrete 2. 2 　再生混凝土强度 采用再生粗集料取代天然粗集料的矿渣再生 混凝土试样 ,其标准养护 7 d ,28 d 后的抗压强度测 试结果见图 2、图 3。 图 2 　矿渣再生混凝土的抗压强度 (7 d) Fig. 2 Pressure strength of slag recycled concrete (7 days) 图 3 　矿渣再生混凝土的抗压强度 (28 d) Fig. 3 Pressure strength of slag recycled concrete (28 days) 实验结果表明 ,再生集料取代一定量天然集 料 ,混凝土强度有一定程度的提高 ;随着再生集料 取代天然集料比例的提高 ,再生混凝土强度有下降 趋势 ,但下降幅度较小 ,并且当取代量为 20 %和 60 %时 ,强度非但没有下降 ,而有一定程度的提高。 原因主要在于再生集料表面粗糙 ,棱角较多 ,有较 好的粘结面和较高的界面粘结强度 ;同时 ,再生集 料吸水率大 ,使混凝土的真实水灰比下降 ,从而使 再生混凝土强度有一定程度提高。此外 ,掺加矿渣 后 ,混凝土的 7 d 抗压强度明显降低 ,这是由于矿 渣的活性较低 ,水化速度慢 ,于是随着水泥量的减 少 ,矿渣再生混凝土早期强度明显降低。但是随着 养护龄期的增长 ,水泥水化产生的 Ca (OH) 2 不断 与矿渣发生火山灰反应。一方面促进了水泥的进 一步水化 ,增加了 C - S - H 凝胶的含量 ,另一方面 减少了界面过渡区 Ca (OH) 2 晶体的量[5 ] 。因而使 得混凝土结构更加密实 ,矿渣再生混凝土 28 d 抗 压强度增长迅速 ,与未加矿渣的再生混凝土 28 d 抗压强度差距减小 ,当再生集料取代率为 80 % ,矿 渣掺量为 40 %时 ,矿渣再生混凝土 28 d 抗压强度 甚至超过了未加矿渣的再生混凝土 28 d 抗压强 度 ,达到了 57. 5 MPa。 2. 3 　再生混凝土的气渗性能 有害气体或液体渗入混凝土内部后 ,将与混凝 土组分发生一系列的物理化学和力学作用 ,导致混 凝土破坏 ,因此 ,抗气体渗透性能是提高和保证混 凝土耐久性首先要控制的主要性能[6～7 ] 。 2. 3. 1 　再生粗集料对混凝土气渗性能影响 气渗试验结果见图 4。试验结果表明 ,随着再 生集料掺量的增加 ,再生混凝土的气渗系数急剧增 加 ,抗气渗性能越差。未加入掺合料时 ,再生粗集 料量为 0 %的再生混凝土的气渗系数为 10. 6 × 10 - 16 m2 ,而加入 60 %再生粗集料的再生混凝土的 气渗系数达到 20. 73 ×10 - 16 m2 ,气渗系数增加了 1 倍 ,抗气渗性大幅度下降。主要原因是与天然粗集 料相比 ,再生粗集料不仅表面粗糙、棱角较多 ,且集 料表面还包裹着相当数量的水泥砂浆 ,再加上混凝 土块在解体、破碎过程中由于损伤累积 ,内部存在 大量微裂纹 ,这样 ,再生混凝土孔隙率大 ,内部集料 —浆体界面结构更为复杂 ,界面数量更多 ,而混凝 土中水泥浆体与集料间的界面区是混凝土最薄弱 的一个环节 ,常常成为渗透途径 ,抗气渗性必然下 降。 2. 3. 2 　活性掺合料对再生混凝土的气渗性能影响 由图 4 可见 ,未加掺合料时 ,随着再生粗集料 掺量的增加 ,再生混凝土的抗气渗性急剧劣化。加 56第 5 期 　　　　　　　　　　　孙家瑛 ,等 :活性掺合料对再生混凝土耐久性影响 入掺合料后 ,随着再生粗集料掺量的增加 ,再生混 凝土的气渗系数增长缓慢。当再生粗集料掺量为 60 %时 ,加入 30 %矿渣后 ,再生混凝土的气渗系数 仅为 4. 04 ×10 - 16m2 ,远远低于未加掺合料的再生 混凝土气渗系数 ———20. 73 ×10 - 16m2。由此可见 , 加入活性掺合料可以改善再生混凝土的气渗性能。 这是因为活性矿物掺合料在水泥混凝土中具有微 晶核效应、火山灰效应和微集料效应 ,因此掺加一 定量活性矿物掺合料是改善再生混凝土界面结构 和提高再生混凝土性能的一种有效措施[8 ] 。 图 4 　再生粗集料对再生混凝土气渗性的影响 Fig. 4 Effect of regenerated coarse aggregate to gas permeability of recy2 cled concrete 2. 4 　再生混凝土的碳化性能 混凝土的碳化过程是气态 CO2 向混凝土内部 溶解扩散的过程 ,与气渗一样均是气体在混凝土中 的渗透过程 ,因此 ,气体渗透性对混凝土的碳化有 显著影响。所不同的是 ,气渗是纯粹的物理过程 , 碳化是水泥石中的水化产物与环境中的 CO2 相互 作用的一个复杂的物理化学过程。 2. 4. 1 　再生粗集料对再生混凝土的碳化性能影响 图 5 所示为未加掺合料时 ,再生粗集料掺量 r 对再生混凝土的碳化性能影响。 图 5 　再生粗集料对再生混凝土碳化性能的影响 Fig. 5 Effect of regenerated coarse aggregate to carbonate ability of recycled concrete 　　由试验数据可以看出 ,同气渗结果一样 ,随着 再生粗集料掺量的增加 ,再生混凝土在各个龄期内 的碳化深度均有不同程度的增大 ,再生混凝土的抗 碳化能力下降 ,原因是再生混凝土的孔隙率高 ,抗 渗性差。另外 ,再生混凝土的碳化速度随着碳化时 间的延长而逐渐减小 ,其碳化的发展规律同普通混 凝土一样。 2. 4. 2 　活性掺合料对再生混凝土的碳化性能影响 加入活性掺合料后 ,再生混凝土的碳化试验结 果见表 3。 表 3 　再生混凝土的碳化试验结果 Table 3 Carbannate experiment of recycled concrete 样品编号 再生集料掺 量/ % 活性掺合料 碳化深度 矿渣 钢渣 3 d 7 d 14 d 28 d Z2 40 - - 1. 4 2. 8 4. 3 4. 7 ZK32 40 30 - 0. 9 1. 8 2. 4 3. 0 ZG12 40 - 10 1. 0 2. 4 3. 4 3. 5 Z3 60 - - 1. 5 3. 1 5. 5 6. 0 ZK33 60 30 - 1. 5 2. 2 2. 7 3. 3 ZG13 60 - 10 1. 8 3. 4 3. 6 3. 9 由试验结果可见 ,当再生粗集料掺量为 40 % 和 60 %时 ,分别加入 30 %的矿渣和 10 %的钢渣后 , 再生混凝土在各个龄期内的碳化深度明显减小 ,表 明在再生混凝土中掺活性掺合料可以提高再生混 凝土的抗碳化能力。原因主要在于加入活性掺合 料后 ,混凝土更加密实 ,CO2 渗透能力下降 ,再生混 凝土的抗碳化能力得到提高。 3 　结　论 1) 应用矿渣和高强度再生粗集料 ,可以配制 出满足 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 技术 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ,坍落度为 180 mm ,28 d 抗压 强度达 50 MPa 的矿渣再生集料混凝土。 2) 由于再生集料孔隙率大 ,吸水率高 ,再生混 凝土的坍落度随再生集料的增加而降低 ,掺加活性 掺合料可有效改善再生混凝土的工作性能。 3) 再生粗集料掺量的增加 ,再生混凝土内部 集料 —浆体界面结构更为复杂 ,界面数量更多 ,因 此 ,再生混凝土的抗气渗性和抗碳化能力较普通混 凝土差。 4) 掺合料的微集料填充效应和火山灰效应可 以降低再生混凝土中硬化浆体孔隙率 ,改善再生混 凝土的孔隙特征 ,大幅度提高再生混凝土的抗气渗 性和抗碳化能力。 5) 矿渣对再生混凝土的气渗性能改善效果最 66 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 　　　　　　　　　　　　　　　2005 年 10 月 优 ,粉煤灰次之 ,钢渣最差 ,但气渗系数都明显低于 未加掺合料的再生混凝土的气渗系数。 参考文献 : [1 ] Topcu I B. 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