再生骨料混凝土凍融循環試驗研究
發布時間：2010-01-14 共1頁
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摘要：在實驗室用C20 普通混凝土, 經28d 后用破碎機將其破碎、篩選調配制成再生粗骨料與細骨料, 以此再生骨料100 %替代天然碎石和砂子制備再出生混凝土, 探討了再生混凝土的耐久性能－抵抗凍融循環的能力。 耐久性試驗用混凝土水灰比分別為0.45、0.65。 結果表明, 100 %再生混凝土 (簡稱RR 混凝土) 試件的凍融循環抵抗性與粗, 細骨料置換率為0%的普通混凝土(簡稱NN 混凝土) 試件相比, 相對動彈性系數和耐久性指數分別降低6%和9%, 但都能滿足評價凍融循環抵抗性的最低指標。
關鍵詞：再生混凝土，耐久性系數，凍融循環
混凝土廢棄物一般多由于混凝土路面, 橋梁以及建筑物的改建, 解體拆除時產生。據專家估計, 我國每年都要產生(3000～4000) 萬t 廢棄混凝土[1]。 隨著國民經濟的日益發展, 廢棄混凝土的處理已經成了很的負擔。
填埋廢棄混凝土, 只是一種低級處理辦法, 而使它成為循環可利用再生資源, 則有利于資源, 能源的節約。 因此, 再生混凝土技術的有效利用, 不久的將來會有很的發展空間[2]。
本文將作為有效利用再生混凝土的一個環節, 對再生混凝土的耐久性之一即凍融循環抵抗性能做了基礎性試驗研究, 探討再生混凝土實際應用的可能性。
1. 試驗原材料
1.1 再生粗骨料與細骨料
再生粗骨料與細骨料是在實驗室打澆普通C20 混凝土 (抗壓強度31.4 MPa) 為基準混凝土, 經1 個月在空氣中散水濕潤養護后, 用中小型撞擊式破碎機破碎, 再經5 mm 篩進行篩分后所得。5mm 以上的骨料經水沖洗曬干后當作再生粗骨料使用, 5mm 以下當做再生細骨料使用。表1 為基準混凝土的配合比, 圖1 為經破碎篩分后所得的再生骨料的照片。
經篩分得出各個粒徑不同的再生粗骨料與細骨料之后, 再生粗骨料根據日本再生骨料暫定性能基準(案)所規定的再生骨料的顆粒級配以及有關規范進行調配, 圖2 為調配后的再生粗骨料與細骨料的級配曲線。
從調配好的再生粗骨料與細骨料中抽出試料，根據JIS 材料試驗有關規范測出其基本物理性質，及粗細骨料的表觀密度、吸水率、單位容積質量以及細度模數。 再生粗、細骨料以及天然骨料的基本材料性質如下表2。
1.2 再生混凝土
本試驗以100%再生粗骨料與細骨料來替代天然的石子和砂子，以水灰比0.45、0.65 為變動因素。 因再生混凝土（簡稱RR 混凝土）的配合比在規范上沒有明確的規定，所以，本試驗經多次試配，滿足混凝土和易性的基礎上最后確定了再生混凝土的配合比。表3 所示水灰比0.45、0.65 時再生混凝土以及對比用普通混凝土的配合比， 表4 所示水灰比0.45、0.65時各混凝土的力學性能。
水泥用日本水泥株式會社生產的早強波特蘭水泥，添加劑為高性能ＡＥ減水劑，多羧酸系化合物(Polycarboxylate compound) 標準形Ⅰ種，水為普通自來水。
采用強制式攪拌機攪拌混凝土，攪拌混凝土之前，因再生粗，細骨料吸水量，提前使其適量吸水，達到表干狀態，以免攪拌混凝土時因吸水過多而影響混凝土的水灰比以及和易性。 高性能ＡＥ減水劑加上水的質量算總用水量，攪拌時先倒入再生砂子和水泥, 攪拌30s，然后倒入水再攪拌60s，最后倒入再生碎石攪拌60s。 攪拌完的混凝土立即測出其坍落度與空氣量(按體積算出)，并觀察其保水性與粘聚性，在滿足整體和易性要求之后，灌入其模具內制成試件。
試件經24 h 拆模后在標準養護室內養護28 d, 試驗時最高溫度以及最低溫度嚴格控制在（5±2）℃以及 (－18±2)℃, 一次凍融循環時間控制在3 h～4 h。每達到25 次左右凍融循環之后, 測出其共鳴震動數以及質量，耐久性指數按照下列公式計算。
2. 試驗方法
本試驗是根據日本工業規格JIS A 1148 規定的凍結融解試驗A法[3] (水中凍結融解試驗方法) 在一定的溫度條件下即凍結溫度－18℃, 溶解溫度5℃, 經過一定次數的凍融循環之后,測定出試件撓度震動的一次共鳴震動數以及質量, 并算出其相對動彈性系數(Relative dynamic modulus of elasticity)、耐久性指數(durability factor)以及質量損失率。當試件的相對動彈性系數降低至60 %時, 即終止試驗, 試件的凍融循環次數原則上不低于300 次。
3. 試件的形狀,尺寸
試件為尺寸100 mm×100 mm×400 mm 的長方體, 詳細見圖3, 試件共制成12 組, 再生混凝土試件6 組, 對比用的普通混凝土試件6 組。
4. 試驗結果與分析
4.1 試驗結果
各系列混凝土試件300 次凍融循環之后的外觀照片見圖4, 耐久性系數以及質量減少率表示在圖5。
(1) 水灰比0.45 時
水灰比為0.45 時全再生RR 混凝土以及對比用的普通NN 混凝土試件在300 次凍融循環之后相對動彈性系數保持在90 %以上，耐久性指數經300 次凍融循環之后，也分別保持在93.7 %和99.6 %. 遠遠超過了凍融循環抵抗性指標60 %。
全再生RR混凝土以及對比用普通NN混凝土試件的質量減少率幾乎在0.5 %和1 %左右。
(2) 水灰比0.65 時
水灰比0.65 時全再生RR 混凝土以及對比用的普通NN 混凝土試件在300 次凍融循環之后相對動彈性系數依然保持在70 %以上, 耐久性指數在300 次凍融循環之后, 分別保持在75.9 %和83.4 %, 也超過了凍融循環抵抗性指標60 %。
全再生RR 混凝土以及對比用普通NN 混凝土試件的質量減少率分別在7%和5%左右。
4.2 分析
(1) 因全再生混凝土與對比用的普通混凝土當中添加了高性能ＡＥ減水劑，不但減少了水的用量，而且適當的引氣，并連接混凝土中相對獨立的微小氣泡，當混凝土招受凍結時，能有效地緩解由自由水凍結而引起的較的膨脹壓力，進而提高了混凝土的抗凍融循環的能力。
(2) 隨著水灰比的增加, 全再生混凝土與對比用普通混凝土抗凍融循環的耐久性系數有所降低，這是因為隨著水灰比增加，混凝土中水泥石的滲透系數將增，密實度降低，當試件在水中招受凍融循環時，影響了混凝土中內部孔隙可能為水的飽和程度，水泥石滲透系數越，混凝土內部孔隙可能為水的飽和程度越高，混凝土試件受到凍結時，其膨脹壓力越，試件受損更嚴重。
(3) 在相同水灰比的情況下, 全再生混凝土的耐久性系數比對比用的普通混凝土有所降低, 這是因為全再生混凝土粗細骨料的吸水量, 當混凝土構件受凍結時, 其骨料自身的凍脹影響了整個再生混凝土試件抵抗凍融循環的能力。
5. 結論
(1) 水灰比0.45、0.65 為變動因素, 經過300 次凍融循環之后, 全再生RR 混凝土以及對比用的NN 混凝土的耐久性系數都達到了評價凍融循環抵抗性指標60 % 以上。
(2) 隨著水灰比增, 各試件的耐久性系數有所降低, 質量減少率有所增，300 次凍融循環之后的試件表面層水泥砂漿剝落程度越嚴重, 這是由于隨著水灰比增, 混凝土內部組織致密性越差, 透水性越高, 凍結水量越多, 混凝土受凍時膨脹水壓越的緣故。
(3) 在相同水灰比的情況下, 全再生RR 混凝土比普通NN 混凝土耐久性指數差，這是由于全再生混凝土中粗細骨料的吸水率, 導致混凝土受凍時粗細骨料發生相對較的凍脹，從而影響整個混凝土試件抵抗凍融循環能力的緣故。
(4) 考慮到再生混凝土在耐久性方面穩定性要求, 制備再生混凝土時, 單位用水量盡可能降低，最好保持在180 kg.m―3 以下，混凝土要適當引氣，空氣量應保持在3%～6%之間，水灰比也不宜過高，不宜超過0.60。
摘要：在實驗室用C20 普通混凝土, 經28d 后用破碎機將其破碎、篩選調配制成再生粗骨料與細骨料, 以此再生骨料100 %替代天然碎石和砂子制備再出生混凝土, 探討了再生混凝土的耐久性能－抵抗凍融循環的能力。 耐久性試驗用混凝土水灰比分別為0.45、0.65。 結果表明, 100 %再生混凝土 (簡稱RR 混凝土) 試件的凍融循環抵抗性與粗, 細骨料置換率為0%的普通混凝土(簡稱NN 混凝土) 試件相比, 相對動彈性系數和耐久性指數分別降低6%和9%, 但都能滿足評價凍融循環抵抗性的最低指標。
關鍵詞：再生混凝土，耐久性系數，凍融循環
混凝土廢棄物一般多由于混凝土路面, 橋梁以及建筑物的改建, 解體拆除時產生。據專家估計, 我國每年都要產生(3000～4000) 萬t 廢棄混凝土[1]。 隨著國民經濟的日益發展, 廢棄混凝土的處理已經成了很的負擔。
填埋廢棄混凝土, 只是一種低級處理辦法, 而使它成為循環可利用再生資源, 則有利于資源, 能源的節約。 因此, 再生混凝土技術的有效利用, 不久的將來會有很的發展空間[2]。
本文將作為有效利用再生混凝土的一個環節, 對再生混凝土的耐久性之一即凍融循環抵抗性能做了基礎性試驗研究, 探討再生混凝土實際應用的可能性。
1. 試驗原材料
1.1 再生粗骨料與細骨料
再生粗骨料與細骨料是在實驗室打澆普通C20 混凝土 (抗壓強度31.4 MPa) 為基準混凝土, 經1 個月在空氣中散水濕潤養護后, 用中小型撞擊式破碎機破碎, 再經5 mm 篩進行篩分后所得。5mm 以上的骨料經水沖洗曬干后當作再生粗骨料使用, 5mm 以下當做再生細骨料使用。表1 為基準混凝土的配合比, 圖1 為經破碎篩分后所得的再生骨料的照片。
經篩分得出各個粒徑不同的再生粗骨料與細骨料之后, 再生粗骨料根據日本再生骨料暫定性能基準(案)所規定的再生骨料的顆粒級配以及有關規范進行調配, 圖2 為調配后的再生粗骨料與細骨料的級配曲線。
從調配好的再生粗骨料與細骨料中抽出試料，根據JIS 材料試驗有關規范測出其基本物理性質，及粗細骨料的表觀密度、吸水率、單位容積質量以及細度模數。 再生粗、細骨料以及天然骨料的基本材料性質如下表2。
1.2 再生混凝土
本試驗以100%再生粗骨料與細骨料來替代天然的石子和砂子，以水灰比0.45、0.65 為變動因素。 因再生混凝土（簡稱RR 混凝土）的配合比在規范上沒有明確的規定，所以，本試驗經多次試配，滿足混凝土和易性的基礎上最后確定了再生混凝土的配合比。表3 所示水灰比0.45、0.65 時再生混凝土以及對比用普通混凝土的配合比， 表4 所示水灰比0.45、0.65時各混凝土的力學性能。
水泥用日本水泥株式會社生產的早強波特蘭水泥，添加劑為高性能ＡＥ減水劑，多羧酸系化合物(Polycarboxylate compound) 標準形Ⅰ種，水為普通自來水。
采用強制式攪拌機攪拌混凝土，攪拌混凝土之前，因再生粗，細骨料吸水量，提前使其適量吸水，達到表干狀態，以免攪拌混凝土時因吸水過多而影響混凝土的水灰比以及和易性。 高性能ＡＥ減水劑加上水的質量算總用水量，攪拌時先倒入再生砂子和水泥, 攪拌30s，然后倒入水再攪拌60s，最后倒入再生碎石攪拌60s。 攪拌完的混凝土立即測出其坍落度與空氣量(按體積算出)，并觀察其保水性與粘聚性，在滿足整體和易性要求之后，灌入其模具內制成試件。
試件經24 h 拆模后在標準養護室內養護28 d, 試驗時最高溫度以及最低溫度嚴格控制在（5±2）℃以及 (－18±2)℃, 一次凍融循環時間控制在3 h～4 h。每達到25 次左右凍融循環之后, 測出其共鳴震動數以及質量，耐久性指數按照下列公式計算。
2. 試驗方法
本試驗是根據日本工業規格JIS A 1148 規定的凍結融解試驗A法[3] (水中凍結融解試驗方法) 在一定的溫度條件下即凍結溫度－18℃, 溶解溫度5℃, 經過一定次數的凍融循環之后,測定出試件撓度震動的一次共鳴震動數以及質量, 并算出其相對動彈性系數(Relative dynamic modulus of elasticity)、耐久性指數(durability factor)以及質量損失率。當試件的相對動彈性系數降低至60 %時, 即終止試驗, 試件的凍融循環次數原則上不低于300 次。
3. 試件的形狀,尺寸
試件為尺寸100 mm×100 mm×400 mm 的長方體, 詳細見圖3, 試件共制成12 組, 再生混凝土試件6 組, 對比用的普通混凝土試件6 組。
4. 試驗結果與分析
4.1 試驗結果
各系列混凝土試件300 次凍融循環之后的外觀照片見圖4, 耐久性系數以及質量減少率表示在圖5。
(1) 水灰比0.45 時
水灰比為0.45 時全再生RR 混凝土以及對比用的普通NN 混凝土試件在300 次凍融循環之后相對動彈性系數保持在90 %以上，耐久性指數經300 次凍融循環之后，也分別保持在93.7 %和99.6 %. 遠遠超過了凍融循環抵抗性指標60 %。
全再生RR混凝土以及對比用普通NN混凝土試件的質量減少率幾乎在0.5 %和1 %左右。
(2) 水灰比0.65 時
水灰比0.65 時全再生RR 混凝土以及對比用的普通NN 混凝土試件在300 次凍融循環之后相對動彈性系數依然保持在70 %以上, 耐久性指數在300 次凍融循環之后, 分別保持在75.9 %和83.4 %, 也超過了凍融循環抵抗性指標60 %。
全再生RR 混凝土以及對比用普通NN 混凝土試件的質量減少率分別在7%和5%左右。
4.2 分析
(1) 因全再生混凝土與對比用的普通混凝土當中添加了高性能ＡＥ減水劑，不但減少了水的用量，而且適當的引氣，并連接混凝土中相對獨立的微小氣泡，當混凝土招受凍結時，能有效地緩解由自由水凍結而引起的較的膨脹壓力，進而提高了混凝土的抗凍融循環的能力。
(2) 隨著水灰比的增加, 全再生混凝土與對比用普通混凝土抗凍融循環的耐久性系數有所降低，這是因為隨著水灰比增加，混凝土中水泥石的滲透系數將增，密實度降低，當試件在水中招受凍融循環時，影響了混凝土中內部孔隙可能為水的飽和程度，水泥石滲透系數越，混凝土內部孔隙可能為水的飽和程度越高，混凝土試件受到凍結時，其膨脹壓力越，試件受損更嚴重。
(3) 在相同水灰比的情況下, 全再生混凝土的耐久性系數比對比用的普通混凝土有所降低, 這是因為全再生混凝土粗細骨料的吸水量, 當混凝土構件受凍結時, 其骨料自身的凍脹影響了整個再生混凝土試件抵抗凍融循環的能力。
5. 結論
(1) 水灰比0.45、0.65 為變動因素, 經過300 次凍融循環之后, 全再生RR 混凝土以及對比用的NN 混凝土的耐久性系數都達到了評價凍融循環抵抗性指標60 % 以上。
(2) 隨著水灰比增, 各試件的耐久性系數有所降低, 質量減少率有所增，300 次凍融循環之后的試件表面層水泥砂漿剝落程度越嚴重, 這是由于隨著水灰比增, 混凝土內部組織致密性越差, 透水性越高, 凍結水量越多, 混凝土受凍時膨脹水壓越的緣故。
(3) 在相同水灰比的情況下, 全再生RR 混凝土比普通NN 混凝土耐久性指數差，這是由于全再生混凝土中粗細骨料的吸水率, 導致混凝土受凍時粗細骨料發生相對較的凍脹，從而影響整個混凝土試件抵抗凍融循環能力的緣故。
(4) 考慮到再生混凝土在耐久性方面穩定性要求, 制備再生混凝土時, 單位用水量盡可能降低，最好保持在180 kg.m―3 以下，混凝土要適當引氣，空氣量應保持在3%～6%之間，水灰比也不宜過高，不宜超過0.60。
