李如超,张晨曦,王爱勤

(1.中原工学院,郑州450007;2.河南省城乡建筑设计院有限公司,郑州450003)

建筑垃圾界面膜化及掺量对混凝土抗冻性的影响

李如超1,张晨曦2,王爱勤1

(1.中原工学院,郑州450007;2.河南省城乡建筑设计院有限公司,郑州450003)

研究了不同的垃圾砂掺量和处理方式对混凝土抗冻性的影响.试验结果表明,用经过处理的垃圾砂制作的混凝土试块在抗冻性方面有提高,动弹模量可以提高10%以上,而质量损失明显减小.

建筑垃圾;界面膜化;抗冻性

近年来,世界建筑业进入高速发展阶段,混凝土作为最大宗的人造材料对自然资源的占用及对环境造成的负面影响也引发了可持续发展问题的讨论.世界每年拆除的废旧混凝土、新建建筑产生的废弃混凝土以及混凝土工厂、预制构件厂排放的废弃混凝土的数量是巨大的.我国每年拆除建筑垃圾4 000万t[1],新建房屋产生建筑垃圾4 000万t[2],今后建筑垃圾的产生量还会增多.如此巨量的建筑垃圾除处理费用惊人外,还需要占用大量的空地存放,污染环境、浪费耕地,成为城市的一大公害,因此如何处理建筑垃圾的问题将更趋严峻[3].

在对建筑垃圾的利用中,用建筑垃圾制备的再生骨料相对天然骨料来说性质不稳定,且性能较差;为了更好地利用再生骨料,就必须对再生骨料的性质进行深入研究,本文主要研究其抗冻性能.

1 试验材料及试验仪器

1.1 试验原材料

(1)再生集料:原强度为C30的混凝土经破碎后粒径小于5 mm的再生集料(含有部分砖块);

(2)水泥:标号为425的普通硅酸盐水泥(其化学组成见表1);

(3)天然细集料:天然河砂,细度模数2.90连续级配;

(4)水:纯净水;

(5)天然粗集料:石子(粒径>10 mm);

(6)粉煤灰:取自某电厂的Ⅲ级粉煤灰(其化学组成见表1);

(7)建筑垃圾:取自某高校外被拆除建筑.

表1 水泥及粉煤灰的化学成分%

处理再生集料所用的膜的组成为:①水泥:42.5级普通硅酸盐水泥;②粉煤灰;③水:纯净水;④高效减水剂;⑤二水石膏;⑥胶粉;⑦纤维素醚.各成分配比如表2所示.

表2 膜的组成配比%

混凝土的配合比往往直接地影响到混凝土的力学性能.为了保证再生混凝土浇注时的工作流动性和养护成型后的强度,此次再生混凝土试验设计的配合比为水泥:水:集料=1:0.4:3.0,其中集料为再生集料和天然砂的总和.根据取代率的不同,将试样分为6组,如表3所示.

表3 抗冻试块配合比计算g

1.2 试验仪器

试验仪器有JJ-5行星式水泥胶砂搅拌机、ZS-15型水泥胶砂振实台、YH-40B型标准恒温恒湿养护箱、101-A电热鼓风干燥箱、M P12001电子天平、100 mm×100 mm×400 mm的钢质试模、D T-W 18型动弹系数模量测试仪、NJW-HDK-9型微机全自动砼快速冻融试验机.

2 试验方案

试验参照规范进行,将部分再生集料浸泡在试验要求浓度的溶液中,1 d后取出并晾干.混凝土用机械搅拌,成型的抗冻试块尺寸为100 mm×100 mm×400 mm,成型后经振实台振实,24 h后拆模.将试块放在标准养护室(温度(20±3)℃,相对湿度90%以上)养护到24 d时取出,再在水中浸泡4 d,使之达到饱水状态,将试块表面擦干,放入冻融试验机内,进行冻融试验.测试其25、50、75、100次冻融循环的相对动弹模和失重,直至试块冻融破坏,即失重达到5%以上,或者动弹模下降到60%以下.

3 试验结果及分析

3.1 试验结果

表4所示为将处理或未处理的再生集料与天然砂按不同比例混合制备的混凝土,其相对动弹模量随冻融循环次数变化的测试结果.

表5所示为将处理或未处理的再生集料与天然砂按不同比例混合制备的混凝土,其质量损失率随冻融循环次数变化的测试结果.

从上述试验结果中,我们可以发现:

(1)对比D1与A 1两组可知,用处理过的再生骨料配制的混凝土,比没有处理的再生骨料混凝土,试块的动弹模量损失小,尤其当冻融循环次数增加到75次、100次时,其动弹模量约增加12.5%～14%.

表4 不同冻融循环次数下不同配比试块的相对动弹模量%

表5 不同冻融循环次数下不同配比试块的质量损失率%

(2)A 1、C1、D1、F1四组的动弹模量损失较迅速,且损失率较大;而B1和 E1两组的动弹模量损失较小,直到100个冻融循环完成时其动弹模量损失仍未达到初始值的60%以下.这说明当再生骨料与天然骨料混合时,有利于提高混凝土的抗冻性能.

(3)掺有不同量再生骨料的混凝土在冻融循环的初期,其质量都呈现出上升趋势,而到了后期,其破坏速度与初期的质量增加率成正比.

3.2 结果分析

(1)再生混凝土由于再生骨料在破碎过程中形成了许多微裂缝,这使再生混凝土在硬化过程中形成的毛细孔通道会多于普通混凝土.在冻融试验中,由于曲率半径减小,冰点降低,随着温度的下降,首先是混凝土较大孔隙中的水开始冻结,随后是较小孔隙中的水冻结.虽然再生混凝土的孔隙率大于普通混凝土,但由于微孔增加,这能在一定程度上缓解水的冻胀力,因此,相对于纯天然砂配制的混凝土C1和F1两组试块来说,用再生骨料生产的混凝土抗冻性能提高[4].

(2)关于B1和E1两组试块动弹模量下降较小的原因,本试验认为这是级配因素所致.在B1和 E1两组试块中,级配良好,虽然再生骨料本身有孔隙率大、吸水率大、裂缝较多、泥土含量较多等特点,在一定程度上影响了其自振频率和质量损失率,但是良好的级配使得再生混凝土的密实度大大提高,从而抵消了以上诸因素带来的不利影响.

(3)关于A 1和D1两组试块指标跳跃幅度较大的原因,本试验认为,在这两组试块中,由于再生骨料的掺量远大于其他几组,而再生骨料本身的裂缝较多,造成吸水率较大,那么在同样的水灰比的情况下,非毛细管中的有效水就相对减少了,故而造成水泥不能完全水化,于是降低了混凝土的动弹模量、质量损失率这2个指标.同时,由于再生骨料的掺量较大,造成再生混凝土中的绝对空隙增加;又由于在冻胀过程中试块处于浸水状态,当裂缝因冻胀更加开展时,新的水分会进入到原有的裂缝中,这种现象越是到后期越严重.这也就是为什么到了后期这2项指标的变化幅度明显增大的原因.

(4)关于前一条所述的到了后期2项指标的变化幅度明显增大的原因,可能还有空气泡的保护作用.再生骨料混凝土中的再生骨料四周包裹有原声砂浆,这些砂浆中含有大量的气泡,这些气泡中不易进水,因此发生冻胀的可能性并不大,因而这些气泡能够保持一定的伸缩性,这对于抗冻是有利的.但是到了后期,外界的水分进一步进入到裂缝中,使得裂缝进一步开展,这样就很有可能使得原来封闭的气泡撕裂而与外界连通,而一旦这些气泡与外界连通,则它的保护作用就消失了,因而到了后期试块有破坏加速的倾向.

(5)由于再生骨料孔隙多、吸水率大,以及引入大量气泡的原因,随着冻融次数的增加,质量损失率一直保持负值,当试块接近冻融破坏的时候,质量损失率才开始转变为正值,这表明混凝土表面已发生了明显的剥蚀.

(6)在冻融循环次数较少时,普通混凝土和再生骨料混凝土试块的质量均呈增加趋势,75次以后混凝土试块质量才开始减少,而且到后来下降的速度很快.这可能是由于再生骨料孔隙率大且具有初始的损伤,吸水率较高,再经历过多次的冻融循环,就会形成内部通道,水分由通道进入混凝土内部,使再生混凝土的质量增加.一定时间以后,再生混凝土吸水达到饱和,此后再经一定的冻融循环次数,混凝土表层才开始剥落,试块质量开始减少.

(7)对再生骨料进行膜化处理,有利于抗冻性能的提高.当再生骨料与天然骨料合理配比时,抗冻性能提高更为明显.

4 结 语

混凝土在长期的冻融下,非常容易遭到破坏,致使构件表面产生剥落,从而大大影响了混凝土结构正常的使用功能.混凝土的冻融破坏是一个极其复杂的过程,而且受许多因素的影响.随着相关理论和试验技术的发展,我们应更加深入、多角度地研究混凝土的冻融破坏机理.对此,我们应该严格控制混凝土的配合比、拌制质量、施工工艺方法并加入一些新型材料,以提高混凝土的抗冻性能.

[1]李佳彬,肖建庄,孙振平.再生粗骨料特性及其对再生混凝土性能的影响[J].建筑材料学报,2004,7(4):390-395.

[2]江俊松,王泽云.浅析混凝土冻融破坏机理及提高混凝土抗冻性能的对策[J].四川建材,2008(5):6-7.

[3]陈爱玖,王静,章青.再生粗估聊混凝土抗冻耐久性试验研究[J].新型建筑料,2008(12):1-2.

[4]王立久,汪振双,崔正龙.再生混凝土抗冻耐久性试验及寿命预测[J].混凝土与水泥制品,2009(4):6-8.

Effect of Interfacial Membranization and Content of Conctruction Waste on Frost Resistance

L IRu-chao1,ZHANG Chen-xi2,WANG Ai-qin1
(1.Zhongyuan U niversity of Technology,Zhengzhou 450007;2.U rban&Rural Construction and Designing Institute of Henan Province Co.,L td,Zhengzhou 450003,China)

This paper’smain pourpose is to study the effect of different substitution rate and handling way on the frost resistance of recycled concrete.According to the experiment,the concrete made with the membernized construction waste hasa rise in frost resistance,and it hasa riseof 4%atmost in dynamic elasticmodulusand it hasa evidence decrease in mass.

construction waste;interfacialmembranization;frost resistance

TU 528

A

10.3969/j.issn.1671-6906.2011.03.009

1671-6906(2011)03-0038-03

2011-05-07

河南省政府决策招标课题(B573);河南省教育厅自然科学研究计划项目(2010B560020)

李如超(1989-),男,河南台前人,本科生;指导教师:王爱勤(1958-),女,河北秦皇岛人,教授,博士.