全再生骨料混凝土导热性能试验研究

2018-06-13郑建岚

福州大学学报（自然科学版） 2018年3期

游帆, 郑建岚

(1. 福州大学土木工程学院，福建福州 350116； 2. 福建江夏学院工程学院，福建福州 350108； 3. 福建省环保节能型高性能混凝土协同创新中心，福建福州 350108)

0 引言

由于再生骨料密度低、孔隙率高[1-3]，其导热系数较天然骨料低，因此将再生混凝土应用于自保温墙体砌块，能从自身材性上降低砌块的导热系数，使外墙的保温隔热性能提高，为再生骨料的实际工程应用提供一个新的方向. 朱丽华等[4]研究表明，孔隙状态和骨料特性仍是影响再生混凝土导热系数变化的主要原因. 肖建庄等[5-6]研究表明，再生混凝土导热系数随再生粗骨料取代率提高而降低， 100%再生粗骨料的再生混凝土导热系数约为普通混凝土的85%. 郑建岚等[7]研究表明，自保温再生混凝土空心砌块的热阻值比同强度普通混凝土的对应值增大41.9%. 陈春红等[8]通过试验研究及理论分析验证了采用再生骨料制备的再生混凝土砌块能够满足建筑节能 65%要求. 因此，掺入再生骨料可提高混凝土和混凝土砌块热工性能. 国内外学者主要是对掺入再生粗骨料的再生混凝土热工性能开展了相关研究，尚未考虑到再生细骨料的影响. 为了充分利用再生骨料，本文在100%再生粗骨料基础上，研究再生细骨料取代率、再生细骨料中粉体含量对再生混凝土导热性能的影响，并进一步研究玻化微珠对再生混凝土热工性能的作用.

1 试验方案

1.1 试验原材料

1.1.1 再生粗、细骨料

再生骨料来源于某公路路面改造工程产生的废弃混凝土，该废弃混凝土龄期23年，原强度为旧规范(TJ10—74)中200标号，相当于现行规范的C18混凝土. 废弃混凝土经破碎、筛分得到粒径5～10 mm的再生粗骨料，及粒径0.15～5 mm的再生细骨料. 再生粗、细骨料主要性能指标如表1所示. 再生细骨料中粒径小于0.15 mm的颗粒(简称粉体)质量含量约为7%.

表1 再生骨料主要性能指标

1.1.2 其他原材料

采用42.5级普通硅酸盐水泥， II级粉煤灰，表观密度ρ0为2 300 kg·m-3；天然砂；普通自来水；萘系高效减水剂. 玻化微珠(GHB)基本性能见表2.

表2 玻化微珠基本性能

1.2 配合比设计与试件制备

1.2.1 配合比设计

在100%再生粗骨料基础上，研究经筛分不含粉体的再生细骨料取代率(0%、 50%、 100%)对再生混凝土导热系数的影响. 配合比设计中进一步通过对再生细骨料筛分并反掺粉体的方法, 研究再生细骨料中粉体含量对再生混凝土导热性能的影响，再生细骨料粉体含量分别为0%、 3.5%、 7%. 同时通过在再生混凝土中掺入GHB，研究GHB掺量、再生细骨料粉体含量对再生混凝土热工性能影响， GHB掺量为混凝土总体积比60%、 80%、 100%、 120%. 再生混凝土的配合比见表3.

1.2.2 试件制备

根据热流法导热仪HFM436/3/1E对试件的要求，为得到较大的热阻和温度差，试件厚度取50 mm，尺寸为300 mm×300 mm×50 mm. 混凝土板成型试模采用精制钢模，拆模后对混凝土板成型面磨平，控制其表面不平行度满足文献[9]的要求，磨平后放入温度(20±2)℃、湿度95%标准养护室养护至28 d.

1.3 导热系数测试方法

采用德国耐驰公司生产的热流法导热仪HFM436/3/1E及其套件(一对精密热电偶和硅胶垫)，测试混凝土板的导热系数. 在测试混凝土板之前，将试件放入通风的烘箱烘干至恒重，并测量试件干燥前后的质量. HFM436/3/1E中热流覆盖区域为冷热板中央10 cm×10 cm范围，故测试之前先把辅助热电偶端头粘在混凝土板上下表面经标定的中心位置，并把硅胶垫通过胶带固定在混凝土板上下表面. 测试时，热板温度设为30 ℃，冷板温度设为20 ℃，试件平均温度设为25 ℃. 试验装置及混凝土试件见图1.

表3 再生混凝土配合比

注：NC代表普通混凝土；RCX1-X2-X3，RC代表再生粗骨料取代率为100%的再生混凝土，X1代表再生细骨料取代率，X2代表再生细骨料粉体反掺量，X3代表玻化微珠体积掺量

图1 导热系数试验装置及混凝土试件Fig.1 Experimental device for thermal conductivity and concrete specimen

2 主要试验结果

每个配合比制作三个试件，分别测得导热系数和烘干后密度，试验结果平均值见表4.

表4 再生混凝土试验结果

3 试验结果分析

3.1 再生细骨料取代率对导热系数的影响

再生细骨料取代率对再生混凝土导热系数、密度的影响见图2. 从表4和图2(a)可见，在再生粗骨料取代率100%的基础上，增加再生细骨料取代率，再生混凝土的导热系数随之降低. 再生细骨料取代率为50%、 100%的再生混凝土比取代率为0%的再生混凝土导热系数分别减小了9.7%、 13.0%.

这主要是由于：再生细骨料与天然砂相比其密度较小，因此再生细骨料取代率越高，再生混凝土密度越低. 从图2(b)可以看出，随着再生细骨料取代率的提高，再生混凝土密度(烘干后)逐渐减少. 再生细骨料取代率为50%、 100%的再生混凝土比取代率为0%的再生混凝土在烘干状态下密度分别减少了1.6%、 2.5%.

图2 再生细骨料取代率对再生混凝土导热系数和密度(烘干后)的影响

图3 混凝土的导热系数Fig.3 Thermal conductivity of concrete

再生混凝土和普通混凝土的导热系数对比情况见图3. 从表4和图3还可得到再生混凝土与普通混凝土导热系数的对比情况：与普通混凝土相比， 100%再生粗骨料的再生混凝土导热系数减少了12.2%， 100%再生粗骨料、 50%再生细骨料的再生混凝土导热系数减少了20.6%， 100%再生粗、细骨料的全再生骨料混凝土导热系数减小了23.6%.

3.2 再生细骨料中粉体含量对导热系数影响

再生细骨料粉体含量对再生混凝土导热系数、密度的影响见图4.

图4 再生细骨料粉体含量对再生混凝土导热系数和密度(烘干后)的影响

从表4和图4(a)可见，再生细骨料粉体含量为0%、 3.5%、 7%的再生混凝土导热系数相差较小，三者相差在4%以内；因此再生细骨料粉体含量在7%以内，对再生混凝土导热系数几乎无影响. 这主要是由于：再生细骨料中少量的粉体含量对再生混凝土密度影响很小. 由图4(b)可以看出，再生细骨料粉体含量分别为0%、 3.5%、 7%的再生混凝土，其烘干后密度相差在0.8%以内.

3.3 玻化微珠体积掺量对导热系数的影响

图5 玻化微珠对再生混凝土导热系数的影响 Fig.5 Effects of GHB on thermal conductivity of recycled concrete

玻化微珠对再生混凝土导热系数的影响见图5. 由表4和图5可见，再生混凝土导热系数随GHB体积掺量的增大而降低，掺量超过80%，对再生混凝土导热性能影响趋于稳定. 如再生细骨料不含粉体时， GHB掺量为60%、 80%、 100%、 120%的再生混凝土导热系数与不掺GHB对应的再生混凝土相比分别降低了18.5%、 25.8%、 26.7%、 29.9%. 由表4还可看出，与普通混凝土相比，再生粗骨料取代率为100%、再生细骨料取代率为50%且GHB掺量为120%的再生混凝土导热系数减小了44.3%.