再生混凝土的配合比及其耐久性的研究

再生混凝土的配合比及其耐久性的研究[摘要]本文研究了再生粗骨料掺量、粉煤灰取代水泥量以及水灰比对再生混凝土抗压强度和坍落度的影响。

提出了其的最佳配合比,并选出坍落度和强度均比较高的三组混凝土做耐久性的试验研究。

[关键词]正交设计试验；配合比；再生粗骨料；耐久性中途分类号：a715 文献标识码：a 文章编号：1前言再生混凝土具有减少建筑垃圾对环境的污染以及降低天然砂石料开采量和开采能耗等特点，因此近些年来对再生混凝土的研究以及应用开发受到建设工程界人士和政府有关部门的关注。

2试验的研究思路建筑垃圾再生混凝土的配比参数多以及影响因素广，只靠经验已经是不能够科学地安排试验和选取最佳配比，所以本文通过借助正交试验来设计这一现代应用数学方法，来安排以及设计建筑垃圾再生混凝土的配比试验方案，分析试验成果，以此来选择最佳配比。

3试验原材料的性质3·1再生粗骨料再生粗骨料中的废砖含量大概是31%,废混凝土块含量约为66%,废瓦含量约为3%。

其各项性能指标见表3·1。

3·2再生细骨料建筑垃圾破碎后小于4·75mm的颗粒作为再生细骨料。

其各项性能指标见表3·2。

3·3天然骨料3·4粉煤灰本次试验所采用的粉煤灰是北京市石景山电厂的活化ii级粉煤灰。

其各项性能指标见表3·4。

3·5水泥北京市兴发水泥有限公司的拉法基牌普通硅酸盐水泥,标号为p.o42·5。

其各项性能指标见表3·5。

3·6外加剂减水率为28%、含气量为2·3%的聚羧酸减水剂。

3·7拌和水试验室中的自来水4正交试验设计4·1选择因素———水平a———水胶比b———粉煤灰取代水泥的量c———再生粗骨料取代天然石子的量d———再生细骨料取代天然砂的量表4·1因素水平表因素(a) (b) (c) (d)水平1 0·34 25% 40% 10%水平2 0·38 30% 80% 20%水平3 0·42 40% 100% 30%4·2选择正交表选择正交表l9(34)设计试验,结果示于表4·2。

4·3试验结果4·4强度分析4·4·1点图分析将每个因素的3个强度平均值k1、k2和k3点在图4·4上,从图中可以得出如下结论:(1)水胶比越小,强度越高,以水胶比为0·34最好;(2)粉煤灰掺量为25%时,28天强度最高;(3)再生细骨料掺量为10%时,28天强度最高;(4)再生粗骨料掺量为40%时,28天强度最高。

综合起来,当水胶比为0·34,粉煤灰掺量为25%,再生细骨料掺量为10%,再生粗骨料掺量为40%时,再生混凝土的28天抗压强度最大,即l1组为最佳配合比组合,28天抗压强度达47·7mpa。

图4·4再生混凝土28天强度与各因素水平关系4·4·2结论与分析a)再生粗骨料掺量是对混凝土强度影响最大的因素,随着再生粗骨料掺量的增大,混凝土强度明显下降。

这是因为再生骨料中含有水泥砂浆和砖块,本身的强度比较低。

此外,再生骨料的棱角多,表面粗糙,且在破碎过程中其内部往往会产生一定尺寸的裂纹,这些再生骨料的原始缺陷都使得再生骨料的掺量增大,再生混凝土的强度降低。

b)本试验成功配制出了28天强度达47·7mpa的混凝土,这表明,通过设计合理的配合比,可以弥补再生骨料的原始缺陷。

因为除了骨料本身的强度对混凝土强度产生影响外,界面结合力也对混凝土强度产生重要的影响。

再生骨料混凝土表面包裹有水泥砂浆,使再生骨料与新拌水泥砂浆之间的弹性模量差别变小,同时,再生骨料的亲水性强,能很快被水润湿,再生骨料表面的许多微裂缝会吸入新的水泥颗粒,使接触区水化更完全,形成致密的界面结构。

由于界面结合得到加强,因再生骨料强度而导致的再生骨料混凝土强度的降低得到一定的补偿。

另外,再生骨料的表面粗糙程度比天然骨料有所增大;在建筑垃圾破碎的过程中,部分石子因受力而沿纹理开裂,既增加了新的粗糙表面,又增加了棱角效应;同时,筛分过程也会淘汰原有骨料中的软质颗粒及粒形不良颗粒。

这些增大粗糙程度,增大棱角效应,粒形的改善等特点都使再生骨料的性能得到了优化。

此外,再生骨料中含有30%的砖,碎砖骨料表面粗糙,有较强的吸水能力,有利于改善混凝土界面粘结,提高整体强度。

其吸水能力强,又可做为水分储存器,先吸入一部分水分,在以后的养护过程中又将水释放出来,有利于水泥的充分水化。

再生骨料的这些优点一定程度上弥补了再生骨料的缺陷。

c)水胶比对混凝土强度的影响仅次于再生骨料的掺量。

随着水胶比的增大,混凝土的强度明显下降。

所以要想配制强度高的混凝土,还得走低水胶比的路线。

d)粉煤灰的掺量对混凝土的强度影响最小。

实验数据说明了粉煤灰取代水泥的量在40%以内,对混凝土的28天强度影响不大。

另外,由于粉煤灰的活性作用和致密作用对混凝土强度的提高有好处,因此,以后的配合比设计中可以适当的加大粉煤灰的用量,以期获得更高的强度和更好的经济效益。

5再生混凝土的耐久性的试验研究在正交设计配合比的基础上,我又做了几组附加配合比的研究,将坍落度较小的几组混凝土的再生细骨料的掺量调整为零。

通过对所有配合比试验结果分析,表明了通过合理的设计配合比,可以打出强度比较高、和易性也比较好的再生混凝土。

下面我优化选择了三组强度、坍落度均比较高的混凝土做耐久性的研究。

这三组的各因素搭配及其结果如表5所示。

5·1再生混凝土的抗氯离子渗透性能a) 1号混凝土的通过电量和氯离子的扩散系数均为最小,表明了低水胶比增加了其密实性,提高了再生混凝土的抗氯离子渗透性能。

rasheeduzzafar和khan的研究也表明,通过降低再生混凝土的水胶比可以提高再生混凝土的抗氯离子渗透性能。

b) 2号和3号混凝土的通过电量和氯离子的扩散系相差不大。

3号的再生粗骨料的掺量为100%,而2号的再生骨料掺量为40%,说明再生骨料的孔隙率较大、有大量微裂纹等自身的缺陷对再生混凝土的抗渗性能影响不大。

这三组混凝土的再生混凝土抗氯离子渗透性能评价等级为中等,说明掺加粉煤灰可以提高其抗氯离子渗透性能。

这是因为在再生混凝土中用的水泥细度为1%,而粉煤灰的细度为18%,后者细度远大于前者。

又再生骨料的微裂纹及再生混凝土的孔隙率较高,得以使粉煤灰填充孔隙和裂纹,发挥抵抗氯离子渗透的作用。

粉煤灰具有“活性效应”、“形态效应”和“填充效应”,而优质粉煤灰更具有三种效应的叠加和超叠加作用,优质粉煤灰的掺加可以有效地填充混凝土孔隙,修复再生骨料的微裂纹。

图5·2再生混凝土耐硫酸钠侵蚀质量变化5·2再生混凝土的耐硫酸钠侵蚀试验经过20次循环后,再生混凝土受硫酸钠侵蚀后的质量变化如图5·2中所示。

从图中可知再生混凝土受硫酸盐侵蚀后,试块的质量变化规律是:刚开始质量增加比较快,10次以后质量开始出现下降的趋势。

这是因为在硫酸钠溶液中,硫酸钠从再生混凝土的表面侵入到混凝土的内部,发生反应生成膨胀性盐,一部分硫酸钠甚至可以通过再生骨料的裂纹侵入到其内部,不断的结晶和填充使再生混凝土的质量增加。

随着硫酸盐溶液的不断结晶和不断生成膨胀性盐,最后的结果导致再生骨料内部膨胀,再生混凝土体积不断的膨胀,致使再生混凝土的内部结构遭到破坏,导致再生混凝土的质量损失。

但是,经过了20次的循环还没有使再生混凝土的质量产生损失,说明这三组的再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀比较好。

这与三组混凝土均掺了25%~30%的粉煤灰有一定关系。

原因是粉煤灰可以与水化产物ca(oh)2发生二次反应,生成水化硅酸钙凝胶,一方面减少了水化物中ca(oh)2的含量,另一方面,水化硅酸钙凝胶在易于被侵蚀的含铝化合物表面形成一层保护层,从而减少受硫酸盐侵蚀的程度。

mandal等[7]的试验也表明粉煤灰可以改善再生混凝土的抗硫酸盐侵蚀性。

6结论(1)再生粗骨料的堆积密度、表观密度低于天然粗骨料,而吸水率、含水率、针片状含量和压碎指标则高于天然骨料,但仍能满足《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》中对粗骨料的要求。

从对骨料要求的角度讲,再生粗骨料用于配制普通混凝土是可行的。

(2)再生细骨料的细度模数比天然砂小,表观密度比天然砂略大,级配达到ii级标准,不过其压碎指标太大,且吸水率很大,所以掺量不宜过大。

(3)正交试验表明,再生粗骨料的掺量是影响建筑垃圾再生混凝土强度和坍落度的主要因素,因此,要根据所配混凝土的强度来合理选择再生粗骨料的掺量。

(4)通过掺加1·5%的高效减水剂,可以配制强度高、和易性良好的建筑垃圾再生混凝土。

本试验中再生混凝土的28天抗压强度和坍落度的最佳配合比均为a1b1c1d1,即水胶比为0.34,粉煤灰掺量为25%,再生细骨料掺量为10%,再生粗骨料掺量为40%。

其28天抗压强度为47.7mpa,坍落度为270mm。

(5)试验结果表明,可以配制出强度等级c15~c25的再生混凝土。

(6)试验结果表明,再生混凝土的抗渗性能可以达到中等水胶比混凝土的水平,且抗冻和耐硫酸盐侵蚀性能良好。

但其抗碳化性能较差。

所以,在适当加大保护层厚度的情况下可以应用。

参考文献[1]刑振贤,王晓蕾.正交设计选择粉煤灰再生混凝土的最佳配合比[j] .低温建筑技术,2004,95(1):4–5[2]方开泰,马长兴.正交与均匀试验设计[m]北京:科学出版社,2001[3]陶珍东.废弃混凝土再利用的研究进展[j] .科技进展,2005,(1)∶3-28[4]胡金鸿,马嵘.水灰比对碎砖再生混凝土性能的影响研究[j],2003,15(1):94–97。