不同摻量粉煤灰及再生粗骨料混凝土在硫酸鹽侵蝕下的抗壓強度研究

■聶 宇，杜文漢，王 孟，謝云霞，江晨輝 ■河海大學土木與交通學院，江蘇 南京 210000

再生粗骨料是將廢舊混凝土經過一定的工藝流程處理后用于代替混凝土中部分或者全部石子用于混凝土生產的骨料。近年來，我國經濟發展迅速，土木建筑行業也進入高速發展期，隨著全國各地大興土木的同時，拆除許多老舊建筑物產生了大量的廢棄混凝土建筑垃圾。然而我國再生粗骨料混凝土技術的推廣和應用還處于初步階段，現行的標準和規范不適合再生粗骨料混凝土，因此對再生粗骨料混凝土的研究還有很長的路需要走。相對而言，國內對粉煤灰混凝土性能的研究做了大量的工作，取得了一系列的成果并積極推廣應用于實際工程。從已有的研究成果來看，粉煤灰的摻量對混凝土抗硫酸鹽侵蝕的性能有很大的影響。

本文針對不同摻量的粉煤灰及再生粗骨料混凝土在硫酸鹽侵蝕下的抗壓強度進行了研究，以驗證各種混合方案的可行性。

1 試驗機理和目的

與天然粗骨料相比，再生粗骨料混凝土具有較大的吸水率和較好的親水性，使得新的水泥顆粒能夠進入再生骨料表面的細微裂縫中，形成致密的界面結構。包裹在再生粗骨料表面的水泥砂漿加強了再生粗骨料表面的粗糙程度，棱角更多，從而增強了骨料之間、骨料與漿體之間的嚙合力［1-2］。粉煤灰的摻入可以改善混凝土的性能，粉煤灰三大效應即形態、活性、微集料，可顯著提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。本實驗利用再生粗骨料和粉煤灰的有利作用，采用正交實驗法交替改變再生粗骨料和粉煤灰的摻量，研究不同組合條件下混凝土在低濃度硫酸鹽侵蝕下的抗壓強度變化規律。

2 試驗原材料和試驗方法

2.1 試驗原材料

(1)粉煤灰選用南京聚力粉煤灰廠生產的Ⅱ級粉煤灰。

(2)水泥采用南京海螺水泥廠生產的復合硅酸鹽水泥P.C32.5級水泥。

(3)細骨料為河沙，細度模數為2.8，級配合格。

(4)粗骨料為連續級配碎石，粒徑10～20mm。

(5)再生粗骨料為河海大學結構實驗室自制，粒徑10～20mm。

(6)無水硫酸鈉(Na2SO4):上海太平洋化工無水硫酸鈉分析純試劑。

表1 無水硫酸鈉技術性質

2.2 試驗方法

本試驗混凝土設計強度為C35，采用的試件為100mm×100mm×300mm的棱柱體。保持水灰比(=0.55)一定，交替改變粉煤灰和再生粗骨料的摻量(每組試件為五個，分別編號為A1～A5)，根據《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ 55-2000)確定本實驗所用混凝土配合比如表2所示.考慮混凝土腐蝕程度等因素對受腐蝕混凝土性能的影響以及同齡期受腐蝕混凝土和未腐蝕混凝土的力學性能，將混凝土試件分成受腐蝕試件和未受腐蝕試件。受腐蝕試件浸泡于濃度5%的硫酸鈉溶液中進行養護，試件分組見表3。浸泡溶液的液面要高于被浸泡的試件頂面10mm，定期觀察溶液液面變化情況，所有溶液每隔20天更換一次［3］。

表2 混凝土配合比

表3 試件分組

3 試驗結果與數據分析

3.1 不同再生粗骨料摻量對硫酸鹽侵蝕下混凝土抗壓強度的影響

圖1是不同再生粗骨料摻量混凝土在硫酸鹽侵蝕下的抗壓強度經時變化曲線。圖中結果表明，當粉煤灰的摻量為0時，不同再生粗骨料摻量混凝土隨著硫酸鹽浸泡養護時間的變化抗壓強度曲線波動較大，但混凝土的整體強度較高。當粉煤灰摻量為10%和20%，不同再生粗骨料混凝土試件抗壓強度曲線隨硫酸鹽浸泡養護時間增加變化波動較不大，抗硫酸鹽侵蝕的性能較好。當粉煤灰摻量較高達到30%時，不同摻量的再生粗骨料混凝土的抗壓強度偏低，總體比較接近。縱向比較圖1中的強度曲線圖，再生粗骨料摻量為25%的混凝土試件在不同粉煤灰摻量條件下具有較高的抗壓強度值。

圖1

3.2 不同粉煤灰摻量對硫酸鹽侵蝕下混凝土抗壓強度的影響

圖2是不同粉煤灰摻量混凝土在硫酸鹽侵蝕下的抗壓強度經時變化曲線。圖中結果表明，當粉煤灰摻量為0時，隨著硫酸鈉浸泡養護時間增長混凝土抗壓強度總體是最高的，但隨時間變化不穩定，抗硫酸鹽侵蝕性能較差。不同再生粗骨料摻量的混凝土試件總體符合隨著粉煤灰摻量的增加抗壓強度逐漸降低這一規律。

圖2

4 結論

(1)粉煤灰的摻量對混凝土抗硫酸鹽侵蝕起主導作用;相同再生粗骨料摻量下，混凝土抗壓強度隨著粉煤灰取代率的增加而降低。

(2)相同粉煤灰摻量下，由于再生粗骨料與天然骨料的性能差異等因素導致不同摻量再生粗骨料混凝土抗壓強度的差別。

(3)綜合考慮，在摻有等量粉煤灰的混凝土中，再生粗骨料含量為25%的混凝土強度較高，抗硫酸鹽侵蝕性能較好;在摻有等量再生粗骨料的混凝土中，粉煤灰含量為零的混凝土抗壓強度較高，但抗硫酸鹽侵蝕性能不突出，而粉煤灰摻量為10%的混凝土具有較好的抗硫酸鹽侵蝕性能以及強度保證。考慮到經濟效益建議選用F10G25，即粉煤灰摻量10%，再生粗骨料摻量25%的混凝土。

［1］匡成鋼.鋼纖維粉煤灰再生混凝土力學性能的實驗研究［D］.2013，4:55-56.

［2］石建光.再生骨料對混凝土性能影響的試驗研究和計算分析［D］.2010，3∶9-10.

［3］杜建民，梁詠寧，張風杰.地下結構混凝土硫酸鹽腐蝕機理及性能退化［M］.中國鐵道出版社，2011，4.