再生細骨料濕度狀態對混凝土微觀結構影響

陳遠遠

(福州大學陽光學院土木工程系 福建福州 350015)

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再生細骨料濕度狀態對混凝土微觀結構影響

陳遠遠

(福州大學陽光學院土木工程系 福建福州 350015)

總水灰比一定，使用不同濕度狀態的再生細骨料配制混凝土，采用ESEM掃描再生細骨料混凝土界面結構形貌，運用孔結構分析儀測定再生細骨料混凝土的孔結構。研究結果表明：總水灰比一定，當再生細骨料摻量不變時，隨著其濕度從烘干到氣干再到飽和面干的增大，再生細骨料混凝土界面過渡區變得致密，界面結構性能提高，且水泥石的密實度增強，孔隙率減小，平均孔徑及大于50nm的孔結構比例都減小。

再生細骨料；濕度狀態；混凝土；界面結構

0 引言

隨著建筑業的快速發展，天然骨料被大量消耗，導致了大量污染環境的廢棄混凝土產生。將這類建筑垃圾破碎并篩分成再生粗、細骨料，用以部分或全部代替天然骨料來配制混凝土，可節省天然礦物資源，同時也能大大減輕固體廢棄物對環境的污染[1]。

對于再生骨料混凝土的微觀結構的研究，許多學者們已取得了一定成果。再生骨料的力學性能相對天然骨料較差，造成了再生混凝土內界面過渡區的分布、數量及性能的不同，從而影響了再生混凝土的力學性能[2]；表面孔隙率高，強度較低的再生混凝土骨料會降低界面過渡區微觀結構的密實性[3]；再生混凝土的微觀結構是影響其耐久性的根源，致密高強的界面結構有利于改善再生混凝土耐久性[4]；使用再生骨料會增加混凝土內部總細孔孔隙量，混凝土的耐久性也會因此而受到較大的影響[5]。以上研究都集中在由再生粗骨料混凝土的微觀結構特征上，而關于再生細骨料混凝土微觀結構的研究較少。

再生骨料的高吸水性這一顯著特點，使一些研究考慮了再生粗骨料的濕度狀態對于混凝土新拌和硬化性能的影響[6-7]；有的學者在研究中考慮了再生粗骨料的含水狀態對再生混凝土耐久性能的影響[8]。以上都是關于再生粗骨料的濕度狀態對再生混凝土宏觀性能影響的研究，目前再生細骨料的濕度狀態對混凝土微觀結構特征影響的研究較少。本文針對再生細骨料濕度狀態對混凝土微觀結構的影響展開研究。

1 試驗方案

1.1 試驗原材料

1.1.1粗骨料

粗骨料采用閩侯蘇洋采石場所產碎石，飽和面干吸水率為0.2%(表1)。

表1 粗骨料級配

1.1.2 細骨料

天然細骨料采用閩江天然河砂，細度模數為2.13，飽和面干吸水率為1.2%；再生細骨料采用福建同利科技建材有限公司生產的、細度模數為2.76、飽和面干吸水率為7.2%的再生砂(表2)。

表2 細骨料級配(分計篩余)

1.1.3 膠凝材料

采用福建煉石牌42.5R普通硅酸鹽水泥及寧德Ⅱ級粉煤灰。

1.1.4 外加劑等

減水劑采用福建建科院生產的TW-4緩凝高效減水劑，減水率15%～25%，最佳摻量βR為2%，水采用自來水。

1.2 變化參數

采用氣干(AD)，烘干(OD)和飽和面干(SSD)這3種濕度狀態的再生細骨料。將再生細骨料放入溫度設置為105℃的烘箱中，將其烘至含水率恒為0%，可得烘干狀態再生細骨料；在恒溫恒濕的試驗室條件下，將加入適量水的烘干狀態再生細骨料拌勻平鋪于平面風干24h，可得含水率為3.5%的氣干狀態再生細骨料；恒溫恒濕的試驗室條件下，取烘干狀態的再生細骨料加入配合比所需的總用水進行浸泡，24h后可得含水率為7.2%的飽和面干狀態再生細骨料。

1.3 試驗配合比

由于再生細骨料吸水率較大，再生細骨料混凝土的總用水量應包含計算用水量和能使粗、細骨料達到飽和面干狀態的附加水[9]，計算用水量指在粗、細骨料為飽和面干狀態的情況下，加入混凝土中的水量。即在砂、石骨料都為完全干燥狀態的情況下，將計算用水量附加上砂、石骨料都達到飽和面干狀態所需的水量后，得到總用水量。本文計算用水量為183kg/m3，其計算方法為：總用水量=183kg/m3+粗、細骨料用量×粗、細骨料飽和面干吸水率(假設粗、細骨料都為烘干狀態)。該設計方法可使再生細骨料摻量一定時，各組配合比中的總用水量一致，保證試驗條件的一致性。凈用水量指總用水量扣除粗、細骨料在摻入混凝土之前已經含有的水量所剩余的水量。由于為了保證各配合比材料的統一性，試驗前石子與天然砂都被事先烘干，即其含水率都為0，則凈用水量只需考慮再生細骨料的含水量，其計算方法為：凈用水量=總用水量-(再生細骨料用量×再生細骨料含水率(3.5%，0%，7.2%))。

吸水率大這一特點使再生細骨料在混凝土中的吸水過程為一個動態平衡的過程，在再生細骨料從水泥漿中吸水或返水的過程下，混凝土中未被骨料吸收的水與水泥的質量比為有效水灰比，有效水灰比隨時間變化。試驗配合比設計中砂率為0.4，總水灰比為0.61，變化再生細骨料的濕度狀態這個參數，最終設計出的試驗配合比見表3，其中編號1的3組配合比對應的混凝土所用細骨料為25%再生細骨料和75%天然砂，編號2的三組配合比對應的混凝土所用細骨料為75%再生細骨料和25%天然砂。

表3 再生細骨料混凝土試驗配合比 kg/m3

1.4 試驗內容及方法

1.4.1界面形貌

采用表3中的配合比，每組配合比制作一個尺寸為150mm×150mm×150mm的再生細骨料混凝土試樣，將試樣養護28d后，從養護室中取出，選取混凝土中水泥石與骨料交界的部分進行切片，切成大約為1cm3的混凝土小片，將切片置于無水乙醇中以中止水泥水化，48h后將切片置于60℃條件下烘干至恒重，取出混凝土切片試樣，將試樣置于真空中對新鮮混凝土斷面進行鍍碳膜，然后置于福州大學光電顯示技術研究所的日立S-3000N型掃描電子顯微鏡掃描電鏡(ESEM掃描電鏡)下觀察，得到再生細骨料混凝土的界面形貌圖。

1.4.2 孔結構

采用表3中的配合比，每組配合比制作一個尺寸為150mm×150mm×150mm的再生細骨料混凝土試樣，將其養護28d后，從養護室中取出，將距離粗骨料8mm范圍以內的混凝土用錘頭敲下得到混凝土小塊，除去混凝土小塊表面的沙粒和雜質，將切片置于無水乙醇中以中止水泥水化，48h后將切片置于60℃條件下烘干至恒重，最后送入北京金埃譜科技有限公司生產的V-Sorb 2800S孔結構分析儀中進行孔結構測試，得到累計孔體積、平均孔徑、孔徑分布等試驗結果。

2 試驗結果與討論

2.1 界面形貌

由圖1和圖2可知摻量固定時，當再生細骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干提高時，混凝土界面過渡區變得不明顯，界面密實度提高，孔隙分布變得均勻。由表3知烘干組混凝土中的凈用水量和凈用水灰最大，氣干組次之，飽和面干組最大。氣干及烘干狀態的再生細骨料吸水后，混凝土中有效用水量都下降，有效水灰比都減小，但由于這兩種狀態的再生細骨料吸水不可能至完全飽和面干，因此飽和面干組混凝土的有效水灰比仍是最小。且烘干組混凝土中原本凈水量最大，則烘干狀態再生細骨料吸水后，混凝土的有效水灰比值仍然大于氣干組。

因此摻量固定時，當再生細骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干提高時，混凝土有效水灰比減小，導致混凝土界面強度及密實度提高，而且再生細骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干的提高有利于混凝土界面區礦物摻合料與水泥水化產物的二次水化的水分增多，這一因素導致混凝土界面變得密實，孔隙分布變得均勻。

2.2 累計孔體積

由圖3和圖4可知，當摻量分別為25%、75%時，3種狀態再生細骨料對應的混凝土累計孔體積的大小都呈現出SSD組

2.3 孔徑分布

由表4知再生細骨料摻量為25%及75%時，當再生細骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干提高時，混凝土平均孔徑、較大孔徑與較小孔徑的孔結構比例(>50nm/<50nm)及大于50nm的孔結構比例都減小。從2.1可知摻量固定時，當再生細骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干提高時，有效水灰比減小，從而有利于水泥石強度及密實度發展，且隨著骨料濕度提高，混凝土中礦物摻合料與水泥水化產物的二次水化變得充分，導致水泥石強度及密實度提高，因此平均孔徑、較大孔徑與較小孔徑的孔結構比例及大于50nm的孔結構比例最大，氣干組次之，烘干組最大。

3 結論

根據試驗研究結果，可得到如下結論：

(1)再生細骨料摻量固定時，當再生細骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干提高時，混凝土孔隙率減小，累計孔體積減小。

(2)再生細骨料摻量固定時，當再生細骨料的濕度從烘干到氣干再到飽和面干提高時，混凝土中的水泥石密實度提高，平均孔徑、較大孔徑與較小孔徑的孔結構比例(>50nm/<50nm)及大于50nm的孔結構比例減小。

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[5] 張金喜，張建華，鄔長森. 再生混凝土性能和孔結構的研究[J]. 建筑材料學報，2006(02): 142-147.

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Influence of moisture states of recycled fine aggregate on the microscopic structure of concrete

CHENYuanyuan

(Civil engineering department of Sunshine college,Fuzhou 350015)

The total water-cement ratio of recycled fine aggregate concrete was kept the same. Concrete was prepared with different moisture state of recycled fine aggregate. The interfacial structure topography of recycled fine aggregate concrete was scanned by ESEM,and pore structure analyzed by using pore structure analyzer. The test research results show that,for the same total water-cement ratio,when the content of recycled fine aggregate is the same,the interfacial transition region of concrete is becoming vague and the property of interface structure is being enhanced with the increase of the moisture of recycled fine aggregate from oven-dried,air-dried to saturated surface-dried states. And the density and porosity of cement are increasing while the percentage of pores with diameter under 50nm and the cement paste average pore size are decreasing.

Recycled fine aggregates; Moisture state; Concrete; Interface structure

陳遠遠(1987.2- )，女，講師。

E-mail:597137973@qq.com

2016-07-24

TU5

A

1004-6135(2016)11-0082-04