試述建筑垃圾復合粉體材料對混凝土抗凍性能的影響

徐國新

摘要：為了改善建筑垃圾磨細粉活性，提高再生利用率，本文將建筑垃圾復合粉體材料對混凝土抗凍性能的影響作了研究，為建筑垃圾復合粉體材料在混凝土中應用提供理論基礎。

關鍵詞：建筑垃圾復合粉體材料；力學強度；抗凍性能；鹽凍腐蝕

中圖分類號：U414文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2017）02-0160-01

1.實驗

1.1原材料水泥

京都牌42.5級普通硅酸鹽水泥，表觀密度3.112 g，Cm3；粗集料：石料廠破碎碎石；細集料：普通河砂，細度模數2.48；水：普通飲用水。原材料各項性能均滿足規范要求。建筑垃圾磚粉化學組成為SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CAO、MgO等，其中CAO含量較少，僅為1.13%，這也可能是導致建筑垃圾磚粉活性較小的原因之一。除Si0₂結晶峰較高外，其他結晶峰較低，說明建筑垃圾磚粉有一定的玻璃態含量。用化學滴定法測定了建筑垃圾磚粉中的活性物質，結果表明，建筑垃圾磚粉中含有活性SiO₂約6%，活性Al₂O₃約2.3%，說明建筑垃圾磚粉具有一定的水化活性，但活性較小。建筑垃圾磚粉粗細顆粒分布不均勻，顆粒級配較差，這可能是導致建筑垃圾磚粉活性較低的第二個原因。

為提高建筑垃圾磚粉活性，通過多種技術途徑研究開發了建筑垃圾復合粉體材料，其由25%建筑垃圾磚粉、25%粉煤灰、50%礦渣和改性劑復合而成。建筑垃圾復合粉體材料各組成材料之間可以達到優勢互補效果，產生一定的超疊加效應，提高建筑垃圾復合粉體材料活性。建筑垃圾復合粉體材料中建筑垃圾磚粉摻量雖然不大，但其具有較好的物理及化學性能，活性較高，且建筑垃圾復合粉體材料中廢磚的粉磨能耗僅為水泥熟料的5%，所有材料均不需要二次加熱，是一種技術經濟可行的新材料。

1.2實驗方案

實驗用C30基準混凝土配合比由課題組前期實驗研究得出，在配合比的基礎上，改變建筑垃圾復合粉體材料摻量（20%、30%和40%），進行混凝土試件抗壓、抗彎拉及抗凍實驗研究。鹽凍實驗選用各項性能均較好的摻30%建筑垃圾復合粉體材料的混凝土試件進行實驗，研究不同鹽濃度溶液對試件的鹽凍腐蝕影響，鹽溶液選用2.5%、3.5%和4.5%的NaCl溶液。

2.結果及分析

2.1強度實驗結果

不同建筑垃圾復合粉體材料摻量的C30混凝土抗壓及抗彎拉強度實驗結果。當建筑垃圾復合粉體材料摻量小于30%時，混凝土7d抗壓強度降低并不明顯，摻量為40%時，7d抗壓強度較基準混凝土降低16.3%。除摻量40%外，摻20%和30%的C30混凝土28d抗壓強度及抗彎拉強度均高于基準混凝土。摻量為30%時，抗彎拉強度提高14.7%，但摻量為40%時，混凝土強度有所降低，說明建筑垃圾復合粉體材料摻量小于40%時，具有較好的強度效應。這是由于建筑垃圾復合粉體材料由建筑垃圾磚粉、粉煤灰及礦粉組成，其中建筑垃圾磚粉及粉煤灰早期活性較小，因而降低了混凝土早期活性。當摻量較小時，建筑垃圾復合粉體材料的填充效應彌補了部分強度的降低，7d抗壓強度降低不明顯；當摻量較大時，水泥水化產物較少，內部結構較為疏松，因而強度降低幅度較大。隨著齡期的增長，由于建筑垃圾復合粉體材料的二次水化反應改善了水泥水化產物的組成和混凝土內部孔結構，因而混凝土強度高于基準混凝土。

2.2建筑垃圾復合粉體材料對C30混凝土抗凍性能的影響

不同建筑垃圾復合粉體材料摻量對C30混凝土抗凍性能的影響結果。建筑垃圾復合粉體材料提高了C30混凝土的抗凍性能，且存在最佳摻量30%，相對動彈模量在150次凍融循環后下降速率增大。這是由于建筑垃圾復合粉體材料具有較好的顆粒級配，均勻分布于水泥內部和集料表面，防止水分在集料表面聚集，并為水泥水化提供“晶核”，優化了混凝土界面結構并細化了混凝土內部孔結構；隨著齡期的增長，建筑垃圾復合粉體材料的火山灰效應消耗了部分結晶度較大的CA（0H）2晶體，生成低堿度c-s-H凝膠，同時部分未水化的粉體材料還可填充于混凝土內部，因而提高了混凝土內部密實度，減少了混凝土內部的滲水通道，大大減少了混凝土內部可凍水，宏觀上表現為混凝土抗凍性能的提高。考慮到冬季水泥混凝土路面普遍使用除冰鹽，對摻30%建筑垃圾復合粉體材料的C30混凝土進行了不同鹽溶液濃度下的鹽凍耦合實驗。鹽凍耦合作用極大地加劇了C30混凝土的破壞。水凍融實驗條件下，摻30%建筑垃圾復合粉體材料的C30混凝土可經受300次凍融循環而不破壞，質量損失僅為2.12%，相對動彈模量高達87.2%。而鹽濃度為2.5%時，其能經受225次凍融循環；鹽濃度為3.5%和4.5%時，凍融循環達到200次時試件就已經破壞。一方面是因為鹽溶液的加入提高了混凝土的飽和度，增大了混凝土內部結冰壓及滲透壓。另一方面，混凝土從外至內溶液濃度不同，結冰時形成溫度梯度，受凍時因分層結冰而產生應力差，導致混凝土開裂，降低了混凝土抵抗凍融破壞的能力。此外，并非鹽濃度越高凍融破壞越嚴重，當鹽濃度為3.5%時，試件破壞最為嚴重，其次為4.5%。

3.結束語

（1）建筑垃圾復合粉體材料在保證混凝土各項性能的前提下，可節約水泥、降低能源消耗和保護環境，是一種經濟、技術可行的新材料。

（2）建筑垃圾復合粉體材料的摻入降低了C30混凝土的早期抗壓強度，但其后期強度增長較快；當建筑垃圾復合粉體材料摻量小于40%時，混凝土28d抗壓強度及抗彎拉強度均高于基準試件。隨建筑垃圾復合粉體材料摻量的增加，其火山灰效應對混凝土強度貢獻越大；摻量為20%和30%時，28d活性指數均大于1。