改性混凝土試驗及性能研究

裴挫萍

（銅川職業技術學院， 陜西 銅川 727000）

改性混凝土試驗及性能研究

裴挫萍

（銅川職業技術學院， 陜西 銅川 727000）

針對廢棄混凝土中的再生骨料表面附著大量殘留的水泥漿，以及新老砂漿之間縫隙過大，進而導致再生混凝土的耐久性能出現問題，結合粉煤灰的特點，提出對再生骨料進行改性處理，在混凝土中摻入一定量的粉煤灰，從而填充再生骨料存在的縫隙過大的問題。最后，利用電通等試驗方法對改性混凝土試件的抗氯離子滲透性能進行測試，并通過實驗結果表明粉煤灰可改善再生混凝土結果，提高抗滲透性能，并當摻量在28%時，抗氯離子滲透性能最佳。

再生混凝土；粉煤灰；滲透性能；抗氯離子；改性

隨著建筑行業建設步伐的加快，加快對廢棄混凝土的再利用成為解決城市廢棄物污染的重要手段。但是由于廢棄混凝土結構復雜，同時較高的孔隙率，從而造成再生混凝土在實際應用過程中暴露出很多的問題，如抗滲透性差導致再生混凝土耐久性能出現問題。朱平華（2015）[1]通過研究認為，影響再生混凝土抗滲性能的因素很多，包括再生骨料規格、水膠比、制作工藝和摻合料。由此，為解決再生混凝土滲透性能差的問題，提高再生混凝土的耐久性，劉肖凡、白曉輝等（2014）[2,3]則提出在再生混凝土中加入粉煤灰，并通過測試路用性能的方式，驗證了粉煤灰對提高再生混凝土抗滲透上具有一定的效果；羅伯光（2014）[4]、陳少軍（2017）[5]等則從不同礦物摻量的角度對問題進行了研究，通過試驗結果表明適量的礦物摻和料可提高再生混凝土的抗氯離子滲透性能。對此，結合朱平華等人的研究，筆者則從水膠比和再生骨料改性的角度對再生混凝土進行了研究，旨在探討不同改性下對再生混凝土性能的影響。

1 實驗部分

1.1 原材料選取

原材料作為試驗的基礎，結合試驗的目的，本文主要選取水泥、再生骨料、粉煤灰、砂等作為基礎原材料。

1.1.1 水泥

水泥選擇四川自貢新特水泥有限公司生產的普通硅酸鹽水泥，具體成分見表1。

表1 P.O42.5成分Table 1 P.O42.5 component

1.1.2 粉煤灰

粉煤灰則選擇四川自貢榮縣電廠生產的I級粉煤灰，具體技術指標見表2所示。

1.1.3 再生骨料

再生骨料作為再生混凝土制備的基本原材料，其選取的好壞對再生混凝土性能具有重要的影響[6]。本文在對再生骨料進行選取的過程中，主要選擇5～20 mm之間的再生骨料，具體級配篩分選結果見圖1所示。

表2 粉煤灰主要技術指標Table 2 Main technical indexes of fly ash

圖1 再生骨料級配篩分結果Fig.1 Grading results of recycled aggregate gradation

1.2 試驗方法

1.2.1 強度確定

在對混凝土試件的制作中，首先是要確定混凝土的強度。為保證強度達到設計要求，本文根據《普通混凝土配合比設計規程》[7]，并依據以下公式進行確定：

其中：fcu.0——再生混凝土的試配強度；

fcu.k——再生混凝土自身設計的強度；

σ——再生混凝土的標準差。在本文中設計的強度為C30，所以σ取值為5。

1.2.2 試驗配合比

根據上述的強度設計，同時依據《普通混凝土配合比設計規程》中對再生混凝土用水量的相關計算公式[8]，從而得到表3所示的試驗材料配合比。

1.3 抗滲性能測試方法

1.3.1 腐蝕原理

對本文的試驗設計來講，其目的是驗證粉煤灰對提高再生混凝土的抗滲透性能具有重要的作用。而為了驗證抗滲透性能，本文則采用擴散性試驗對混凝土的性能進行驗證。

采用該方法最為根本的原因，是因為自然界中的氯離子會進入到再生混凝土中，而在混凝土中含有大量的 CaSiO3，該物質經過水化會形成飽和的Ca(OH)2。該物質的存在使得混凝土中形成堿性環境，并和鋼筋產生氧化反應，形成鈍化膜[9]。

表3 試驗配合比設計Table 3 Test mix design

而一旦這個堿性環境被氯離子打破，將使得該鈍化膜變得不穩定，最終影響到混凝土的耐久性能。該步驟具體的反應可以分為三個步驟：

由此，通過上述的化學反應反應，從而對鋼筋形成腐蝕，最終對混凝土的耐久性產生影響。

1.3.2 抗滲性能測試方法

為驗證摻入粉煤灰和在不同水灰比下的混凝土抗滲透性，本文選取 RCM氯離子擴散法來測定再生混凝土的抗滲透性能。具體計算則采用《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中關于單位長度下氯離子滲透的深度公式，具體見下：

其中: t ——通電時間，h；

D—— 非穩態離子遷移速度， 1 0-12m2/s ；

Xd——氯離子平均滲透值，mm；

U——施加電壓，V；

L——混凝土試件厚度，mm。

在上述的公式中，T、L、t、U、Xd等需要在試驗中進行測定。

具體的操作步驟是：

（1）取出養護的混凝土試件擦干，并用游標卡尺測量混凝土試件的直徑和高度。同時在真空狀態下用去離子的飽和NaOH溶液對試件進行浸沒1 h，然后取出在常壓下浸沒18 h；

（2）將試件裝入PVC套筒之中，并通過圖2所示的試驗裝置電極裝置進行試驗。

圖2 RCM 氯離子擴散試驗裝置Fig.2 RCM chloride diffusion test device

（3）取出試件，然后結合 AgNO3顯色反應原理對經電離后的混凝土試件進行測試，查看氯離子浸入深度。

2 試驗結果與分析

2.1 試驗結果

根據上述的試驗方法和實驗步驟，并通過公式（5）計算，得到在不同養護周期下的混凝土試件氯離子擴散系數，具體見表2和表3。

表4 28 d試件氯離子滲透深度Table 4 Chloride penetration depth of 28d specimens mm

表5 56 d試件氯離子滲透深度Table 5 Chloride penetration depth of 56d specimens mm

2.2 結果分析

2.2.1 不同摻量下的氯離子擴散系數

通過上述的結果可以看出，隨著粉煤灰摻量的不斷增加，在不同水灰比下，混凝土試件的抗氯離子滲透性系數在逐步變小，具體以28 d養護周期結果進行統計，具體見圖3所示。

根據該組數據可以看出，粉煤灰摻量對提升混凝土的抗滲性能具有重要的促進作用。出現這種問題的原因，與粉煤灰中的自身成分有很大的關系。粉煤灰顆粒相對較小，對于再生混凝土中的再生骨料來講，就可以起到填充的作用，從而改善再生混凝土的孔隙結構，并可以有效的降低混凝土中的水化熱等反應。在粉煤灰中具有火車灰的活性，這種性質的具備，使其可以和再生骨料中的氫氧化鈣反應，進而降低氫氧化鈣的濃度，并生成水化的硅酸鈣和鋁酸鈣。

圖3 不同摻量下的氯離子擴散系數變化Fig.3 Variation of chloride diffusion coefficient with different amounts

2.2.2 不同水灰比下的氯離子擴散系數

同樣以28 d養護周期的混凝土試件為例，對其氯離子擴散系數進行統計分析，進而可以圖4所示的結果。

圖4 不同水灰比下的氯離子擴散系數Fig.4 Diffusivity of chloride ion at different water cement ratio

通過上述的結果看出，隨著水灰比的不斷增加，其氯離子擴散系數逐步增大。而通過該結果說明，水灰比越小，說明混凝土的抗氯離子滲透性能越好，進而其抗滲透性越好。反之，水灰比越大，說明抗滲透性越差。產生上述的原因，主要在于較低的水灰比通常可以提高彈性模量，從而使得水泥石和骨料之間的彈性模量差距減小，最終導致界面過渡區的孔隙率下降。而水灰比越小，說明孔隙率越小，相反則越大。

3 結束語

通過上述的研究看出，在對再生混凝土的制備中，通過產量適量的粉煤灰，并在一定的水灰比下，可以提高再生混凝土的抗滲透性能，最終提高混凝土的耐久性。本文則通過試驗得到，當粉煤灰摻量在30%，水灰比在0.49的時候，混凝土試件的抗滲透性能最佳。

［1］朱平華,張鑫鑫. 路用透水性再生混凝土研究現狀與發展趨勢[J]. 混凝土,2015(10):144-148.

［2］劉肖凡,白曉輝,李繼祥. 粉煤灰改性透水混凝土路面性能的模型試驗研究[J]. 武漢輕工大學學報,2016,35(03):56-59+76.

［3］羅伯光,覃荷瑛. 礦物摻和料對再生混凝土抗氯離子滲透性能的影響研究[J]. 公路工程,2014,39(05):114-118.

［4］沙東,孫建剛,郝進鋒,王振,崔利富. 用于北方滿族民居墻體的再生混凝土性能研究[J]. 當代化工,2017,46(01):42-46+50.

［5］陳少軍. 礦物摻和料對再生混凝土性能影響研究[J]. 湖南交通科技,2017,43(01):80-83.

［6］肖建莊,胡博,丁陶. 再生混凝土早期抗開裂性能試驗研究[J]. 同濟大學學報(自然科學版),2015,43(11):1649-1655.

［7］陳威文,肖景平,付佳麗. 粉煤灰摻量對再生混凝土力學性能影響的試驗研究[J]. 工程與建設,2015,29(05):651-654.

［8］彭建庭,湯文秀,張云蓮. 粉煤灰和再生粗骨料摻量對再生混凝土性能的影響[J]. 科技通報,2017,33(03):159-162.

［9］黃海生,鄭建嵐. 粉煤灰和礦粉對再生混凝土徐變性能影響的研究[J]. 福州大學學報(自然科學版),2017,45(02):206-211.

Test and Performance Research of Modified Concrete

PEI Cuo-ping
（Tongchuan Vocational and Technical College, Shaanxi Tongchuan 72700, China）

Aiming at the problems that the surface of waste concrete recycled aggregate attached a lot of residual cement slurry, and the gap between the old and new mortar was large, which led to the durability problem of recycled concrete, combined with the characteristics of fly ash, recycled aggregate was modified and a certain amount of fly ash was mixed in the concrete, so as to fill the large gap of recycled aggregate. Finally, the modified concrete resistance to chloride ion penetration was investigated by using the test methods. Experimental results show that the fly ash can improve the anti permeability performance of recycled concrete, and when the fly ash content is 30%, the performance of resistance to chloride ion penetration is the best.

Recycled concrete;Fly ash;Permeability;Anti chloride ion;Modification

TQ 047.5

A

1671-0460（2017）11-2236-03

2017-08-07

裴挫萍（1981-），女，陜西省興平人，講師，碩士研究生，研究方向：從事硅酸鹽材料技術工作。E-mail：peicuoping19817@12.com。