再生混凝土耐久性試驗(yàn)方法分析

廖一

摘要：本文分析了再生混凝土耐久性試驗(yàn)方法，包括確定試驗(yàn)方案，配合比設(shè)計(jì)，試驗(yàn)原材料預(yù)處理等。

關(guān)鍵詞：再生；混凝土；耐久性

本文主要研究不同水膠比、不同粉煤灰取代率對(duì)再生混凝土抗碳化耐久性能影響及不同粉煤灰取代率對(duì)再生混凝土抗凍融耐久性的影響。

1試驗(yàn)方案的確定

正交試驗(yàn)?zāi)軌蛟跍p少工作量的同時(shí)得到良好的預(yù)測(cè)效果，應(yīng)該為此次試驗(yàn)的首選設(shè)計(jì)方法，但是本次研究要使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這一工具進(jìn)行再生混凝土碳化深度預(yù)測(cè)，需要大量樣本進(jìn)行訓(xùn)練，利用訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)；同時(shí)考慮，水膠比對(duì)再生混凝土抗凍融性能的影響這一內(nèi)容，可僅研究粉煤灰取代率對(duì)再生混凝土抗凍融性能的影響。

綜上所述，最終選定因子設(shè)計(jì)法進(jìn)行再生混凝土抗碳化、抗凍融性能的研究。最終確定試驗(yàn)方案為：采用二因子設(shè)計(jì)法進(jìn)行再生混凝土抗碳化性能究，二種因子分別為水膠比、粉煤灰取代率。水膠比分別取0.42、0.52、0.62；粉煤灰取代率分別為0%、15%、30%、50%。與此同時(shí)，為分析研究再生混凝土應(yīng)用到實(shí)際中可能性，以同等水平下普通混凝土作為對(duì)比試驗(yàn)。單因子設(shè)計(jì)方法進(jìn)行再生混凝土抗凍融性能研究，研究在水膠比為0.42，粉煤灰取代率為0%、15%、30%、50%的組合情況下，再生混凝土的抗凍融耐久性能。同時(shí)，做相同組合的普通混凝土作為對(duì)比。

2配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)所取設(shè)計(jì)最佳的配合比進(jìn)行試驗(yàn)研究。水膠比及粉煤灰取代率見(jiàn)試驗(yàn)方案，砂率均為0.32。其中天然骨料吸水率較小，不予考慮附加吸水量；再生粗骨料的吸水率較大，所以此次設(shè)計(jì)配合比時(shí)，考慮了4.21%的吸水率。

3試驗(yàn)原材料預(yù)處理

由于再生粗骨料堆放在試驗(yàn)室天井中時(shí)間較長(zhǎng)、骨料含泥量較多，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大影響，故首先需要用水沖洗再生骨料，之后放入試驗(yàn)室中烘箱中烘干。拌合混凝土?xí)r處于雨季，砂子含水量也較高，也需要放入烘箱中烘干

后才使用。為保證再生粗骨料充分吸水，采用預(yù)濕法處理再生粗骨料：試驗(yàn)開(kāi)始前24h時(shí)，稱好修正之后的拌合用水量，放入容器之中。將再生骨料放入其中浸泡，并用塑料布覆蓋容器，防止拌合用水的蒸發(fā)。（本次直接將骨料放入強(qiáng)制式攪拌機(jī)之中加水浸泡）

4原材料基本性質(zhì)

（1）粉煤灰

試驗(yàn)采用安徽淮南電廠出產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，主要成分，其主要技術(shù)指標(biāo)符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（6BT1596-2005）的要求。

（2）骨料

再生混凝土的性質(zhì)與再生骨料的來(lái)源與破碎工藝有很大關(guān)系。國(guó)內(nèi)外的一系列試驗(yàn)證明不同破碎工藝、不同來(lái)源的再生骨料拌制而成的再生混凝土力學(xué)性質(zhì)和耐久性能差異很大。

本次試驗(yàn)所用再生粗骨料為合肥工業(yè)大學(xué)課題組剩余骨料。該骨料來(lái)自城市路面混凝土破碎后而得，破碎工藝為反擊式破碎。這種工藝的主要設(shè)備為反擊式破碎機(jī)，它是在錘式破碎機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)發(fā)展的。該破碎機(jī)的主要工作部件是帶有板錘的能夠高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。放入其中的廢棄混凝土塊，在錘擊區(qū)受到板錘撞擊，使其高速拋向反擊板，再次受到?jīng)_擊并反彈到板錘，這樣的過(guò)程循環(huán)往復(fù)。由于廢棄混凝土塊在此過(guò)程中不斷受到撞擊，會(huì)產(chǎn)生大量裂縫，直至破裂，當(dāng)破碎的顆粒的粒度小于板錘與反擊板之間的間隙時(shí)，就會(huì)自動(dòng)卸出。

反擊式破碎機(jī)將各種破碎方式有機(jī)結(jié)合在一起，因此此種破碎工藝具有能耗相對(duì)較低、產(chǎn)品級(jí)配良好、破碎效率高、易損零件少、維護(hù)保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)，是破碎廢棄混凝土、生產(chǎn)再生骨料的理想設(shè)備。

本次試驗(yàn)采用的再生粗骨料有二種基本形態(tài)：1號(hào)粗骨料粒徑較大，表面附著砂漿較多；2號(hào)粗骨料粒徑較小，表面附著少許砂漿。1號(hào)粗骨料附著的水泥砂漿有較多明顯的氣孔，碎石骨料形態(tài)同母體水泥混凝土碎石骨料差別不大。骨料個(gè)體形態(tài)差異性較大，砂漿附著量的多寡不盡相同。由于再生骨料表面附著水泥砂漿，其物理力學(xué)性質(zhì)與普通粗骨料不盡相同。為了解再生粗骨料的物理力學(xué)性質(zhì)，首先對(duì)骨料的基本物理性能進(jìn)行了試驗(yàn)。

（a）骨料級(jí)配

再生集料的級(jí)配是表示構(gòu)成再生集料的不同粒徑顆粒之間組成的相互比例關(guān)系，它是材料的一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。顆粒級(jí)配的優(yōu)劣，關(guān)系到材料的強(qiáng)度與抗收縮性能。試驗(yàn)開(kāi)始前，首先通過(guò)篩分試驗(yàn)，確定粗骨料的顆粒級(jí)配。本次試驗(yàn)采用1號(hào)粗骨料與2號(hào)粗骨料重量之比為3：2，根據(jù)此比例并結(jié)合篩分結(jié)果將該級(jí)配繪制成曲線。可知本次試驗(yàn)所采用級(jí)配符合《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》（JGJ53-92）的要求。

（b）外觀形狀與表面構(gòu)造

再生骨料在制備過(guò)程中，由于破碎工藝的關(guān)系，再生粗骨料外觀形狀較為扁平，同時(shí)有少許棱角。將粗集料顆粒的最小厚度方向與最大長(zhǎng)度方向的尺寸之比小于0.4的顆粒稱之為針片狀顆粒。針片狀顆粒對(duì)混凝土的流動(dòng)性有不利的影響，同時(shí)影響石子與砂、膠凝材料等的握裹效應(yīng)，會(huì)對(duì)混凝土的耐久性產(chǎn)生不利影響。因此針片狀顆粒含量必須在一個(gè)合適的范圍。我國(guó)《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30—2003）規(guī)定：碎石中針片狀顆粒含量不得超過(guò)15%。由于本次再生骨料用反擊破碎機(jī)破碎而得，生產(chǎn)出的再生骨料多呈立方體，其針片狀含量較少。試驗(yàn)結(jié)果表明，再生粗骨料的針片狀顆粒含量為6.5%，而天然粗骨料的針片狀顆粒含量為9.7%。因此，單就針片狀顆粒含量來(lái)說(shuō)，再生粗骨料優(yōu)于天然粗骨料。二者均符合規(guī)范要求。

普通骨料表面較為光滑，再生粗骨料表面較為粗糙，附著較多砂漿。

（c）吸水率

再生骨料由于表面附著大量砂漿，導(dǎo)致其孔隙率會(huì)大于天然骨料。而且在其破碎過(guò)程中，骨料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的微孔隙。所以一般情況下，再生骨料的吸水率會(huì)大于天然骨料。對(duì)于不同來(lái)源、不同破碎工藝、不同粒徑的再生骨料吸水率是不同的。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此做了大量的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)最終結(jié)果較為離散，但基本上可以得出再生骨料的吸水率與其表觀密度成反比的結(jié)論。

再生骨料的吸水率與骨料粒徑的關(guān)系，由此可見(jiàn)，再生骨料的吸水性及吸水率都隨著骨料粒徑的增大而迅速減小。有些學(xué)者認(rèn)為再生粗骨料吸水率是其區(qū)別于天然骨料最重要的特征。再生混凝土在設(shè)計(jì)配合比時(shí)候要考慮其吸水率，增加拌合用水量。所以要在試驗(yàn)前首先測(cè)定再生粗骨料和普通粗骨料的吸水率，本次試驗(yàn)所采用的普通粗骨料24h吸水率為0.37%，再生粗骨料24h吸水率為4.21%。

（d）密度

一般而言，由于再生粗骨料表面附著砂漿較多、孔隙率較大，再生骨料制備過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的微觀裂紋，都會(huì)導(dǎo)致再生粗骨料的密度低于普通粗骨料的密度。但是不同學(xué)者試驗(yàn)研究所采用的再生骨料來(lái)源不一、破碎工藝不一，導(dǎo)致了再生粗骨料的表觀密度相差較大。本次試驗(yàn)所采用的粗骨料由于骨料來(lái)源、破碎工藝較好，所測(cè)得的表觀密度與其他學(xué)者所采用的粗骨料相比略大，約為2700kg/m³，而天然粗骨料的表觀密度約為為2900kg/m³。

（3）水泥、砂、水

水泥采用安徽海螺水泥股份有限公司生產(chǎn)的P.0 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。其主要成分見(jiàn)表2-7，主要技術(shù)指標(biāo)可以看出，試驗(yàn)所用水泥符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB175-1999）的技術(shù)要求。

試驗(yàn)采用的砂為巢湖砂、水為合肥市飲用自來(lái)水。

5凍融試驗(yàn)及快速碳化試驗(yàn)

規(guī)范推薦中凍融循環(huán)試驗(yàn)有三種方法，即慢動(dòng)法、快凍法、單面凍融法。其中慢動(dòng)法適用于氣凍水融條件下，混凝土抗凍融耐久性的研究；快凍法適用于水凍水融條件下混凝土抗凍融耐久性的研究；單面凍融法適用于測(cè)定混凝土試件在大氣環(huán)境下且與鹽接觸的條件下，混凝土抗凍融耐久性的研究。慢凍法試驗(yàn)周期長(zhǎng)、試驗(yàn)誤差大、試驗(yàn)工作量大等較多的不足之處，而快凍法在這些方面都等克服慢凍法的不足。因此本次試驗(yàn)采用快凍法研究再生混凝土的抗凍融耐久性。endprint