受硫酸鹽侵蝕粗骨料再利用試驗研究

陳俊鋒 范僖達

(蘭州大學土木工程與力學學院,甘肅 蘭州 730000)

1 概述

2 試驗方法及實驗材料

2.1 試驗材料

本試驗材料采用的水泥是P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，比表面積為370 m2/kg；細骨料為水洗砂，各項指標各項技術性質均符合JGJ 52—2006普通混凝土用砂質量標準[5]的要求。顆粒級配良好，細度模數為3.5。粗骨料使用天然卵石以及再生粗骨料。粗骨料的基本性能見表1；外加劑選用減水劑和早強劑。拌合水為自來水。減水劑：萘系減水劑；早強劑:洪福牌早強劑。硫酸鹽環境采用硫酸鈉粉末以一定比例配置15%硫酸鈉溶液。

表1 粗骨料基本性能

2.2 試件制備

將在硫酸鈉溶液和清水中浸泡后的普通混凝土經人工搗碎，提取其粗骨料清洗并進行篩分，制成再生混凝土。再生混凝土的設計配合比見表2，在保證拌合物具有良好和易性以及坍落度滿足要求的前提下，將混凝土拌合物裝入100 mm×100 mm×100 mm的立方體試模中，在(20±2)℃相對濕度為95%以上的標準養護室進行養護，養護28 d。

表2 再生混凝土配合比設計

2.3 試驗方法

本試驗混凝土設計強度為C30，將天然骨料制成的混凝土取6塊記為A組，養護28 d后測其立方體抗壓強度。其余試塊置于濃度為15%的硫酸鈉溶液中，浸泡的溶液液面要高于混凝土10 mm，分別記為B，C，D。混凝土配合比設計見表2。定期觀察液面變化情況。溶液每隔30 d更換一次，總共浸泡3次，時長90 d。將浸泡完成的混凝土經人工搗碎，提取其粗骨料并對粗骨料進行篩分，篩分范圍5 mm～27 mm。利用再生粗骨料以及天然骨料分別以表2的配合比進行制作，經人工攪拌，保證拌合物具有良好的和易性與良好的坍落度，制成100 mm×100 mm×100 mm的試塊。對于D組的再生混凝土試塊，分別測其3 d,7 d,14 d,28 d的立方體抗壓強度，并設一組B類型的再生混凝土與之對照。其余組別放在20 ℃、濕度大于95%的養護室進行養護至28 d。統一拆模并進行立方體抗壓強度試驗。

3 試驗數據與分析

3.1 表面破壞形態

在進行立方體抗壓強度試驗時，加壓應連續均勻地加荷。加載初期，再生混凝土試塊表面未見裂紋；繼續加載，再生混凝土試塊側表面開始出現豎向裂紋并逐漸明顯，隨之斜向裂紋不斷發展延伸；隨著荷載的不斷增大，試塊表面開始鼓脹、剝落，裂紋逐漸增多且逐漸向內部發展，最終混凝土試塊被破壞。可以看出，再生混凝土與普通混凝土的破壞形態相差不大。再生混凝土塊與普通混凝土塊破壞形態如圖1，圖2所示，兩者破壞的位置都是發生在混凝土塊體內部粗骨料與水泥漿體粘結處，并無粗骨料直接被破壞的情形。由此可見，再生混凝土的強度很大程度上取決于粗骨料與水泥漿體之間的相互作用產生的粘合強度。

3.2 實驗測試結果與討論

首先給出了所測得再生混凝土加入早強劑之后(D組)與不加外加劑的再生混凝土(B組)各試樣3 d,7 d,14 d,28 d的立方體抗壓強度。各組試驗數據見表3。

表3 早強劑對再生混凝土強度的影響

由表3中從B與D兩種試樣類型的不同時期的抗壓強度的變化來看，兩者都隨著混凝土齡期的增長，其抗壓強度都在增大，在28 d時分別達到了40.1 MPa,41.2 MPa。對比B與D試樣類型再生混凝土同時期的抗壓強度，與不加外加劑情況相比，早強劑對再生混凝土早期強度提高明顯，在3 d時強度提高了14%，7 d時提高了24%。對再生混凝土后期強度的提升效果并不明顯。

表4給出了正常混凝土(A組)、再生混凝土(B組)以及加入減水劑的再生混凝土(C組)各試樣的破壞荷載和抗壓強度。

表4 正常混凝土與再生混凝土的抗壓強度

由表4，從A與B兩種試樣類型的立方體抗壓強度來看，再生混凝土的抗壓強度平均值為38.8 MPa,而正常混凝土的抗壓強度平均值為41.16 MPa。兩者相差了5%左右，由于再生對混凝土的粗骨料吸水率較大且在提取過程中其內部結構有輕微損害，使得再生混凝土的強度略低于正常混凝土的強度。

由A,B,C三種試樣類型的立方體抗壓強度來看，在加入減水劑之后的再生混凝土強度得到了明顯的提高，不僅高于再生混凝土的強度而且也高于正常混凝土，加入減水劑的再生混凝土強度比前兩者分別高出19%,14%左右。

本試驗硫酸鹽侵蝕過程采用的全浸泡法的腐蝕試驗，再生混凝土受硫酸鹽侵蝕的速度相對較慢，侵蝕的時間也比較長。由文獻[6]中，腐蝕齡期為150 d左右時，硫酸鹽的腐蝕效果才逐漸明顯，隨著齡期的繼續增長，混凝立方體抗壓強度開始下降。而在腐蝕前期混凝土試塊處于強化階段，混凝土的抗壓強度隨著齡期不斷增大。而本試驗腐蝕齡期只有90 d，再生混凝土的強度與普通混凝土強度差別不大，在加入減水劑的再生混凝土強度比正常混凝土強度高出14%左右，比不加外加劑的再生混凝土強度高出20%。故還需要研究時間效應對硫酸鹽侵蝕粗骨料制成再生混凝土強度的影響。

4 結論

本文采用了控制變量、做對照試驗的方法，研究了再生混凝土受硫酸鹽侵蝕的粗骨料，在加入不同外加劑以及粗骨料取代率不同時，再生混凝土的立方體抗壓強度。發現：1)受硫酸鹽侵蝕粗骨料制成的再生混凝土的抗壓強度能達到正常混凝土強度的95%左右。2)再生混凝土在加入減水劑后，其強度有明顯的提高。就強度方面而言，其滿足了混凝土強度的要求。減水劑能使再生混凝土強度提高20%左右。3)早強劑對再生混凝土強度早期提升顯著，后期增強效果不明顯。4)再生混凝土與正常混凝土的強度隨齡期增長基本相同。然而由于在硫酸鹽腐蝕過程中，浸泡時間過短，導致硫酸鹽腐蝕對再生混凝土的強度影響不明顯。因此，再生混凝土粗骨料受硫酸鹽腐蝕作用時，對其立方體抗壓強度的影響還有待進一步試驗研究。