粉煤灰摻量對(duì)建筑廢料再生混凝土性能的影響研究

甘 文

(南寧市交通運(yùn)輸綜合執(zhí)法支隊(duì)，廣西 南寧 530012)

0 引言

隨著建筑工程的大規(guī)模發(fā)展，消耗了大量混凝土，導(dǎo)致天然骨料產(chǎn)量極為緊張，同時(shí)，舊建筑拆除過程中也產(chǎn)生了大量建筑廢料，極大浪費(fèi)了土地資源[1-2]。因此，若能將建筑廢料經(jīng)加工處理后替代天然骨料，不僅能解決建筑廢料堆放問題，還能有效解決天然骨料資源緊張問題[3-4]。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)建筑廢料制備再生混凝土領(lǐng)域展開了大量研究，如張婷婷等[5]研究了不同聚丙烯纖維摻量對(duì)高溫后再生混凝土力學(xué)性能的影響，分別建立了試件高溫后的質(zhì)量損失率、殘余抗壓強(qiáng)度相對(duì)值和殘余抗折強(qiáng)度相對(duì)值與受試溫度的關(guān)系曲線。孫道勝等[6]探討了不同工藝制備的再生骨料引起的缺陷差異及其對(duì)再生混凝土干燥收縮和力學(xué)性能的影響機(jī)理，發(fā)現(xiàn)反擊式破碎+整形制備的再生骨料界面性能最好。

胡志等[7]研究了再生粗骨料的摻量、最大粒徑、不同級(jí)配形式、間斷級(jí)配再生粗骨料的摻量等因素對(duì)混凝土性能的影響。李恒等[8]考慮再生混凝土強(qiáng)度等級(jí)、再生骨料取代率、礦物摻合料種類及取代率等因素，設(shè)計(jì)了23組試驗(yàn)配合比，研究了再生混凝土立方體抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的變化規(guī)律。目前，關(guān)于普通再生混凝土性能的研究已相對(duì)完善，而關(guān)于增強(qiáng)再生混凝土性能的研究還有待進(jìn)一步完善。基于此，本文通過研究不同粉煤灰摻量對(duì)建筑廢料再生混凝土工作性能、力學(xué)性能及抗凍性能的影響規(guī)律，證明粉煤灰的摻入可有效增強(qiáng)再生混凝土的整體性能，有助于提升建筑廢料在再生混凝土中的利用率。

1 原材料

(1)水泥：采用P·O42.5R硅酸鹽水泥，其基本物理力學(xué)特性如表1所示。

表1 水泥基本物理力學(xué)特性表

(2)骨料：天然粗骨料選用粒徑為5～16 mm的卵石，再生粗骨料選用由建筑廢棄混凝土破碎、加工、篩分后得到的碎石，粒徑為5～20 mm，按照《混凝土用再生粗骨料》(GB/T25177-2010)規(guī)范要求測(cè)試再生骨料基本特性，結(jié)果見表2。細(xì)骨料選用普通河沙，其細(xì)度模數(shù)為2.7。

表2 粗骨料基本特性表

(3)粉煤灰：選用Ⅱ級(jí)粉煤灰，其基本物理力學(xué)特性如表3所示。

表3 粉煤灰基本物理力學(xué)特性表

(4)減水劑和拌和水：減水劑采用聚羧酸高效減水劑，減水率為27.2%。拌和水采用市政用水。

2 試驗(yàn)方法及配合比設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)方法

按照《公路水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E50-2005)規(guī)范要求，分別對(duì)15組再生混凝土試件的工作性能和力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，其中工作性能通過坍落度試驗(yàn)來評(píng)價(jià)，力學(xué)性能通過抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)來評(píng)價(jià)。按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50082-2009)規(guī)范要求，分別對(duì)15組再生混凝土試件進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，通過質(zhì)量損失率和相對(duì)動(dòng)彈性模量變化情況來評(píng)價(jià)再生混凝土的抗凍耐久性能。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

為研究粉煤灰摻量對(duì)建筑垃圾再生混凝土性能的影響，設(shè)計(jì)再生骨料摻量為0%、30%及70%的3組再生混凝土試件，分別調(diào)整粉煤灰摻量為0%、10%、20%、30%和40%，共計(jì)15組試件，并針對(duì)15組再生混凝土試件的工作性能、力學(xué)性能及抗凍耐久性能變化規(guī)律進(jìn)行對(duì)比分析，其中再生骨料摻量為30%的5組混凝土基準(zhǔn)配合比如表4所示。

表4 再生混凝土配合比設(shè)計(jì)表

3 結(jié)果與分析

3.1 工作性能

為研究粉煤灰摻量對(duì)再生混凝土工作性能的影響，分別針對(duì)粉煤灰摻量為0、10%、20%、30%、40%的3組不同再生骨料摻量混凝土試件坍落度進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同摻量的再生混凝土坍落度變化曲線圖

根據(jù)圖1可知，隨著再生骨料摻量的增加，不同粉煤灰摻量的再生混凝土坍落度均不斷減小，原因是再生骨料的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)和吸水率均要大于天然骨料，因此再生骨料摻量越多，再生混凝土的坍落度越小。隨著粉煤灰摻量的增加，不同再生骨料摻量的再生混凝土坍落度均呈不斷增大趨勢(shì)變化，且增長(zhǎng)趨勢(shì)較為顯著，原因是粉煤灰的比表面積較大，降低了水泥漿體和骨料接觸面的摩擦力，從而有效提升了混凝土的和易性，由此說明粉煤灰的摻入對(duì)于低摻量和高摻量建筑廢料再生混凝土的工作性能均有明顯改善效果。

3.2 力學(xué)性能

為研究粉煤灰摻量對(duì)再生混凝土力學(xué)性能的影響，分別針對(duì)粉煤灰摻量為0、10%、20%、30%、40%的3組不同再生骨料摻量混凝土試件抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 不同摻量的再生混凝土抗壓強(qiáng)度變化曲線圖

根據(jù)圖2可知，隨著粉煤灰摻量的增加，不同再生骨料摻量的再生混凝土抗壓強(qiáng)度均呈先增后減趨勢(shì)，說明粉煤灰的摻入會(huì)對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)粉煤灰摻量<20%時(shí)，不同再生骨料摻量的再生混凝土抗壓強(qiáng)度均出現(xiàn)小幅提升，原因是少量粉煤灰的摻入有效激發(fā)了水泥活性，充分填充了混凝土結(jié)構(gòu)孔隙，從而增強(qiáng)了再生混凝土的抗壓能力。但當(dāng)粉煤灰摻量>20%后，不同再生骨料摻量的再生混凝土抗壓強(qiáng)度均顯著降低，原因是過量的粉煤灰無法完全填充混凝土結(jié)構(gòu)孔隙，導(dǎo)致其抗壓能力下降，因此適量摻入粉煤灰有助于提升再生混凝土抗壓強(qiáng)度。

圖3 不同摻量的再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度變化曲線圖

根據(jù)圖3可知，隨著粉煤灰摻量的增加，不同再生骨料摻量的再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度均呈先增后減趨勢(shì)，說明粉煤灰的摻入會(huì)對(duì)再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度產(chǎn)生一定影響。當(dāng)粉煤灰摻量<20%時(shí)，不同再生骨料摻量的再生混凝土抗壓強(qiáng)度均出現(xiàn)小幅提升，說明適量摻入粉煤灰可提升再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度。但當(dāng)粉煤灰摻量>20%后，不同再生骨料摻量的再生混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度均顯著降低，說明過量摻入粉煤灰會(huì)降低再生混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度。綜合不同粉煤灰摻量對(duì)再生混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律來看，粉煤灰摻量選擇20%對(duì)于改善建筑廢料再生混凝土的力學(xué)性能效果較為顯著。

3.3 抗凍耐久性能

依次對(duì)粉煤灰摻量為0、10%、20%、30%、40%的3組不同再生骨料摻量混凝土試件進(jìn)行300次凍融循環(huán)試驗(yàn)，并針對(duì)再生混凝土的質(zhì)量損失率和相對(duì)動(dòng)彈性模量變化規(guī)律進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 不同摻量的再生混凝土質(zhì)量損失率變化曲線圖

根據(jù)圖4可知，隨著粉煤灰摻量的增加，不同再生骨料摻量的再生混凝土質(zhì)量損失率均呈不斷減小趨勢(shì)，說明粉煤灰的摻入可降低再生混凝土在凍融環(huán)境下的質(zhì)量損失。其中粉煤灰摻量由0增至20%時(shí)，3組再生混凝土試件的質(zhì)量損失率減小幅度較為顯著，但粉煤灰摻量由20%增至40%時(shí)，3組再生混凝土試件的質(zhì)量損失率減小幅度較為平緩，由此說明少量摻入粉煤灰可有效改善再生混凝土的質(zhì)量損失率，但過量摻入粉煤灰對(duì)于再生混凝土的質(zhì)量損失率改善效果不大，原因是適量粉煤灰的摻入可有效填充漿體孔隙，從而提升混凝土的整體密實(shí)度。

根據(jù)圖5可知，隨著粉煤灰摻量的增加，不同再生骨料摻量的再生混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量均呈不斷增大趨勢(shì)，說明粉煤灰的摻入可提升再生混凝土在凍融環(huán)境下的相對(duì)動(dòng)彈性模量。其中粉煤灰摻量由0增至30%時(shí)，3組再生混凝土試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量增幅較為顯著，但粉煤灰摻量由30%增至40%時(shí)，3組再生混凝土試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量增幅逐漸平緩，說明粉煤灰的摻入可有效改善再生混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量。綜合不同粉煤灰摻量對(duì)再生混凝土質(zhì)量損失率和相對(duì)動(dòng)彈性模量的影響規(guī)律來看，粉煤灰摻量選擇20%對(duì)于改善建筑廢料再生混凝土的抗凍耐久性能效果較為顯著。

圖5 不同摻量的再生混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量變化曲線圖

4 結(jié)語

(1)不同再生骨料摻量的再生混凝土坍落度均隨著粉煤灰摻量的增加而不斷增大，說明粉煤灰的摻入對(duì)于建筑廢料再生混凝土的工作性能具有明顯改善效果。

(2)粉煤灰摻量<20%時(shí)，不同再生骨料摻量的再生混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度不斷增大，但粉煤灰摻量>20%后，不同再生骨料摻量的再生混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度均顯著降低。綜合來看，粉煤灰摻量選擇20%對(duì)于改善建筑廢料再生混凝土的力學(xué)性能效果較為顯著。

(3)粉煤灰摻量選擇20%對(duì)于不同再生骨料摻量的再生混凝土質(zhì)量損失率改善效果較優(yōu)，粉煤灰摻量為30%的不同再生骨料摻量的再生混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量為較優(yōu)值。綜合來看煤灰摻量選擇20%更有助于增強(qiáng)再生混凝土的抗凍耐久性能。