風積沙再生骨料自密實混凝土抗滲透性能研究

張國星

（新疆大學建筑工程學院）

國家十四五規劃指出，應遵循綠色發展理念，建筑行業不斷推陳出新，河砂的大量開采會嚴重影響環境，人們開始關注風積沙，發現隨著風積沙摻入會使混凝土力學性能上升，但當取代率大于30%時，力學性能開始下降[1-4]，少量風積沙的摻入可以幫助混凝土提高抗氯離子滲透性能[5]，隨著經濟的發展，大量建筑被拆除，再生骨料孕育而生，研究發現再生骨料和天然骨料差異不大，再生骨料在自密實混凝土中具有適用性[6]，有專家對再生骨料自密實混凝土力學性能進行了研究，發現再生骨料取代率為50%時，力學性能最優[7]，還有學者發現再生骨料取代率不大于80%時，再生混凝土抗滲性能無明顯變化[8]，受毛細作用，混凝土經常受到水分子的侵蝕，故對混凝土的抗滲性能的研究十分重要，氯離子也是影響混凝土耐久性的主要因素，混凝土的抗氯離子滲透也十分重要。本文將兩者結合制備自密實混凝土，既可以適應國家綠色發展，幫助新疆地區緩解建筑材料短缺的問題，探究其抗滲透性能，為將來應用提供一定參考。

1 試驗概況

1.1 試驗原材料

1.1.1風積沙

風積沙：本試驗使用新疆本地風積沙，取材于古爾班通古特沙漠。

依據《建設用砂》[9]對風積沙的表觀密度及粒徑級配及進行測定。基本物理性能見表1。

表1 風積沙基本物理性能

1.1.2再生骨料

本試驗所使用的再生粗骨料來源于烏魯木齊市誠而信檢測公司的廢棄混凝土試塊。

根據《混凝土用再生粗骨料》[10]中粗骨料的表觀密度、堆積密度、吸水率、壓碎指標、含泥量、針片狀顆粒含量以及顆粒級配的測定方法對制備的再生骨料和天然卵石骨料進行測定，結果見表2。并將其制備為5～20mm連續級配。

表2 再生骨料物理性能

1.1.3天然砂

選自新疆地區的水洗天然砂。

1.1.4天然卵石骨料

選自新疆地區的采石場,5～20mm連續級配。

1.1.5水泥

為新疆中天銀泰商貿有限公司生產的P·O42.5 普通硅酸鹽水泥。

1.1.6粉煤灰

粉煤灰來自新疆中天銀泰商貿有限公司。

1.1.7減水劑

取自烏魯木齊市某攪拌站，類型為聚羧酸型減水劑，其減水效率為25%～30%。

1.2 配合比

本試驗以風積沙和再生骨料為變量設計10 組配合比。材料用量如表3所示。

表3 混凝土配合比

1.3 試驗方案

風積沙再生骨料自密實混凝土工作性能試驗參照《自密實混凝土應用技術規程》[11]從坍落擴展度、J 型環差值及離析率進行評測，不同配合比風積沙再生骨料自密實混凝土滿足規范[11]要求，根據表配合比，制備150mm×150mm×150mm 試 塊，每 組 三 個，參 照GB/T 50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》[12]，按照規定養護齡期內的立方體混凝土試件進行抗壓強度性能測試，依據GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》[13]，制備2 種不同尺寸的試驗試塊制備上口直徑175mm，下口直徑185mm，高度150mm，測定混凝土抗滲透性能的圓臺體試件，尺寸為直徑100mm，高度50mm，測定混凝土抗氯離子性能的圓柱體試件。

2 結果與分析

2.1 抗壓強度試驗結果分析

十組配合比下的風積沙再生骨料自密實混凝土基本力學性能結果如表4 所示，不同齡期下立方體抗壓強度會受到風積沙和再生骨料取代率的影響，從表4 中3天抗壓強度結果可以看出早期風積沙取代率為20%的自密實混凝土的抗壓強度與A0-R0 之間差異并不明顯，當風積沙取代率＞40%，再生骨料取代率大于50%后，其抗壓強度可以看出明顯差異，不管風積沙在取代率為20%、40%還是60%時，其3 天抗壓強度隨著再生骨料的取代率呈現先上升后下降，在再生骨料取代率為50%時，不同風積沙取代率的自密實混凝土抗壓強度最高值，表4 可以看出風積沙再生骨料自密實混凝土的7 天抗壓強度結果整體達到了設計強度的60%～70%，表4中14 天風積沙再生骨料自密實混凝土抗壓強度成波浪形，風積沙為變量時，波峰在再生骨料取代率為50%，再生骨料為變量時，波峰在風積沙取代率20%，表4 中28天風積沙再生骨料自密實抗壓強度除風積沙取代率為60%，其余配合比達到設計強度，但是可以看出大摻量的風積沙和再生骨料對混凝土早期強度受影響較小，后期強度影響較大。其中風積沙取代率為20%，再生骨料取

表4 抗壓強度

代率為50%時，自密實混凝土的強度最高，風積沙取代率為60%，再生骨料取代率為75%時，風積沙再生骨料自密實混凝土的28d抗壓強度未達到設計強度的95%，28d抗壓強度A20-R50＞A0-R0＞A20-R25＞A40-R50＞A40-R25＞A20-R75＞A60-R50＞A40-R75＞A60-R25 ＞A60-R75。

2.2 抗水滲透試驗結果分析

從表5 中可以看出，風積沙再生骨料自密實混凝土的抗水滲透能力隨著風積沙和再生骨料取代率的上升，呈波浪式下降，在風積沙取代率為20%的情況下，再生骨料取代率為25%時，其抗滲性能最好，再生骨料取代率≥50%時，抗滲等級開始下降，風積沙屬于特細砂，相較于天然砂表觀密度更高，風積沙的少量摻入可以填充再生骨料表面部分較小的孔隙，使再生骨料更加密實，同時風積沙具有一定活性，會促進水泥水化，進一步增強風積沙再生骨料自密實混凝土密實度，從表5 中可以看出A0-R0、A20-R25 及A20-R50 的抗水滲透能力較好，但隨著再生骨料取代率繼續增加，風積沙再生骨料自密實混凝土內部孔隙含量上升明顯，導致其抗滲透性能下降，同時風積沙取代率的上升也會影響風積沙再生骨料自密實混凝土的抗滲透性能，原因在于風積沙取代率過大時，風積沙顆粒無法均勻分布在混凝土中，會被膠凝材料包裹成球體等形狀，一旦風積沙顆粒集團表面包裹的膠凝材料出現破壞，水分子會快速進入混凝土內部，導致其抗滲透性能下降。A20-R25 抗滲透性能相較于其余配合比效果最佳，最大滲水壓力值為1.5MPa，A60-R75 抗滲透性能最差，P=8。故建議將風積沙再生骨料自密實混凝土運用到抗滲要求較高的建筑時，風積沙取代率不超過20%，再生骨料取代率不超過50%。

表5 最大滲水壓力值及抗滲等級

不同配合比的風積沙再生骨料自密實混凝土抗滲透結果如表5所示。

2.3 抗氯離子滲透試驗結果分析

本論文通過電通量法來確定不同配合比的風積沙再生骨料自密實混凝土的抗氯離子侵蝕性能，如表6所示。

表6 總電通量

從表6中可以分析出，風積沙取代率20%，再生骨料取代率25%的自密實混凝土較A0-R0的抗氯離子侵蝕效果好，原因在于風積沙具有一定的活性，可以促進水泥水化，使混凝土內部更加密實，同時，可以填充再生骨料內部部分孔隙，使再生骨料更加密實，其余配合比風積沙再生骨料自密實混凝土的抗氯離子侵蝕性能均不如A0-R0，其中A20-R50 與A0-R0 電通量總值相差不大，風積沙取代率大于20%，再生骨料取代率大于50%，風積沙再生骨料自密實混凝土的抗氯離子侵蝕性能急劇下降，原因在于風積沙取代率的增加導致細骨料級配發生改變，同時再生骨料內部缺陷隨著取代率的增大而越發明顯，不同配合比風積沙再生骨料自密實混凝土抗氯離子性 能 大 小：A20-R25＞A0-R0＞A20-R50＞A40-R25＞A40-R50＞A20-R75＞A60-R25＞A40-R75＞A60- R50 ＞A60-R75,A60-R75相比于A20-R25增加了28%。

2.4 抗水滲透性與抗氯離子滲透性能的關系

從抗水滲透和抗氯離子滲透中可以分析得出A20-R25 抗滲等級最高，對應著電通量值最小，說明風積沙取代率20%，再生骨料取代率25%時，自密實混凝土密實度較高，A20-R50電通量值與A0-R0電通量值差異較小，從抗滲等級中反映出兩者抗滲等級相等，都為19，從抗滲等級曲線整體上看，隨著風積沙和再生骨料取代率的增加，線呈波浪形上升，對應著電通量成波浪形下降，可以看出，當風積沙取代率大于40%和再生取代率大于50%時，自密實混凝土最大滲水壓力值急劇下降，對應著6 小時總電通量值急劇上升，說明其密實度較差。綜合抗水滲透性能及抗氯離子滲透性能不建議風積沙取代率大于20%，再生骨料取代率大于50%。

3 結論

⑴從工作性能上看隨著風積沙和再生骨料取代率不斷增加，自密實混凝土工作性能開始逐漸下降。

⑵從力學性能上看風積沙再生骨料自密實混凝土抗壓強度，當風積沙取代率為定值時，隨著再生骨料取代率的增加，立方體抗壓強度先上升后下降，將再生骨料取代率作為定值時，隨著風積沙取代率的增加，抗壓強度逐漸下降，其中風積沙取代率為20%，再生骨料取代率為50%時，其抗壓強度相比于其他九種配合比更高。

⑶從抗滲等級可以得出A20-R25 抗滲效果最好，原因在于少量風積沙的摻入不僅可以幫助水泥水化，同時會填充再生骨料中微小孔隙，使再生骨料密實，但隨著風積沙和再生骨料取代率的增加，抗滲等級逐漸下降，A60-R75最大滲水壓力值最低，與A20-R25相差0.6MPa。

⑷電通量與抗滲等級具有一定關聯，抗滲等級越高，電通量越下，說明混凝土越密實，抗氯離子性能最好的風積沙再生骨料自密實混凝土為風積沙摻量為20%，再生骨料摻量為25%。