再生水泥混凝土界面結構區的影響因素

嚴天巍魏鴻

(重慶交通大學 土木與建筑學院，重慶 400074)

再生水泥混凝土界面結構區的影響因素

嚴天巍1魏鴻2

(重慶交通大學 土木與建筑學院，重慶 400074)

與普通水泥混凝土相比，再生水泥混凝土的材料組成和內部結構更為復雜，再生水泥混凝土內部存在天然石料、再生集料、老水泥漿體、新水泥漿體、天然集料－老水泥漿體界面、老水泥漿體－新水泥漿體界面等多種材料和界面。因此，對再生集料以及再生水泥混凝土微觀形貌和ITZ結構影響的研究就顯得尤為重要。 本文分析探討了再生水泥混凝土微觀結構的影響因素，并進一步提出了針對再生水泥混凝土界面過渡區的改善措施。

再生水泥混凝土 再生集料 微觀結構 界面過渡區

1 再生水泥混凝土微觀結構的影響因素分析

再生水泥混凝土微觀結構的復雜性和組成的多樣性是其與普通水泥混凝土之間的重要差別，也是導致其性能劣勢的主要原因[1]。微觀結構對水泥混凝土性能的重要影響是勿庸置疑的，混凝土的微觀結構伴隨著混凝土的整個形成和使用周期。混凝土的生產和使用是在一個開放式的環境中進行的，要受到諸如原材料、生產工藝以及使用環境等多方面因素的影響[2]。再生水泥混凝土的微觀結構也要受到這些因素的影響或限制。

1.1原材料以及制備工藝方面的影響

1.1.1 水泥的影響

水泥的影響包括如下3個方面：a．水泥的類型和礦物組成；b．水泥的細度；c．水泥的粒徑分布。水泥中石膏的含量影響AFt晶體在界面過渡區的形成與生長。當水泥中的含量相對較高時，生成的CH和 AFt也較多，這會影響界面過渡區的結構和孔隙率[3]。當摻入活性混合料時，由于其參與二次反應，吸收CH從而可使界面過渡區的微觀結構得到改善。水泥的細度會影響到界面過渡區的堆積密度，從而影響界面過渡區的微觀結構[3]。

1.1.2 集料的影響

集料的類型會影響到混凝土的力學性能。這種影響不管在多大程度上是由于集料本身的作用，也不管在多大程度上是由于集料與漿體之間的界面過渡區的作用，但從集料品種不同而引起的混凝土彈性模量的差異可以看出：集料－水泥漿之間的界面過渡區對混凝土性能產生的影響是肯定的。對于再生集料而言，由于再生集料在漿料拌和過程中吸水而在水泥水化過程中釋放水分，同時細小顆粒的膠凝材料粒子在攪拌過程中可以進入集料表面較粗大的空隙中[3]。從而在一定程度上改善了集料與漿體之間界面過渡區的結構。實際上，再生集料自身的孔隙率、飽水程度以及毛細管現象等都會影響到界面過渡區的形成過程[3]。

1.1.3礦物混合材的影響

有研究表明[4]，具有活性以及具有潛在活性的混合料可以與CH反應，從而提高界面過渡區的密實度，并影響AFt和CH在界面過渡區的取向性[4]。細度比水泥高的惰性以及活性混合材可以填充水泥粒子之間的空隙，提高集料與漿體之間界面過渡區的堆積密度、減少泌水，從而在一定程度上可以提高界面過渡區以及整個水泥混凝土材料的性能。礦物混合材粒徑的分布同樣也會影響到漿體的穩定性問題，級配不良的礦物混合材的摻入可能會增加漿體的泌水。

1.1.4配合比以及成型工藝等因素的影響

配合比對再生水泥混凝土微觀結構的影響一方面表現在水灰比大小的改變對界面過渡區厚度的影響；另一方面在于集料體積率提高或集料粒徑的減少很有可能產生集料之間的相互影響，這種影響必然反映到ITZ的微觀結構上來，但關于這部分內容目前研究得很少。對前者的研究結果認為[5]在材料成型過程中過度振搗將使集料下部的局部泌水增加，同時整個試件的表面泌水也會增加，這對界面過渡區以及整個水泥混凝土材料的性能是無益的。

1.2 環境因素的作用

環境因素的作用破壞或降低了再生水泥混凝土的微觀結構性能，作用結果則體現在再生水泥混凝土宏觀力學性能和耐久性的損失上面。使用過程中對再生水泥混凝土材料微觀結構產生影響的環境因素大致包括以下幾個方面：

1.2.1荷載的作用

有研究者[6]采用Wood’s合金的研究方法對水泥混凝土內部裂紋隨荷載產生的變化進行了研究。結果發現：在加載以前，界面過渡區就存在微裂紋，在單軸壓縮荷載達極限荷載的30%左右以前，界面裂紋一直保持穩定。當荷載達極限荷載的70%～90%時，裂紋穿過基體與其它界面裂紋搭接，并形成連續裂紋。

1.2.2凍融破壞

由于界面過渡區的多孔性，當水分侵入到界面過渡區后，凍融循環作用在對水泥漿基體部分造成損傷的同時，也會對界面過渡區的微觀結構造成損傷。然而，目前界面過渡區對混凝土抗凍性能影響方面的研究做得還很少[7]。

由以上分析可以看出：實際上，整個界面過渡區的微觀結構是從材料制備到使用過程中經上述各種因素共同作用的結果；只是在某些條件下，一些因素占主導地位，而其他因素占次要地位而已。

2再生水泥混凝土界面結構區的改善措施

根據前面對再生水泥混凝土微觀結構界面影響因素的分析結果，再結合普通水泥混凝土界面區結構的改善措施，提出可以從以下方面對再生水泥混凝土界面過渡區結構進行改善：

2.1 摻入活性礦物摻合料

理論上，通過機械活化和酸液活化方法都可以對再生集料表面的狀態加以改善(粗糙化)[8]，而用界面劑、有機耦合劑或環氧樹脂等事先涂抹在集料表面則可以增強集料與水泥漿體(砂漿)之間的粘結強度。文獻[9]將水泥和四種不同外摻超細礦物質與水按比例調成漿液，分別對再生集料進行浸泡、干燥等處理，試驗期望能直接填充再生集料的孔隙[10]。

2.2 改善集料表面狀態

同質地均勻的天然集料相比，再生集料表面凹凸不平，容易與水泥漿體之間建立較高的物理粘結強度；再生集料由于較高的表面活性，容易與水泥漿體反應形成較高的化學粘結強度。文獻[11]認為，采用高強的再生集料可以配制出強度相對較高的再生水泥混凝土。文獻[12]認為采用硅灰水泥漿液和無機鋁鹽復合防水劑漿液可以強化再生集料，改善其表面狀態。

References)

[1]陸凱安·我國建筑垃圾的現狀與綜合利用·施工技術·1999 (5 )：35－37

[2]吳賢國，郭敬松，李惠強等·建筑廢料的再生利用研究·建筑技術與應用·2004〔1〕：21－23

[3]陳惠蘇 等·水泥基復合材料集料與漿體界面研究綜述(二):界面微觀結構的形成、劣化機理及其影響因素·硅酸鹽學報·2004

[4]甄正.灌注砂漿的配制及其對預填骨料混凝土的影響.碩士學位論文[D].汕頭大學.2011

[5]魏鴻·碩士學位論文[D]·重慶交通大學·2006

[6]張亞梅，秦鴻根，孫偉·再生混凝土配合比設計初探[J]·混凝土與水泥制品·No，1，2002∶7—9

[7]陳永剛，曹貝貝·再生混凝土國外發展動態·廣東建設信息·2005年3月．第3期∶57－58

[8]張超，丁紀中·廢棄水泥混凝土再生集料在半剛性基層中的應用·長安大學學報（自然科學版）·2002年．22（5）：1－4

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