再生骨料混凝土抗氯離子滲透性正交試驗及其改性研究

洪微萍　謝紅波（潮州市建筑工程質量檢測站；廣東省建筑材料研究院）

再生骨料混凝土抗氯離子滲透性正交試驗及其改性研究

洪微萍1謝紅波2
（1潮州市建筑工程質量檢測站；2廣東省建筑材料研究院）

通過正交試驗考察分析了水灰比、再生骨料摻量、粉煤灰摻量等對再生骨料混凝土抗氯離子滲透性的影響，得出各因素影響作用大小順序為：水灰比＞再生骨料摻量＞粉煤灰摻量，且確定了再生骨料混凝土抗氯離子滲透性最優配比；同時，利用氟硅酸鎂和水玻璃對該配比再生骨料混凝土進行改性，使再生骨料混凝土抗氯離子滲透性分別提高了38.56%和32.84%。

再生骨料混凝土；抗氯離子滲透性；正交試驗；電通量；改性研究

1　引言

混凝土是一種廣泛應用的建筑材料，具有強度高、堅固、成本較低等優點。然而，由于混凝土耐久性不足而導致混凝土開裂、碳化和化學侵蝕等問題時有發生，因此混凝土耐久性問題一直都是人們研究的重點。影響混凝土耐久性的因素非常多，主要有堿-集料反應、混凝土碳化、凍融、侵蝕、鋼筋銹蝕等［1］，其中由于氯離子滲透造成鋼筋銹蝕，而導致混凝土耐久性下降的問題尤其嚴重。

再生骨料混凝土與普通混凝土相比，由于再生骨料存在更多的內部缺陷，利用其制備出的再生骨料混凝土抗氯離子滲透性甚至低于普通混凝土的2～3倍，很大程度上限制了再生骨料混凝土在工程上的大規模應用。

針對以上問題，本文通過對再生骨料混凝土抗氯離子滲透性影響因素進行分析，并設計正交試驗，考察水灰比、再生骨料摻量、粉煤灰摻量對再生骨料混凝土抗氯離子滲透性的影響，選出一個再生骨料混凝土抗氯離子滲透性最優的配比，在此配比基礎上，提出進一步改善再生骨料混凝土抗氯離子滲透性的改性措施。

2　再生骨料混凝土試驗研究

2.1試驗用原材料

⑴水泥：廣州某水泥公司生產的P·O42.5級水泥。

⑵粗骨料：5～25mm連續級配天然碎石；試驗室廢棄混凝土經破碎篩分制備而成，原強度等級為C30；再生粗骨料及天然碎石各項性能如表1所示。

表1　再生骨料及天然骨料各項性能

⑶細骨料：天然河砂，性能符合JGJ52《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》中砂的要求，細度模數為2.9，市售；

⑷粉煤灰：性能符合標準GBT1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中Ⅰ級粉煤灰的要求，市售。

2.2正交試驗設計

再生骨料混凝土配比以水灰比、再生骨料摻量、粉煤灰摻量為影響因素，設計三因素四水平的正交試驗，分析水灰比、再生骨料摻量、粉煤灰摻量對再生骨料混凝土抗氯離子滲透性的影響，正交試驗因素水平如表2所示。

表2　正交因素表

2.3試驗結果

試驗根據正交試驗設計和標準GB/T50082《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中的要求，采用電通量法進行再生骨料混凝土抗氯離子滲透試驗，試驗配比和試驗結果如表3所示。

表3　試驗配比及試驗結果

2.4試驗數據分析

2.4.1直觀分析

對正交試驗數據進行直觀分析，直觀分析表如表4所示。

由正交試驗直觀分析表可知，A因素中2最小，B因素中4最小，C因素中3最小，因此試驗中理論最優配比為A2B4C3，即水灰比0.54，再生骨料摻量70%，粉煤灰摻量20%，即L8組試驗配比，此時再生骨料混凝土的電通量試驗結果為1204庫倫。同時，由極差R分析結果可知，影響因素對再生骨料混凝土抗氯離子滲透性的影響作用主次順序為A＞B＞C，即水灰比對再生骨料混凝土抗氯離子滲透性影響最大，其次是再生骨料摻量，粉煤灰摻量的影響作用最小。

表4　直觀分析

2.4.2水灰比影響效應曲線分析

根據正交試驗數據，繪制水灰比影響效應曲線圖如圖1所示。

圖1　水灰比影響效應曲線圖

由水灰比影響效應曲線圖可知，當再生骨料混凝土水灰比為0.5時，由于再生骨料中石粉含量較高，使再生混凝土拌合物工作性較差，其漿體流動性、粘聚性較差，成型后不能達到最密實狀態，其內部甚至存在較大的空隙，此時再生骨料混凝土氯離子抗滲試驗中的電通量較大；當水灰比為0.54時電通量最低；當水灰比由0.52增加到0.6時，電通量隨著水灰比的不斷增大而增加，這是由于水灰比不斷地增大，混凝土用水量逐漸大于水泥水化需水量，多余的水在混凝土內部形成空隙；同時由于水泥水化產物的體積要小于水化前反應物的體積和，硬化水泥石的體積比水泥漿拌合物體積小，硬化后的水泥石中也會存在空隙。不同的空隙在混凝土內部容易形成連續的通道，使單位時間內通過單位混凝土截面的電量增大，氯離子的擴散系數也越大，導致混凝土抗氯離子滲透性越差［2］。

2.4.3再生骨料摻量影響效應曲線分析

根據正交試驗結果，繪制再生骨料摻量影響效應曲線圖如圖2所示。

由試驗數據及再生骨料摻量影響曲線圖可知，再生骨料混凝土電通量隨著再生骨料摻量的增加而增大，抗氯離子滲透性隨著再生骨料摻量的增加而降低。當再生骨料摻量為70%時，其電通量較摻量100%時降低了19.5%。對于再生骨料混凝土而言，混凝土由廢棄到制備再生骨料的過程中經歷了解體、碰撞、破碎等作用，不斷累積損傷，造成再生骨料內部產生大量微裂紋；使利用再生骨料制備的新拌混凝土內部空隙率增加；另外，當水泥漿體進入再生骨料微裂紋縫隙，水泥發生水化反應后其體積發生變化，進一步加劇再生骨料中微裂紋的擴散，使再生骨料混凝土電通量增大。而在實際工程中，為了提高再生骨料資源化利用率，應綜合考慮再生骨料混凝土工作性、強度等其他各項性能，在合理范圍內提高再生骨料摻量。

圖2　再生骨料摻量影響效應曲線圖

2.4.4粉煤灰摻量影響效應曲線分析

根據正交試驗結果，繪制粉煤灰摻量影響效應曲線圖如圖3所示。

圖3　粉煤灰摻量影響效應曲線圖

由試驗數據及粉煤灰摻量影響曲線圖可知，當粉煤灰摻量為0～20%時再生骨料混凝土電通量隨著粉煤灰摻量的增加而減少，摻量為20%時的電通量為不摻粉煤灰時的低18%，抗氯離子滲透性隨著粉煤灰摻量的增加而提高。分析原因是由于粉煤灰可以改善界面的薄弱屬性，粉煤灰的二次反應消耗部分水泥漿體空隙中的水，使水泥漿體中直徑較大的毛細孔數量減少，細化毛細孔徑，降低了體系中總的空隙率，因此電通量隨著粉煤灰摻量增加而降低。而當粉煤灰摻量大于20%的時候，電通量有所回升，分析原因是由于粉煤灰摻量過大，其二次水化反應進行的較慢，粉煤灰水化反應不完全，存在于再生骨料混凝土孔隙當中降低再生混凝土密實度，導致電通量上升。因此，粉煤灰的摻量過多對再生骨料混凝土抗氯離子滲透性無益，同時對再生骨料混凝土體系經濟效益不利，因此粉煤灰摻量應控制在20%以內。

3　改性試驗研究

通過前述試驗研究，分析了水灰比、再生骨料摻量和粉煤灰摻量對再生骨料混凝土抗氯離子滲透性的影響規律，并通過調節再生骨料混凝土水灰比、再生骨料摻量和粉煤灰摻量，在一定程度上提高了再生骨料混凝土的抗氯離子滲透性，改善了再生骨料混凝土內部空隙和結構。但是通過對比發現，調節配比后的再生骨料混凝土抗氯離子滲透性與普通混凝土相比仍有一定差距，對提高再生骨料混凝土抗氯離子滲透性的作用有限；另外在實際工程應用中，再生骨料混凝土配比需要綜合考慮工作性、強度等級、成本控制等問題，使再生骨料混凝土抗氯離子滲透性難以達到較好的狀態。因此，針對再生骨料混凝土的實際應用，可通過表面改性的方法進一步提高再生骨料混凝土抗氯離子滲透性，該方法主要通過增加再生骨料混凝土表面涂層，有效阻隔氯離子滲入，還明顯減少氧氣、水分、二氧化碳等有害介質滲入混凝土中［3］。

試驗選用再生骨料混凝土配比較優的方案，即編號L8組試驗配比，即水灰比為0.54，再生骨料摻量70%，粉煤灰摻量20%，采用涂刷方式，利用濃度為10%的氟硅酸鎂溶液和液體水玻璃（M=2）對養護至28d的再生骨料混凝土試樣進行表面改性處理，涂刷時每隔2h涂刷一遍、共涂刷3遍。考察不同改性方案對再生骨料混凝土抗氯離子滲透性的影響。試驗結果如表5所示，其中編號G0為未經表面改性的再生骨料混凝土。

表5　表面處理后再生骨料混凝土抗氯離子滲透性

經氟硅酸鎂溶液進行表面改性處理后的再生混凝土電通量比改性前降低了38.56%，表明氟硅酸鎂對提高混凝土抗氯離子滲透性有較好改進作用。這是由于氟硅酸鎂可在短時間內滲入再生骨料混凝土內部并與其中的氫氧化鈣發生反應生成不溶物，堵塞再生骨料混凝土內部毛細管道從而提高混凝土抗氯離子滲透性。經水玻璃進行表面改性處理后的再生骨料混凝土的電通量比改性前降低了32.84%，其原理與氟硅酸鎂改性處理相同，水玻璃進入再生骨料混凝土內部與氫氧化鈣發生反應，生成凝膠堵塞毛細管道從而提高混凝土抗氯離子滲透性。

4　結論

⑴由正交試驗研究表明，各影響因素的影響作用大小順序為：水灰比＞再生骨料摻量＞粉煤灰摻量。

⑵通過正交試驗數據分析，再生骨料混凝土抗氯離子滲透性最優的配比方案為：水灰比0.52、再生骨料摻量70%、粉煤灰摻量20%。

⑶利用氟硅酸鎂和水玻璃對最優配比的再生骨料混凝土進行表面改性處理具有良好的效果，再生骨料混凝土抗氯離子滲透性分別可提高38.56%和32.84%。●

［1］朱映波.再生混凝土的耐久性及其改善措施 ［J］.混凝土，2004（7）：42-44.

［2］李漠，管小軍.表面涂層對混凝土抗氯離子滲透性能的影響［J］.新型建筑材料，2006（11）：52-53

［3］馮艷東，張雷順.再生混凝土抗滲性試驗研究［J］.內蒙古科技與經濟，2009（6）：128-129