再生細骨料摻量對混凝土抗滲性能及微觀結構的影響

陳遠遠

[摘要]總水灰比一定，變化再生細骨料的摻量配制混凝土，通過ASTMC1202法測定再生細骨料混凝土的抗滲性，采用ESEM掃描再生細骨料混凝土界面結構形貌，運用孔結構分析儀測定再生細骨料混凝土的孔結構。研究結果表明：總水灰比一定，隨著再生細骨料摻量的增大，再生細骨料混凝土界面過渡區變得明顯，界面結構性能及水泥石密實度下降，孔隙率增大，平均孔徑及大于50nm的孔結構比例都增大，混凝土抗滲性能降低。

[關鍵詞]再生細骨料；混凝土；杭滲性能；界面結構 文章編號：2095-4085（2018）06-0001-04

大規模的城市建設產生了大量的廢棄混凝土，對廢棄混凝土的處置是一大難題。利用由廢棄混凝土破碎并篩分成的再生骨料，部分或全部取代天然砂配制出的混凝土，其耐久性能可能會差于由天然砂配制的混凝土，而抗滲透性能的強弱直接反映了耐久性能的好壞。由于影響再生混凝土的微觀結構是影響其抗滲性能的根源，因此為再生混凝土提供一個致密高強的界面結構是改善再生混凝土耐久性能的重要途徑[1]。因此有必要研究不同摻量的再生骨料對混凝土抗滲性能及微觀結構的影響。

近年來對于再生骨料混凝土的抗滲性能或的微觀結構研究，許多學者已取得一定成果。以工程實際配合比為基礎的再生骨料混凝土的抗滲性隨著再生骨料取代率的增大，其抗滲性優于對比的原生混凝土[2]。粉煤灰低摻量等量取代水泥，可以顯著提高再生混凝土的抗滲性能[3，4]。改性再生粗骨料配制出的混凝土抗滲性能與天然骨料配制的混凝土性能相當，且當摻量達100%時仍滿足工程使用要求[5]。再生混凝土中界面過渡區中水化產物含量比普通混凝土低，使得再生混凝土過渡區密實性差于普通混凝土，進而影響到宏觀性能[6]。以上研究都集中在再生粗骨料混凝土微觀結構或抗滲性能的研究上，目前同時探討再生細骨料混凝土的抗滲性能及微觀結構的研究較少。本文針對再生細骨料摻量對混凝土抗滲性能及微觀結構的影響展開研究，并在此基礎上探討宏觀性能與微觀結構特征之間的關系。

1 試驗方案

1.1 試驗原材料

粗骨料采用飽和面干吸水率為0.2%的碎石，顆粒級配見表1。天然砂細度模數為2.13，飽和面干吸水率為1.2%，比表面積為139.53cm2/g；再生細骨料細度模數為2.76，飽和面干吸水率為7.2%，比表面積為74.44cm2/g。細骨料的級配見表2。膠凝材料采用福建煉石牌42.5R普通硅酸鹽水泥及寧德Ⅱ級粉煤灰。減水劑采用福建建科院生產的TW-4緩凝高效減水劑，減水率15%～25%，最佳摻量βR為2%。

1.2 變化參數

變化再生細骨料取代天然砂的比例，即再生細骨料的摻量βRE為：0% ，25%，50%，75%和100%。

1.3 試驗配合比

由于再生細骨料吸水率較大，且其它粗、細骨料也具有一定吸水性，則總用水量應在計算用水量基礎上附加上這些骨料在烘干狀態下吸水至飽和面干狀態所需的水量。凈用水量指總用水量扣除粗、細骨料在摻入混凝土之前已經含有的水量后剩余的水量。吸水率大這一特點使再生細骨料在混凝土中的吸水過程為一個動態平衡的過程，在再生細骨料從水泥漿中吸水或返水的過程下，混凝土中未被骨料吸收的水與水泥的質量比為有效水灰比，有效水灰比隨時間變化。

為保證各配合比材料的統一性，試驗前石子與天然砂都被事先烘干，含水率都為0。配合比設計中混凝土采用含水率為3.5%的白然氣干狀態的再生細骨料配制。本文計算用水量為183kg/m3，試驗配合比設計中砂率為0.4，總水灰比為0.61，粉煤灰用量為水泥用量的15%，減水劑用量為膠凝材料用量的2%，配合比見表3。其中編號1～5配合比對應的混凝土中再生細骨料的摻量分別為：0%，25%，50%，75%和100%。

1.4 試驗內容及方法

1.4.1 抗滲性能

根據表3中的配合比，每組配合比制作一個尺寸為100mm×100mm×400mm的再生細骨料混凝土試樣，將試樣養護28d后，再將其切割成三個100mm×100mm×50mm的再生細骨料混凝土試樣，將試樣上下表面抹平后，用直尺測量試樣中心厚度。試樣養護至齡期時，將石蠟涂于試樣側面，必要時填補涂層中較大的孔洞以保證試樣側面完全密封。采用電通量法（ASTMC1202法），測試第6h再生細骨料混凝土的電通量，以評價再生細骨料混凝土抗滲性能。

1.4.2 界面形貌及孔結構

采用表3中的配合比，每組配合比制作一個尺寸為150mm×150mm×150mm的再生細骨料混凝土試樣，將試樣養護28d后，取若干試樣，選取混凝土中水泥石與骨料交界的部分進行切片，切成大約為1cm3的混凝土小片，將切片置于無水乙醇中以中止水泥水化，48h后將切片置于60℃條件下烘干至恒重，取出混凝土切片試樣，將試樣置于真空中對新鮮混凝土斷面進行鍍碳膜，然后置于福州大學光電顯示技術研究所的日立S-3000N型掃描電子顯微鏡掃描電鏡（ESEM掃描電鏡）下觀察，得到再生細骨料混凝土的界面形貌圖。

取養護后的剩余試樣，將距離粗骨料8mm范圍以內的混凝土用錘頭敲下得到混凝土小塊，除去混凝土小塊表面的沙粒和雜質，將切片置于無水乙醇中以中止水泥水化，48h后將切片置于60℃條件下烘干至恒重，最后送入北京金埃譜科技有限公司生產的V-Sorb 2800S孔結構分析儀中進行孔結構測試，得到累計孔體積、平均孔徑、孔徑分布等試驗結果。

2 試驗結果與討論

2.1 抗滲性能

通過ASTMC1202法測量第6h再生細骨料混凝土的電通量，電通量變化曲線圖見圖1。從圖1可以看出當再生細骨料摻量增大時，混凝土電通量增大，混凝土抗滲性能降低。

2.2 界面形貌及孔結構

由圖2知，隨著再生細骨料摻量的增大，混凝土內部集料與水泥石界面過渡區域分界線變得明顯，界面密實度下降，水泥石之間的大孔隙增多，孔隙分布變得不均勻；由圖3知再生細骨料混凝土水泥石的累計孔體積增大，水泥石密實度降低；由表4知混凝土平均孔徑、較大孔徑與較小孔徑的孔結構比例及水泥石中對抗滲性能有較大影響的孔徑大于50nm的孔結構比例也增大。

分析表3知隨著再生細骨料摻量的增大，凈水灰比減小，由于再生細骨料從水泥漿中吸水量增加，導致有效水灰比減小，這有利于集料與水泥石間的界面強度及水泥石本身強度的提高，但由于再生細骨料比表面積比河砂大，當摻量增大時需要有更多漿體包裹再生細骨料，這便導致混凝土界面及水泥石缺陷都增多，造成孔隙分布不均，進而引起界面及水泥石密實度下降，且下降的幅度大大超過有效水灰比減小導致界面及水泥石密實度提高的幅度，最終導致隨再生細骨料摻量的增大，混凝土界面強度降低，界面區域分界線變明顯，累計孔體積及平均孔徑增大且較大孔徑與較小孔徑的孔結構比例及水泥石中對抗滲性能有較大的影響的孔徑大于50nm的孔結構比例都增大。因此隨著再生細骨料摻量的增大，混凝土的抗滲性能呈現下降的趨勢，微觀試驗結果進一步驗證了宏觀現象。

3 結語

根據試驗研究結果，可得到如下結論：

（1）隨著再生細骨料摻量的提高，集料和水泥石的界面分界線變得明顯，界面密實度下降，水泥石之間的大孔隙增多，孔隙分布變得不均勻，導致混凝土抗滲性能下降。

（2）隨著再生細骨料在混凝土中摻量的增大，再生細骨料混凝土中的水泥石密實度降低，平均孔徑增大，水泥石中對抗滲性能有較大的影響的孔徑大于50nm的孔結構比例也增大，導致混凝土抗滲性能下降。

參考文獻：

[1]耿健，孫家瑛，莫立偉，等.再生細骨料及其混凝土的微觀結構特征[J].土木建筑與環境工程，2013，35（2）：135-140.

[2]張名杰，趙俊奎，丁鑄，等.再生骨料混凝土性能的研究[J].中國粉體技術，2015，21（4）：85-88.

[3]彭建庭.再生混凝土抗滲性能的影響因素[J].中國水運，2015，15（12）：313-315.

[4]減世華，付佳麗，吳環.粉煤灰滲量對再生混凝土抗滲性影響的試驗研究[J].工程與建設，2014，（02）：214-216.

[5]張建強，魯亞，施麟蕓.再生骨料強化對混凝土耐久性的影響[J].江西建材，2015，（12）：38-42.

[6]吳帥帥.再生混凝土的微觀結構淺析[J].產業論壇，2014，（12）：368.