凍融循環(huán)對再生保溫混凝土性能影響的試驗(yàn)研究

呂丹丹

（山西旅游職業(yè)學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理系，山西 太原 030031）

0 引言

近年來，環(huán)境衛(wèi)生差、治安狀況不容樂觀等問題使城中村逐漸成為城市區(qū)域發(fā)展中的短板，所以要對城中村進(jìn)行改造。城中村拆除改造會產(chǎn)生大量的廢舊混凝土，如果只是把這些廢舊混凝土當(dāng)成建筑垃圾處理，那么與我國的可持續(xù)發(fā)展理念不符，所以要廢物利用，再生混凝土應(yīng)運(yùn)而生。再生混凝土除了自身的強(qiáng)度不夠以外，保溫性能也較差，為了更好的利用再生混凝土，要改善其性質(zhì)。再生保溫混凝土是在再生混凝土中加入膨脹珍珠巖保溫材料，把“建筑材料的再生利用”和“結(jié)構(gòu)自保溫”相結(jié)合，解決了再生混凝土保溫性能差的難題，更能實(shí)現(xiàn)其使用價(jià)值。

表1 再生保溫混凝土的配合比

高寒地區(qū)混凝土工程會受到凍融損害，長期的結(jié)凍-融化-結(jié)凍循環(huán)致使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生反復(fù)應(yīng)力，使其從外表面開始剝落逐步向內(nèi)部深入，從而降低混凝土強(qiáng)度。國內(nèi)外很多學(xué)者研究了凍融循環(huán)作用分別對保溫混凝土和再生混凝土性能的影響規(guī)律[1-4]，而關(guān)于再生保溫混凝土這種新型材料在凍融循環(huán)作用下的變化規(guī)律的研究則較少，本文則是從這個(gè)角度對再生保溫混凝土進(jìn)行試驗(yàn)研究，著重探討凍融循環(huán)作用對其抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律，分析其劣化機(jī)理，為安全耐久性設(shè)計(jì)提供有力的依據(jù)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 原材料

水泥選用普通硅酸鹽水泥；砂選用山西某砂石廠中砂，堆積密度1500 kg/m3；天然粗骨料為連續(xù)級配的天然碎石，粒徑5～20mm，吸水率2.3%；再生粗骨料為太原某城中村拆除的廢舊混凝土經(jīng)過簡單處理而成，粒徑5-20mm，吸水率7.5%，連續(xù)級配；保溫材料為河南某工廠生產(chǎn)的膨脹珍珠巖顆粒。

1.2 混凝土配合比

再生保溫混凝土強(qiáng)度等級C40，在其優(yōu)化配合比的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)五種不同的再生粗骨料替代率（再生粗骨料替代天然粗骨料的比例）0%，30%，50%，70%，100%進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)之前使再生粗骨料達(dá)到與天然粗骨料吸水量相同的狀態(tài)，具體配合比如表1所示。

1.3 試驗(yàn)方法

凍融循環(huán)試驗(yàn)按照規(guī)范GB/T 50082-2009中的“快速凍融方法”進(jìn)行，凍融次數(shù)為0、15、30和50次。設(shè)定的凍融次數(shù)完成以后，按照規(guī)范GB/T 50081-2002中的方法進(jìn)行混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，按照穩(wěn)態(tài)雙平板法進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測定。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 抗壓破壞形態(tài)

選取RCA-30的再生保溫混凝土進(jìn)行分析，其經(jīng)過凍融循環(huán)作用后的抗壓破壞形態(tài)如圖1所示。從圖中可以看出，再生保溫混凝土立方體試塊的抗壓破壞形態(tài)和破壞過程與普通混凝土相似，試塊上下兩面承受同等的正壓力，使試塊發(fā)生縱向變形，同時(shí)產(chǎn)生的橫向變形由于受到壓力機(jī)的摩擦力作用有所限制，呈現(xiàn)“棱柱形的殘?bào)w”。

再生保溫混凝土立方體試塊在受壓前經(jīng)過了不同次數(shù)的凍融循環(huán)作用，在不斷的凍-融-凍的過程中，產(chǎn)生的冰壓力會加深混凝土內(nèi)部的微裂縫，接下來承受壓力機(jī)施加的正壓力時(shí)，經(jīng)過凍融作用后的立方體試塊內(nèi)部的裂縫比未經(jīng)過凍融作用的多且深，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度降低[5-6]。N=15時(shí)，混凝土試塊承受壓力后產(chǎn)生的裂紋數(shù)量少且深度較淺；隨著凍融次數(shù)的增加裂紋也增多，棱柱形破壞愈發(fā)清晰；N=50時(shí)，其破壞形態(tài)較為嚴(yán)重，順著壓力方向分成一條近似棱柱體的柱狀，形成了與普通混凝土相似的正倒相連的八字形裂縫形態(tài)，其破壞剝落部位有再生骨料被剪壞的部位，也有砂漿與骨料界面破壞的部位。

圖1 不同凍融循環(huán)次數(shù)后再生保溫混凝土的抗壓破壞形態(tài)

2.2 凍融循環(huán)對抗壓強(qiáng)度的影響

選取標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天再生保溫混凝土進(jìn)行研究，其經(jīng)過凍融循環(huán)作用后的立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值如表2所示。

表2 不同凍融循環(huán)次數(shù)后的立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值

從表2中的數(shù)據(jù)可以得到，再生粗骨料部分或者全部替代天然粗骨料后，混凝土的抗壓強(qiáng)度大部分會降低，這是由于再生粗骨料顆粒棱角多，表面粗糙，與水泥砂漿的粘結(jié)力較為薄弱且內(nèi)部存在大量微裂縫。經(jīng)過凍融循環(huán)作用后，其立方體抗壓強(qiáng)度值降低，相同凍融次數(shù)后，再生粗骨料替代率為0%、30%、50%、70%、100%的保溫混凝土試塊強(qiáng)度降低趨勢基本相同。經(jīng)過50次凍融循環(huán)后，再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度值降低為初始值的74.84%、77.24%、74.15%、68.28%、61.67%，替 代率為30%的保溫混凝土試件強(qiáng)度損失率最小，是從力學(xué)角度考慮的極限摻量。

RCA-0、30、50、70、100再生保溫混凝土立方體抗壓強(qiáng)度值fcu和凍融次數(shù)N的線性擬合曲線如圖2所示。

圖2 再生保溫混凝土抗壓強(qiáng)度與凍融次數(shù)的擬合關(guān)系

由上圖中的數(shù)據(jù)，列出再生保溫混凝土立方體抗壓強(qiáng)度fcu與凍融循環(huán)作用次數(shù)N之間的線性回歸方程[7-8]：

fcu=﹣0.2184N+43.328，R2=0.9668（R=0%）；

fcu=﹣0.1850N+40.598，R2=0.9543（R=30%）；

fcu=﹣0.2028N+39.577，R2=0.9436（R=50%）；

fcu=﹣0.2546N+36.664，R2=0.9724（R=70%）；

fcu=﹣0.3064N+40.026，R2=0.9638（R=100%）

2.3 凍融循環(huán)對導(dǎo)熱系數(shù)的影響

圖3 再生保溫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)與再生粗骨料替代率的關(guān)系

選取標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天的再生保溫混凝土進(jìn)行研究，其不同再生粗骨料替代率下的導(dǎo)熱系數(shù)，如圖3所示。隨著再生粗骨料替代率的不同，再生保溫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)在 0.305～0.335 W/（m·k）浮動，表明在保溫混凝土中加入再生粗骨料對其導(dǎo)熱系數(shù)影響不明顯，其中替代率為30%的保溫混凝土試塊導(dǎo)熱系數(shù)最小。

再生保溫混凝土在經(jīng)過凍融循環(huán)作用后導(dǎo)熱系數(shù)會略增高，這是由于經(jīng)過凍融循環(huán)后，再生保溫凝凝土的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，孔徑增大，毛細(xì)管部分連通，單位面積傳遞的熱量增大，從而導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)增高。

3 結(jié)語

通過凍融循環(huán)對再生保溫混凝土性能影響的試驗(yàn)研究，得到以下結(jié)論：

1）再生保溫混凝土在經(jīng)過相同的凍融次數(shù)后，五種再生保溫混凝土試塊的強(qiáng)度降低趨勢基本相同。50次凍融循環(huán)后，其抗壓強(qiáng)度值分別降低為初始值的74.84%、77.24%、74.15%、68.28%、61.67%。

2）再生保溫混凝土在經(jīng)過凍融循環(huán)作用后，立方體抗壓強(qiáng)度值呈線性降低的趨勢，借用數(shù)學(xué)方法，列出了再生保溫混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度值和凍融次數(shù)的擬合關(guān)系表達(dá)式。

3）再生保溫混凝土在經(jīng)過凍融循環(huán)作用后，導(dǎo)熱系數(shù)會略增高。