受硫酸鹽侵蝕粗骨料再利用試驗(yàn)研究

陳俊鋒 范僖達(dá)

(蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院,甘肅 蘭州 730000)

1 概述

2 試驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)材料

2.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)材料采用的水泥是P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，比表面積為370 m2/kg；細(xì)骨料為水洗砂，各項(xiàng)指標(biāo)各項(xiàng)技術(shù)性質(zhì)均符合JGJ 52—2006普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[5]的要求。顆粒級配良好，細(xì)度模數(shù)為3.5。粗骨料使用天然卵石以及再生粗骨料。粗骨料的基本性能見表1；外加劑選用減水劑和早強(qiáng)劑。拌合水為自來水。減水劑：萘系減水劑；早強(qiáng)劑:洪福牌早強(qiáng)劑。硫酸鹽環(huán)境采用硫酸鈉粉末以一定比例配置15%硫酸鈉溶液。

表1 粗骨料基本性能

2.2 試件制備

將在硫酸鈉溶液和清水中浸泡后的普通混凝土經(jīng)人工搗碎，提取其粗骨料清洗并進(jìn)行篩分，制成再生混凝土。再生混凝土的設(shè)計(jì)配合比見表2，在保證拌合物具有良好和易性以及坍落度滿足要求的前提下，將混凝土拌合物裝入100 mm×100 mm×100 mm的立方體試模中，在(20±2)℃相對濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)28 d。

表2 再生混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，將天然骨料制成的混凝土取6塊記為A組，養(yǎng)護(hù)28 d后測其立方體抗壓強(qiáng)度。其余試塊置于濃度為15%的硫酸鈉溶液中，浸泡的溶液液面要高于混凝土10 mm，分別記為B，C，D?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)見表2。定期觀察液面變化情況。溶液每隔30 d更換一次，總共浸泡3次，時(shí)長90 d。將浸泡完成的混凝土經(jīng)人工搗碎，提取其粗骨料并對粗骨料進(jìn)行篩分，篩分范圍5 mm～27 mm。利用再生粗骨料以及天然骨料分別以表2的配合比進(jìn)行制作，經(jīng)人工攪拌，保證拌合物具有良好的和易性與良好的坍落度，制成100 mm×100 mm×100 mm的試塊。對于D組的再生混凝土試塊，分別測其3 d,7 d,14 d,28 d的立方體抗壓強(qiáng)度，并設(shè)一組B類型的再生混凝土與之對照。其余組別放在20 ℃、濕度大于95%的養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)至28 d。統(tǒng)一拆模并進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

3.1 表面破壞形態(tài)

在進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，加壓應(yīng)連續(xù)均勻地加荷。加載初期，再生混凝土試塊表面未見裂紋；繼續(xù)加載，再生混凝土試塊側(cè)表面開始出現(xiàn)豎向裂紋并逐漸明顯，隨之斜向裂紋不斷發(fā)展延伸；隨著荷載的不斷增大，試塊表面開始鼓脹、剝落，裂紋逐漸增多且逐漸向內(nèi)部發(fā)展，最終混凝土試塊被破壞?？梢钥闯?，再生混凝土與普通混凝土的破壞形態(tài)相差不大。再生混凝土塊與普通混凝土塊破壞形態(tài)如圖1，圖2所示，兩者破壞的位置都是發(fā)生在混凝土塊體內(nèi)部粗骨料與水泥漿體粘結(jié)處，并無粗骨料直接被破壞的情形。由此可見，再生混凝土的強(qiáng)度很大程度上取決于粗骨料與水泥漿體之間的相互作用產(chǎn)生的粘合強(qiáng)度。

3.2 實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果與討論

首先給出了所測得再生混凝土加入早強(qiáng)劑之后(D組)與不加外加劑的再生混凝土(B組)各試樣3 d,7 d,14 d,28 d的立方體抗壓強(qiáng)度。各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 早強(qiáng)劑對再生混凝土強(qiáng)度的影響

由表3中從B與D兩種試樣類型的不同時(shí)期的抗壓強(qiáng)度的變化來看，兩者都隨著混凝土齡期的增長，其抗壓強(qiáng)度都在增大，在28 d時(shí)分別達(dá)到了40.1 MPa,41.2 MPa。對比B與D試樣類型再生混凝土同時(shí)期的抗壓強(qiáng)度，與不加外加劑情況相比，早強(qiáng)劑對再生混凝土早期強(qiáng)度提高明顯，在3 d時(shí)強(qiáng)度提高了14%，7 d時(shí)提高了24%。對再生混凝土后期強(qiáng)度的提升效果并不明顯。

表4給出了正?；炷?A組)、再生混凝土(B組)以及加入減水劑的再生混凝土(C組)各試樣的破壞荷載和抗壓強(qiáng)度。

表4 正常混凝土與再生混凝土的抗壓強(qiáng)度

由表4，從A與B兩種試樣類型的立方體抗壓強(qiáng)度來看，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度平均值為38.8 MPa,而正?；炷恋目箟簭?qiáng)度平均值為41.16 MPa。兩者相差了5%左右，由于再生對混凝土的粗骨料吸水率較大且在提取過程中其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有輕微損害，使得再生混凝土的強(qiáng)度略低于正常混凝土的強(qiáng)度。

由A,B,C三種試樣類型的立方體抗壓強(qiáng)度來看，在加入減水劑之后的再生混凝土強(qiáng)度得到了明顯的提高，不僅高于再生混凝土的強(qiáng)度而且也高于正?；炷?，加入減水劑的再生混凝土強(qiáng)度比前兩者分別高出19%,14%左右。

本試驗(yàn)硫酸鹽侵蝕過程采用的全浸泡法的腐蝕試驗(yàn)，再生混凝土受硫酸鹽侵蝕的速度相對較慢，侵蝕的時(shí)間也比較長。由文獻(xiàn)[6]中，腐蝕齡期為150 d左右時(shí)，硫酸鹽的腐蝕效果才逐漸明顯，隨著齡期的繼續(xù)增長，混凝立方體抗壓強(qiáng)度開始下降。而在腐蝕前期混凝土試塊處于強(qiáng)化階段，混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著齡期不斷增大。而本試驗(yàn)腐蝕齡期只有90 d，再生混凝土的強(qiáng)度與普通混凝土強(qiáng)度差別不大，在加入減水劑的再生混凝土強(qiáng)度比正常混凝土強(qiáng)度高出14%左右，比不加外加劑的再生混凝土強(qiáng)度高出20%。故還需要研究時(shí)間效應(yīng)對硫酸鹽侵蝕粗骨料制成再生混凝土強(qiáng)度的影響。

4 結(jié)論

本文采用了控制變量、做對照試驗(yàn)的方法，研究了再生混凝土受硫酸鹽侵蝕的粗骨料，在加入不同外加劑以及粗骨料取代率不同時(shí)，再生混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度。發(fā)現(xiàn)：1)受硫酸鹽侵蝕粗骨料制成的再生混凝土的抗壓強(qiáng)度能達(dá)到正?；炷翉?qiáng)度的95%左右。2)再生混凝土在加入減水劑后，其強(qiáng)度有明顯的提高。就強(qiáng)度方面而言，其滿足了混凝土強(qiáng)度的要求。減水劑能使再生混凝土強(qiáng)度提高20%左右。3)早強(qiáng)劑對再生混凝土強(qiáng)度早期提升顯著，后期增強(qiáng)效果不明顯。4)再生混凝土與正?；炷恋膹?qiáng)度隨齡期增長基本相同。然而由于在硫酸鹽腐蝕過程中，浸泡時(shí)間過短，導(dǎo)致硫酸鹽腐蝕對再生混凝土的強(qiáng)度影響不明顯。因此，再生混凝土粗骨料受硫酸鹽腐蝕作用時(shí)，對其立方體抗壓強(qiáng)度的影響還有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。