再生混凝土抗凍性的試驗研究

王 欣 湯玉娟 仝小芳 閆玉蓉

揚州職業大學土木工程學院

1 引言

隨著我國經濟的發展，廢棄混凝土產生量日益增多，對環境造成了很大負擔。據統計我國每年都要產生3000萬噸～4000萬噸廢棄混凝土[1]。再生混凝土技術可實現對廢棄混凝土的循環利用，部分或全部恢復其原有性能，形成新的建材產品[2-4]。再生混凝土要在工程中應用，除滿足強度要求外，耐久性能也是重要指標[5]?？箖鲂阅茏鳛樵偕炷聊途眯阅茉u價的重要指標之一，直接關系到再生混凝土結構的安全和耐久，所以對再生混凝土抗凍性能研究尤為重要[6-9]。研究再生混凝土抗凍性能并提出改善方法將提高再生混凝土的使用壽命及經濟效益，最大限度地利用了資源，符合建筑業可持續發展戰略，是發展綠色生態混凝土的重要措施之一[1,3,5]。因此，本文開展了再生混凝土抗凍性的試驗，研究了再生骨料質量等級、再生粗骨料和細骨料替代率及水灰比對再生混凝土抗凍性能的影響規律。

2 試驗

2.1 原材料

水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥，化學成分如表1所示，其密3150kg/m369.6m/kg度和比表面積為分別為3和2，初終凝時間分別為72和290min，28天抗壓和抗折強度分別為60.5MPa和8.7MPa。

表1 水泥的化學成分

實驗使用天然粗骨料為連續粒級公稱粒徑范圍在5.0mm～31.5mm范圍內的粗骨料[10]，其壓碎指標，表觀密度，空隙率，吸水率等指標如表2所示。實驗選用天然砂為細度模數2.93的中砂[11]。

表2 天然粗骨料的物理性質

實驗用再生骨料根據來源分ABC三種，分別為建筑物拆遷形成的固廢經混凝土破碎廠破碎的骨料（A）；實驗室強度測試完畢的混凝土試塊或者構件破碎的骨料（B）及實驗室經凍融循環之后破碎出的混凝土骨料（C）。三種骨料泥塊含量，壓碎指標，表觀密度，空隙率，吸水率等初始參數如表3所示。根據國家標準混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25117—2010《）[12]對各指標的要求，三種再生骨料質量等級分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類，為區分不同來源的三種再生骨料，根據其質量等級，將來源為A的再生骨料命名為再生一類，B命名為再生二類，C命名為再生三類。

表3 再生骨料的物理性質

三種再生骨料通過篩選，選取連續粒級公稱粒徑范圍在5.0mm～31.5mm范圍內的骨料作為再生粗骨料，選取連續粒級公稱粒徑選小于4.75mm的骨料作為再生細骨料，細骨料為中砂。

本實驗中減水劑采用PC-10 型高效減水劑，最佳產量在1.0%～2.0%之間，減水率為15%左右。

2.2 配合比

為了研究再生骨料的種類及摻量(替代量)對混凝土強度及抗凍性能的影響，分別制備了不同配比的100mm×100mm×100mm的抗壓試塊[13]（7、28天）和100mm×100mm×400mm混凝土抗凍試塊[9,14]，各試塊配合比如表4所示。

表4 再生混凝土材料用量表（kg）

3 結果與討論

3.1 強度

圖1給出了各再生混凝土試塊7天抗壓強度的測試結果，觀察圖1可知，水灰比是影響再生混凝土7天抗壓強度的一個重要因素，水灰比越小，再生混凝土7天強度越高，且當水灰比為0.42時，再生混凝土7天抗壓強度值最大。此外，再生粗骨料取代率為0%時，混凝土7天強度最高，說明再生骨料取代部分天然骨料，將導致混凝土7天抗壓強度降低。通過對比三種再生骨料對混凝土7天抗壓強度值可知，骨料質量等級為一級時，即選用再生一類粗骨料時，再生混凝土7天抗壓強度最高，說明再生骨料的質量等級越越高，再生混凝土7天抗壓性能越好。

圖1 再生混凝土7天抗壓強度

圖2給出了各再生混凝土試塊28天抗壓強度的測試結果，由圖可知，水灰比越小，再生混凝土28天抗壓強度越高，且水灰比為0.42時，28天抗壓強度值最大。通過對比三種再生骨料對混凝土28天抗壓強度值可知，骨料質量等級為二級時，再生混凝土28天抗壓強度最高。此外，再生骨料取代率為0%時，混凝土28天強度最高，說明再生骨料取代部分天然骨料，將降低混凝土28天的抗壓強度。

圖2 再生混凝土28天抗壓強度

此外，通過極差分析法[15]分析上圖7天和28天抗壓強度數據發現，影響再生混凝土7天和28天抗壓強度的主次順序均為：水灰比→再生粗骨料替代率→再生骨料質量等級→再生細骨料摻入率。

表5 凍融循環每25次實驗后質量損失率記錄表

表6 凍融循環每25次實驗后相對動彈模量記錄表

3.2 抗凍性

表5和表6分別給出了凍融循環每25次實驗后各試塊的質量損失率及相對動彈模量。分析表5和表6中數據可知，試件在100次凍融循環實驗前，質量均有不同程度增加，當進行到125次實驗后，質量開始出現損失，200次凍融循環實驗后發現再生粗細骨料取代率越高，骨料質量等5級%越差，水灰比越大，質量損失越大；但仍滿足質量損失不超過5%的要求。再生20混0凝土的相對動彈模隨著凍融循環次數的增加而逐漸降低，在200次凍融循環實驗后，再生粗骨料取代率對其相對動0彈%模量影響較大，取代率越小，相對動彈模量越大，當取代率為0.42時，相對動彈模量最大；1當5%骨料質量等級為一級，水灰比為0.42，再生細骨料取代率為15%時，相對動彈模量最大。由此可見，再生骨料替代率及質量等級對再生混凝土抗凍性影響顯著，因此，寒冷地區再生混凝土應用時3應嚴格控制再生骨料替代率和20骨0料質量。

圖3給出了再生混凝土凍融循環200次后質量損失與各因素水平關系。由圖可知，再生粗骨料取代率越高，質量損失越大，當取代率為60%時，質量損失最大；骨料質量等級為三級時，即選用凍融破碎粗骨0料.52時，質量損失最大；水灰比越大，質量損失越15大%，當水灰比為15%時，質量損失最大；再生細骨料取代率為60%時，質量損失最大。綜上所述，當再0.5生2粗骨料取代率為、再生骨料質量等級為三級、水灰比為 、再生細骨料摻入率為15%時，再生混凝土凍融循環200次后質量損失最大。

圖3 再生混凝土凍融循環200次后質量損失與各因素水平關系

圖4給出了再生混凝土凍融循環200次后相對動彈模量與各因素水平關系。觀察圖4知，再生粗骨料取代率越高，相對動彈模量越大，當取代率為0%時，相對動彈模量最大；骨料質量等級為一級時，即選用再生一類粗骨料時，相對動彈模量最大；水灰比越小，相對動彈模量越大，當水灰比為0.42時，相對動彈模量最大；再生細骨料取代率為，15%時，相對動彈模量最大。綜上所述，當再生粗骨料取代率為0%、再生骨料質量等級為一級、水灰比為0.42、再生細骨料摻入率為15%時，再生混凝土凍融循環200次后相對動彈模量最大。

圖4 再生混凝土凍融循環200次后相對動彈模量與各因素水平關系

此外，通過極差分析法分析圖3和圖4中數據發現，四個因素對再生混凝土200次后質量損失及200次后相對動彈性模影響主次順序均為：再生粗骨料替代率→再生骨料質量等級→水灰比→再生細骨料摻入率。

4 結論

論文通過再生混凝土強度及抗凍性的試驗，研究了再生骨料質量等級、再生粗骨料和細骨料替代率及水灰比四個因素對再生混凝土7天和23天的抗壓強度及抗凍性能的影響規律。結果表明如下。

（1）當配合比一定時，再生骨料質量對再生混凝土強度及抗凍性影響顯著，質量等級越差則強度越低、抗凍性越差。

（2）對于同種再生骨料，再生粗骨料及再生細骨料對天然骨料的率越高，再生混凝土抗凍性越差。

（3）影響再生混凝土7天和28天抗壓強度的主次順序為：水灰比→再生粗骨料替代率→再生骨料質量等級→再生細骨料摻入率。

（4）影響再生混凝土凍融循環過程中質量損失及動彈模量的主次順序為：再生粗骨料替代率→再生骨料質量等級→水灰比→再生細骨料摻入率。