基于彎拉強度設計的路面再生混凝土耐久性能試驗研究

劉 燦 劉春暉

(廣東交通職業技術學院土木工程學院1) 廣州 510650) (廣州大學土木工程學院2) 廣州 510006)

0 引 言

隨著時間的推移，混凝土結構耐久性損傷的積累與發展將導致混凝土結構耐久性下降，嚴重時會降低結構的安全性，甚至破壞[1]．區別于普通混凝土，再生混凝土由于再生粗、細骨料的加入，使其微觀結構變得更為復雜，而且來源不同的再生原材料，性能差異巨大，導致其耐久性能更為復雜．

肖建莊等[2]認為當再生骨料本身彈性模量較低、干縮變形較大，會增大再生混凝土干燥收縮變形，與普通混凝土相比較，再生混凝土的收縮變形增加0～100%．王建剛等[3]對5種再生混凝土進行碳化、干濕與凍融耦合作用下的耐久性試驗,測試其動彈性模量、氯離子遷移系數、碳化深度及微觀孔隙特征參數,并引入孔隙迂曲度指標進行分析．彭勇軍[4]針對不同因素對再生混凝土性能的影響問題，設計正交試驗測試不同水膠比、再生粗細骨料摻和比例、粉煤灰摻和比例的再生混凝土的工作性能和力學性能.前期研究主要集中在再生混凝土或再生瀝青混合料的基本物理力學性能及其在建筑工程、路基工程中的應用[5-6]，鮮有在路面工程中的應用研究．目前，在水泥混凝土路面修復過程中產生的大量廢舊混凝土，如能有效擴充其應用范圍，具有重要的現實意義．

文中以在廣州—清遠高速公路修復過程中產生的廢棄混凝土路面板為原材料，進行二次破碎加工，基于彎拉強度，并考慮再生粗骨料替代率分別為0、20%、40%、60%、80%、100%的各種情況，進行了4.0，4.5，5.0和5.5 MPa四種強度等級的再生混凝土配合比設計，制備試塊，參照相關試驗要求，進行了干燥收縮性能、抗滲性能及抗碳化等耐久性能試驗研究．

1 試驗設計

本研究參照文獻[7-8]進行耐久性試驗和干燥收縮試驗．基于路面彎拉強度分別為4.0，4.5，5.0和5.5MPa進行配比設計，并考慮再生粗集料取代率分別為0%，20%，40%，60%，80%，100%的各種情況[9-10]．共配制24組不同配合比共72塊尺寸為150 mm×150 mm×515 mm棱柱體試塊用于干燥收縮試驗，24組共144塊尺寸為175 mm×185 mm×150 mm的抗滲試驗試塊，15組共45塊尺寸為100 mm×100 mm×100 mm抗碳化試塊．

將再生混凝土試塊放在自然條件下進行養護，在試塊上下兩端的中心用環氧樹脂膠將銅軸粘貼，待凝結牢固后，用混凝土收縮儀測定其當天以及3，7，28，60和90 d在沒有受到荷載作用時的尺寸，計算出棱柱體試塊長度的減小相對值，以此反映再生骨料混凝土的收縮現象．抗滲性則選擇透水性試驗進行，試驗水壓從0.2 MPa開始，每隔8 h增加水壓0.1 MPa，并隨時觀察試件端面情況，一直加至6個試件中有3個試件表面滲水，記錄下此時的水壓力，即可停止試驗．混凝土碳化深度則選用1%～2%的酚酞酒精溶液進行．

2 再生混凝土的耐久性能試驗結果

再生混凝土的干縮變形試驗、抗滲試驗及抗碳化性能試驗結果分別見表1～3.限于篇幅，各組中僅列其中有代表性2～3個，下同．

表1 再生混凝土干縮變形試驗值

2.1 再生混凝土干燥收縮試驗結果分析

基于以上試驗結果，進行了不同再生粗骨料摻量時，再生混凝土齡期與收縮值關系以及不同再生混凝土設計彎拉強度時，再生混凝土齡期與收縮值關系研究．限于篇幅，僅示意再生混凝土設

表3 再生混凝土28d碳化深度及抗壓強度

計彎拉強度分別為4.0 MPa時，不同再生粗骨料摻量時的收縮-齡期關系曲線，見圖1．圖2為再生粗骨料摻量為40%時，不同設計彎拉強度的收縮-齡期關系曲線．

圖1 再生混凝土收縮與齡期關系圖(fc=4.0 MPa)

圖2 再生混凝土收縮值與齡期關系(再生粗骨料摻量40%)

由圖1可知：再生混凝土的干縮變形大于同等級強度普通混凝土．其基本趨勢為：隨著再生粗骨料摻量的增加，再生混凝土的干縮變形增大；而控制再生粗骨料摻量在40%以下時，干縮變形增量在25%以內．根據規范，可以滿足水泥混凝土路面施工要求；其收縮率隨著再生混凝土試驗齡期的增加而不斷增大．

由圖2可知：當再生粗骨料摻量為40%時，四種設計彎拉強度的再生混凝土各齡期收縮值差別不大；而當再生粗骨料摻量為100%時，四種設計彎拉強度的再生混凝土各齡期收縮值隨再生混凝土強度增大而增大．

2.2 再生混凝土抗滲試驗結果分析

由表2可知：

表2 再生混凝土抗滲試驗結果

1) 再生混凝土與普通混凝土抗滲規律相同，其抗滲性能隨著水灰比的增大而減小．

2) 在各水灰比下，再生混凝土的抗滲標號都要比相應的基體混凝土低1～2號．與天然混凝土相比，控制再生粗骨料摻量在40%以下時，再生混凝土的抗滲性能略差或基本相同；再生粗骨料摻量60%及以上時，再生混凝土抗滲等級降低較多，降幅在2～6號．

3) 隨著再生混凝土中再生粗骨料摻量的增大，其抗滲性能呈降低趨勢．

但在實際工程中，一般要求混凝土的抗滲等級不低于S6．再生混凝土在運用于環境類別為III、IV、V類等抗滲要求較高的工程、水工工程、地下結構或地下水位較高的基礎工程時需謹慎考慮，有必要在“前試驗后論證”的基礎上進行施工．在一般路面工程中可以滿足相關要求．

2.3 再生混凝土抗碳化性能試驗結果分析

不同水灰比對碳化深度的影響見圖3．

圖3 水灰比對碳化深度的影響

由圖3可知：隨著水灰比的增大，再生混凝土的碳化深度增大，且在W/C大于0.5以后，碳化深度的增速顯著加快．水灰比越大，混凝土的密實度越差，CO2擴散速度越快，碳化深度也就越大．

水灰比不變，改變水泥用量，研究水泥用量對28 d碳化深度的影響，結果見圖4．

圖4 水泥用量對碳化深度的影響

由圖4可知：隨著水泥用量的變化，再生混凝土的抗壓強度與碳化深度變化規律不同．當水泥用量較小時(小于400 kg/m3)，隨水泥用量的增加，再生混凝土的抗壓強度增大，碳化深度減小；水泥用量大于400 kg/m3時，隨水泥用量的增大，再生混凝土抗壓強度減小，碳化深度增大．當水灰比不變時，混凝土密實度隨水泥用量增加而變得越來越好，而且內部的二氧化碳擴散速度則減慢，碳化深度隨之減小．

再生粗骨料摻量對碳化深度的影響見圖5．

圖5 再生混凝土摻量對碳化深度的影響

由圖5可知：隨著再生混凝土中再生粗骨料的摻量的增加，其碳化深度呈增大趨勢．當再生粗骨料的摻量在20%～40%時，其增幅為15%．

比較C系列各組與A3的碳化深度可知，再生混凝土中摻加礦物摻和料反而使碳化深度增加．再生混凝土內部孔隙因礦物摻和料的摻入而減小，新水泥漿體與再生集料之間的界面得到改善；但與此同時再生混凝土的碳化速率會因其內部堿含量降低而加劇．本試驗結果表明，當控制再生混凝土中礦物摻和料10%(取代水泥質量)時，其對再生混凝土內部密實的改善作用小于再生混凝土中堿含量減少的負面效應，會降低再生混凝土的抗碳化能力．

3 結 論

1) 隨著再生粗骨料摻量的增加，再生混凝土的干縮變形增大；而控制再生粗骨料摻量在40%以下時，其增幅在25%以內，可以滿足水泥混凝土路面施工要求；收縮率隨著再生混凝土試驗齡期的增加而不斷增大．

2) 當再生粗骨料摻量為40%時，各設計彎拉強度的再生混凝土不同齡期收縮變形值差別不大；而粗骨料摻量為100%的全再生混凝土，其收縮變形值隨著其強度的增大而呈增大趨勢．

與普通混凝土相同，再生混凝土的抗滲性能隨著水灰比的增大而減小．在各水灰比下，再生混凝土的抗滲標號比相應的基體混凝土低1～2號．在一般路面工程中可以滿足相關要求．

隨著水灰比的增大，再生混凝土的碳化深度增大，W/C大于0.5以后，碳化深度的增速顯著加快；水泥用量小于400 kg/m3，隨用量的增加，再生混凝土的抗壓強度增大，碳化深度減小；水泥用量大于400kg/m3時，隨用量的增大，再生混凝土抗壓強度減小，碳化深度增大；當控制再生混凝土中礦物摻和料10%(取代水泥質量)時，其對再生混凝土內部密實的改善作用小于再生混凝土中堿含量減少的負面效應，會降低再生混凝土的抗碳化能力．