風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土抗?jié)B透性能研究

張國(guó)星

（新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院）

國(guó)家十四五規(guī)劃指出，應(yīng)遵循綠色發(fā)展理念，建筑行業(yè)不斷推陳出新，河砂的大量開采會(huì)嚴(yán)重影響環(huán)境，人們開始關(guān)注風(fēng)積沙，發(fā)現(xiàn)隨著風(fēng)積沙摻入會(huì)使混凝土力學(xué)性能上升，但當(dāng)取代率大于30%時(shí)，力學(xué)性能開始下降[1-4]，少量風(fēng)積沙的摻入可以幫助混凝土提高抗氯離子滲透性能[5]，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量建筑被拆除，再生骨料孕育而生，研究發(fā)現(xiàn)再生骨料和天然骨料差異不大，再生骨料在自密實(shí)混凝土中具有適用性[6]，有專家對(duì)再生骨料自密實(shí)混凝土力學(xué)性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)再生骨料取代率為50%時(shí)，力學(xué)性能最優(yōu)[7]，還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)再生骨料取代率不大于80%時(shí)，再生混凝土抗?jié)B性能無(wú)明顯變化[8]，受毛細(xì)作用，混凝土經(jīng)常受到水分子的侵蝕，故對(duì)混凝土的抗?jié)B性能的研究十分重要，氯離子也是影響混凝土耐久性的主要因素，混凝土的抗氯離子滲透也十分重要。本文將兩者結(jié)合制備自密實(shí)混凝土，既可以適應(yīng)國(guó)家綠色發(fā)展，幫助新疆地區(qū)緩解建筑材料短缺的問(wèn)題，探究其抗?jié)B透性能，為將來(lái)應(yīng)用提供一定參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)原材料

1.1.1風(fēng)積沙

風(fēng)積沙：本試驗(yàn)使用新疆本地風(fēng)積沙，取材于古爾班通古特沙漠。

依據(jù)《建設(shè)用砂》[9]對(duì)風(fēng)積沙的表觀密度及粒徑級(jí)配及進(jìn)行測(cè)定。基本物理性能見(jiàn)表1。

表1 風(fēng)積沙基本物理性能

1.1.2再生骨料

本試驗(yàn)所使用的再生粗骨料來(lái)源于烏魯木齊市誠(chéng)而信檢測(cè)公司的廢棄混凝土試塊。

根據(jù)《混凝土用再生粗骨料》[10]中粗骨料的表觀密度、堆積密度、吸水率、壓碎指標(biāo)、含泥量、針片狀顆粒含量以及顆粒級(jí)配的測(cè)定方法對(duì)制備的再生骨料和天然卵石骨料進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2。并將其制備為5～20mm連續(xù)級(jí)配。

表2 再生骨料物理性能

1.1.3天然砂

選自新疆地區(qū)的水洗天然砂。

1.1.4天然卵石骨料

選自新疆地區(qū)的采石場(chǎng),5～20mm連續(xù)級(jí)配。

1.1.5水泥

為新疆中天銀泰商貿(mào)有限公司生產(chǎn)的P·O42.5 普通硅酸鹽水泥。

1.1.6粉煤灰

粉煤灰來(lái)自新疆中天銀泰商貿(mào)有限公司。

1.1.7減水劑

取自烏魯木齊市某攪拌站，類型為聚羧酸型減水劑，其減水效率為25%～30%。

1.2 配合比

本試驗(yàn)以風(fēng)積沙和再生骨料為變量設(shè)計(jì)10 組配合比。材料用量如表3所示。

表3 混凝土配合比

1.3 試驗(yàn)方案

風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土工作性能試驗(yàn)參照《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[11]從坍落擴(kuò)展度、J 型環(huán)差值及離析率進(jìn)行評(píng)測(cè)，不同配合比風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土滿足規(guī)范[11]要求，根據(jù)表配合比，制備150mm×150mm×150mm 試 塊，每 組 三 個(gè)，參 照GB/T 50081-2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[12]，按照規(guī)定養(yǎng)護(hù)齡期內(nèi)的立方體混凝土試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度性能測(cè)試，依據(jù)GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[13]，制備2 種不同尺寸的試驗(yàn)試塊制備上口直徑175mm，下口直徑185mm，高度150mm，測(cè)定混凝土抗?jié)B透性能的圓臺(tái)體試件，尺寸為直徑100mm，高度50mm，測(cè)定混凝土抗氯離子性能的圓柱體試件。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

十組配合比下的風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土基本力學(xué)性能結(jié)果如表4 所示，不同齡期下立方體抗壓強(qiáng)度會(huì)受到風(fēng)積沙和再生骨料取代率的影響，從表4 中3天抗壓強(qiáng)度結(jié)果可以看出早期風(fēng)積沙取代率為20%的自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度與A0-R0 之間差異并不明顯，當(dāng)風(fēng)積沙取代率＞40%，再生骨料取代率大于50%后，其抗壓強(qiáng)度可以看出明顯差異，不管風(fēng)積沙在取代率為20%、40%還是60%時(shí)，其3 天抗壓強(qiáng)度隨著再生骨料的取代率呈現(xiàn)先上升后下降，在再生骨料取代率為50%時(shí)，不同風(fēng)積沙取代率的自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度最高值，表4 可以看出風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土的7 天抗壓強(qiáng)度結(jié)果整體達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%～70%，表4中14 天風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度成波浪形，風(fēng)積沙為變量時(shí)，波峰在再生骨料取代率為50%，再生骨料為變量時(shí)，波峰在風(fēng)積沙取代率20%，表4 中28天風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)抗壓強(qiáng)度除風(fēng)積沙取代率為60%，其余配合比達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，但是可以看出大摻量的風(fēng)積沙和再生骨料對(duì)混凝土早期強(qiáng)度受影響較小，后期強(qiáng)度影響較大。其中風(fēng)積沙取代率為20%，再生骨料取

表4 抗壓強(qiáng)度

代率為50%時(shí)，自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度最高，風(fēng)積沙取代率為60%，再生骨料取代率為75%時(shí)，風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土的28d抗壓強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95%，28d抗壓強(qiáng)度A20-R50＞A0-R0＞A20-R25＞A40-R50＞A40-R25＞A20-R75＞A60-R50＞A40-R75＞A60-R25 ＞A60-R75。

2.2 抗水滲透試驗(yàn)結(jié)果分析

從表5 中可以看出，風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土的抗水滲透能力隨著風(fēng)積沙和再生骨料取代率的上升，呈波浪式下降，在風(fēng)積沙取代率為20%的情況下，再生骨料取代率為25%時(shí)，其抗?jié)B性能最好，再生骨料取代率≥50%時(shí)，抗?jié)B等級(jí)開始下降，風(fēng)積沙屬于特細(xì)砂，相較于天然砂表觀密度更高，風(fēng)積沙的少量摻入可以填充再生骨料表面部分較小的孔隙，使再生骨料更加密實(shí)，同時(shí)風(fēng)積沙具有一定活性，會(huì)促進(jìn)水泥水化，進(jìn)一步增強(qiáng)風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土密實(shí)度，從表5 中可以看出A0-R0、A20-R25 及A20-R50 的抗水滲透能力較好，但隨著再生骨料取代率繼續(xù)增加，風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土內(nèi)部孔隙含量上升明顯，導(dǎo)致其抗?jié)B透性能下降，同時(shí)風(fēng)積沙取代率的上升也會(huì)影響風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土的抗?jié)B透性能，原因在于風(fēng)積沙取代率過(guò)大時(shí)，風(fēng)積沙顆粒無(wú)法均勻分布在混凝土中，會(huì)被膠凝材料包裹成球體等形狀，一旦風(fēng)積沙顆粒集團(tuán)表面包裹的膠凝材料出現(xiàn)破壞，水分子會(huì)快速進(jìn)入混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致其抗?jié)B透性能下降。A20-R25 抗?jié)B透性能相較于其余配合比效果最佳，最大滲水壓力值為1.5MPa，A60-R75 抗?jié)B透性能最差，P=8。故建議將風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土運(yùn)用到抗?jié)B要求較高的建筑時(shí)，風(fēng)積沙取代率不超過(guò)20%，再生骨料取代率不超過(guò)50%。

表5 最大滲水壓力值及抗?jié)B等級(jí)

不同配合比的風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土抗?jié)B透結(jié)果如表5所示。

2.3 抗氯離子滲透試驗(yàn)結(jié)果分析

本論文通過(guò)電通量法來(lái)確定不同配合比的風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土的抗氯離子侵蝕性能，如表6所示。

表6 總電通量

從表6中可以分析出，風(fēng)積沙取代率20%，再生骨料取代率25%的自密實(shí)混凝土較A0-R0的抗氯離子侵蝕效果好，原因在于風(fēng)積沙具有一定的活性，可以促進(jìn)水泥水化，使混凝土內(nèi)部更加密實(shí)，同時(shí)，可以填充再生骨料內(nèi)部部分孔隙，使再生骨料更加密實(shí)，其余配合比風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土的抗氯離子侵蝕性能均不如A0-R0，其中A20-R50 與A0-R0 電通量總值相差不大，風(fēng)積沙取代率大于20%，再生骨料取代率大于50%，風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土的抗氯離子侵蝕性能急劇下降，原因在于風(fēng)積沙取代率的增加導(dǎo)致細(xì)骨料級(jí)配發(fā)生改變，同時(shí)再生骨料內(nèi)部缺陷隨著取代率的增大而越發(fā)明顯，不同配合比風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土抗氯離子性 能 大 小：A20-R25＞A0-R0＞A20-R50＞A40-R25＞A40-R50＞A20-R75＞A60-R25＞A40-R75＞A60- R50 ＞A60-R75,A60-R75相比于A20-R25增加了28%。

2.4 抗水滲透性與抗氯離子滲透性能的關(guān)系

從抗水滲透和抗氯離子滲透中可以分析得出A20-R25 抗?jié)B等級(jí)最高，對(duì)應(yīng)著電通量值最小，說(shuō)明風(fēng)積沙取代率20%，再生骨料取代率25%時(shí)，自密實(shí)混凝土密實(shí)度較高，A20-R50電通量值與A0-R0電通量值差異較小，從抗?jié)B等級(jí)中反映出兩者抗?jié)B等級(jí)相等，都為19，從抗?jié)B等級(jí)曲線整體上看，隨著風(fēng)積沙和再生骨料取代率的增加，線呈波浪形上升，對(duì)應(yīng)著電通量成波浪形下降，可以看出，當(dāng)風(fēng)積沙取代率大于40%和再生取代率大于50%時(shí)，自密實(shí)混凝土最大滲水壓力值急劇下降，對(duì)應(yīng)著6 小時(shí)總電通量值急劇上升，說(shuō)明其密實(shí)度較差。綜合抗水滲透性能及抗氯離子滲透性能不建議風(fēng)積沙取代率大于20%，再生骨料取代率大于50%。

3 結(jié)論

⑴從工作性能上看隨著風(fēng)積沙和再生骨料取代率不斷增加，自密實(shí)混凝土工作性能開始逐漸下降。

⑵從力學(xué)性能上看風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度，當(dāng)風(fēng)積沙取代率為定值時(shí)，隨著再生骨料取代率的增加，立方體抗壓強(qiáng)度先上升后下降，將再生骨料取代率作為定值時(shí)，隨著風(fēng)積沙取代率的增加，抗壓強(qiáng)度逐漸下降，其中風(fēng)積沙取代率為20%，再生骨料取代率為50%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度相比于其他九種配合比更高。

⑶從抗?jié)B等級(jí)可以得出A20-R25 抗?jié)B效果最好，原因在于少量風(fēng)積沙的摻入不僅可以幫助水泥水化，同時(shí)會(huì)填充再生骨料中微小孔隙，使再生骨料密實(shí)，但隨著風(fēng)積沙和再生骨料取代率的增加，抗?jié)B等級(jí)逐漸下降，A60-R75最大滲水壓力值最低，與A20-R25相差0.6MPa。

⑷電通量與抗?jié)B等級(jí)具有一定關(guān)聯(lián)，抗?jié)B等級(jí)越高，電通量越下，說(shuō)明混凝土越密實(shí)，抗氯離子性能最好的風(fēng)積沙再生骨料自密實(shí)混凝土為風(fēng)積沙摻量為20%，再生骨料摻量為25%。