沿海地區(qū)再生混凝土抗凍性能改善措施研究

摘 要：隨著我國城市進程的不斷推進，相關(guān)基建行業(yè)快速發(fā)展，對建筑材料的需求也隨之增加。再生混凝土逐漸成為建筑行業(yè)研究的重點。由于再生混凝土抗凍性能較差的局限，其在北方沿海地區(qū)的應用受到限制。基于這一情況，需要探究一種可高效提升再生混凝土抗凍性能的措施。通過對再生混凝土配合比及礦物摻合料的探究，最終發(fā)現(xiàn)通過合適的配合比及適當?shù)膿搅靠捎行嵘偕炷量箖鲂孕阅埽瑵M足其在北方沿海地區(qū)應用的要求。提高工程質(zhì)量，并為再生混凝土抗凍性能的進一步研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：再生混凝土骨料;配合比;凍融循環(huán);質(zhì)量損失文章編號：2095-4085（2024）06-0076-03

1 研究背景及意義

隨著我國城市進程的不斷推進，相關(guān)基建行業(yè)快速發(fā)展，所產(chǎn)生的建筑廢棄物也不斷增加，大量建筑垃圾的簡單掩埋處理，給城市的環(huán)境造成了不良的問題。同時，隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，對建筑材料的需求也隨之增加。而隨著我國環(huán)境保護措施的逐漸加強，相關(guān)砂石原料的獲取難度也隨之加大。因此，將建筑廢棄物作為再生資源，轉(zhuǎn)換為再生骨料加以利用逐漸成為建筑行業(yè)研究的重點。

在實際應用工程中，再生骨料的缺陷逐漸顯現(xiàn)出來。首先，再生骨料多經(jīng)過破碎處理，其表面具有不均勻性，同時，破碎處理使再生骨料表面出現(xiàn)了較天然骨料更多的裂縫。這使得其力學性能要遠低于天然骨料。其次，再生骨料表面的裂縫增加了其吸水能力，在一定程度上影響了再生骨料的抗凍性能。這勢必會限制再生混凝土在北方的應用，尤其是相對寒冷的沿海地區(qū)。對于沿海地區(qū)，若建筑混凝土因凍融受到破壞，其環(huán)境中的氯離子會通過破壞所產(chǎn)生的裂痕進入混凝土內(nèi)部腐蝕鋼筋，進一步破壞混凝土結(jié)構(gòu)。

關(guān)于再生混凝土抗凍性的問題，已經(jīng)有充分的研究從凍融破壞作用的機理上說明再生骨料對再生混凝土抗凍性能影響的原因。進而從不同角度探究再生混凝土抗凍性能提升措施［1］。部分學者采用相對簡單的措施，通過再生骨料與天然骨料的混合使用，從源頭上改善混凝土抗凍性能。還有學者通過提升引氣劑的摻量，試圖直接改善混凝土的抗凍性能，不過在一定程度上造成了混凝土力學性能的下降。從實際應用的角度，上述研究均有一定的局限，因此，為保證對再生混凝土抗凍性能的有效提升，需從其他角度探究再生混凝土抗凍性能提升措施。

2 凍融破壞機理

凍融破壞是指在凍融循環(huán)作用下的混凝土結(jié)構(gòu)所遭受到的破壞［2］。目前，主要認為混凝土內(nèi)部存在的孔隙結(jié)構(gòu)是影響混凝土抗凍性能的重要因素。當混凝土置于有水環(huán)境中，水分會通過孔隙進入混凝土內(nèi)。隨著外界環(huán)境溫度低于0℃時，混凝土毛細孔內(nèi)存在的水分逐漸結(jié)冰凝固，在水凝固成冰的過程中，其體積會發(fā)生變化，膨脹所產(chǎn)生的應力會不斷擠壓混凝土內(nèi)部的空隙結(jié)構(gòu)，最終使建筑的混凝土結(jié)構(gòu)受到破壞。

3 再生混凝土抗凍性能研究

3.1 再生混凝土配合比設(shè)計

根據(jù)規(guī)范《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ 55-2011）［3］進行計算，設(shè)計再生混凝土配合比，本次試驗再生混凝土強度等級為C40。為針對再生混凝土抗凍性能進行研究，設(shè)計參考對照組與摻加引氣劑實驗組進行對比。兩組再生混凝土配合比見表1。

將兩種配合比混凝土試塊制備完成并養(yǎng)護28d后，進行凍融循環(huán)試驗。試驗方法選用相關(guān)規(guī)范中的快凍法，即每次凍融循環(huán)180min，融化50min，凍結(jié)130min，每次凍結(jié)和融化終止溫度分別為-16℃和6℃。經(jīng)過250次凍融循環(huán)停止，進行質(zhì)量損失測定，并算出質(zhì)量損失率。試驗結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，前150次凍融循環(huán)，凍融破壞對三組混凝土的影響不大，隨后質(zhì)量損失率開始急劇增加，到250次凍融循環(huán)時，三組混凝土的質(zhì)量損失率分包為5.06%、 4.12%和4.28%。這表明使用再生骨料制備混凝土，其抗凍性能會遠低于普通混凝土，但也符合相關(guān)應用要求。但如果通過摻加引氣劑，再生混凝土的抗凍性能會顯著提升，甚至略高于普通混凝土。

試驗說明再生混凝土的配合比設(shè)計初步滿足抗凍性能的要求，且引氣劑的摻加可有效地提升再生混凝土的抗凍性能，彌補再生混凝土在抗凍性能上的劣勢。

3.2 礦物摻合料對再生混凝土抗凍性能影響

為提高再生混凝土的抗凍耐久性，選用配合比2，探究粉煤灰摻量對再生混凝土抗凍性能的影響，具體結(jié)果見圖2。從圖中可以看出隨著粉煤灰摻量的增加，再生混凝土質(zhì)量損失率有效降低，抗凍性能提升。但當摻量從20%增至25%，其抗凍性能提升減緩，可能是因為粉煤灰的摻加已達到填充混凝土相關(guān)孔隙的上限。

從試驗結(jié)果上看粉煤灰對提高再生混凝土抗凍性能具有相對顯著的效果，其作用機理主要分為兩個方面。一方面，粉煤灰的粒徑相對再生混凝土孔隙較小，可通過對孔隙的填充，減弱再生混凝土在凍融循環(huán)過程中所受到的破壞。另一方面，粉煤灰的主要成分包括氧化硅、氧化鋁、氧化鐵和氧化鈣等，由于其生產(chǎn)過程，粉煤灰中含有大量有活性的二氧化硅和三氧化二鋁，而混凝土內(nèi)部環(huán)境偏堿性，粉煤灰會在混凝土內(nèi)部發(fā)生火山灰反應，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣或水化硫鋁酸鈣等反應產(chǎn)物，這些物質(zhì)可填充混凝土內(nèi)部的孔隙，使混凝土原本疏松的結(jié)構(gòu)變得相對致密，在凍融循環(huán)過程中，減少膨脹所產(chǎn)生的應力對混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。

為進一步探究礦物摻合料對再生混凝土抗凍性能的影響，選用石灰石粉摻加到再生混凝土內(nèi)部，具體結(jié)果見圖3。從圖中可以看出，石灰石粉的摻加可以提升再生混凝土的抗凍性能，但提升效果要略低于粉煤灰。同時，當石灰石粉摻量從20%增至25%，其抗凍性能提升相對顯著，并未出現(xiàn)摻加粉煤灰時的效果明顯減緩，這說明石灰石粉的最佳摻量與粉煤灰略喲有差異，可能是因為所用的石灰石粉的粒徑與粉煤灰相比較小，填充效果更好，因此在25%的摻量未達到最佳效果。

從礦物組成成分上看，石灰石粉主要以碳酸鈣為主，無法與混凝土內(nèi)部的氫氧化鈣發(fā)生火山灰反應，進一步填充混凝土孔隙。石灰石粉更多是依靠其本身細度來填充混凝土孔隙，其方法相對直接，但后續(xù)作用不強，更適合與粉煤灰互為補充。兩者復合應用，石灰石粉在前期發(fā)揮作用，粉煤灰在中后期發(fā)揮作用，共同彌補再生混凝土的缺陷，提升再生混凝土的抗凍性能。為驗證兩種礦物摻合料的復合作用是否符合猜想，使用15%摻量的粉煤灰和15%摻量的石灰石粉進行試驗，并與其余對照組對比，其結(jié)果如圖4所示。從圖中可看出其復摻效果遠好于單摻，極大地提高了再生混凝土的抗凍性能。

4 結(jié)論

（1）使用再生骨料配制混凝土可滿足對抗凍性能的基本要求，同時引氣劑的摻加可有效提升其抗凍性能。

（2）明確配合比后摻加合適摻量的粉煤灰和石灰石粉可有效提升再生混凝土的抗凍性能，盡管其兩者作用方式不同，但最終都發(fā)揮出了良好的效果，并且二者的復合作用發(fā)揮了更好的效果，可滿足再生混凝土在北方沿海地區(qū)的應用。

參考文獻：

［1］白亞東，黃志強，付旭，等.再生混凝土抗凍性影響因素與防凍措施研究綜述［J］.混凝土，2020（6）：22.

［2］劉恩銘，林明強，謝群.再生粗骨料混凝土抗凍性能研究進展［J］.硅酸鹽通報，2022，41（9）：16.

［3］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.中華人民共和國行業(yè)標準普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程（JGJ/55-2011） 建筑規(guī)范［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.